第四节 重力坝的抗滑稳定分析
一、抗滑稳定计算截面的选取
重力坝的稳定应根据坝基的地质条件和坝体剖面形式，选择受力大、抗剪强度较低，最容易产生滑动的截面作为计算截面。重力坝抗滑稳定计算主要是核算沿坝基面及混凝土层面（包括常态混凝土水平施工缝或碾压混凝土层面）的抗滑稳定性。另外当坝基内有软弱夹层、缓倾角结构面时，也应核算其深层抗滑稳定性。
二、重力坝抗滑稳定计算
DL 5108—1999《混凝土重力坝设计规范》规定，重力坝的抗滑稳定按承载能力极限状态计算，认为滑动面为胶结面，滑动体为刚体。此时滑动面上的滑动力为效应函数，阻滑力为抗力函数，并认为承载能力达到极限状态时刚体处于极限平衡状态。
1.抗滑稳定极限状态设计表达式
承载能力极限状态设计式见式（2－25）～式（2－28）。
（1）对基本组合，应采用下列极限状态设计表达式。
（2）对偶然组合，应采用下列极限状态设计表达式。
（3）抗滑稳定极限状态作用效应函数。
（4）抗滑稳定极限状态抗力函数。
式中 γ0——结构重要性系数，对应于结构安全级别为Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ级的结构及构件，可分别取用1.1、1.0、0.9；
ψ——设计状况系数，对应于持久状况、短暂状况、偶然状况，可分别取用1.0、0.95、0.85；
S（·）——作用效应函数；
R（·）——结构及构件抗力函数；
γG——永久作用分项系数，见表2－9；
γQ——可变作用分项系数，见表2－9；
Gk——永久作用标准值，按DL 5077—1997《水工建筑物荷载设计规范》确定；
Qk——可变作用标准值，按DL 5077—1997《水工建筑物荷载设计规范》确定；
ak——几何参数的标准值，可作为定值处理；
fk——材料性能的标准值，实验确定或查表；
γm——材料性能分项系数，查表2－10，也可实验确定；
γd1——基本组合结构系数，查表2－11；
Ak——偶然作用代表值；
γd2——偶然组合结构系数，见表2－11；
∑PR、∑PC——计算层面（坝基面或坝体混凝土层面）上全部切向作用之和，kN；
∑WR、∑WC——计算层面上全部法向作用之和，kN；
——计算层面上抗剪断摩擦系数；
——计算层面上抗剪断黏聚力；
AR、AC——计算层面截面积，m2。
表2－10 材料性能分项系数
表2－11 结构系数
核算时，应按照材料的标准值和作用的标准值或代表值分别计算基本组合和偶然组合。
2.深层抗滑稳定分析
当坝基岩体内存在着不利的软弱夹层或缓倾角断层时，坝体有可能沿着坝基软弱面产生深层滑动，其计算原理与坝基面抗滑稳定计算相同。计算公式见DL 5108—1999《混凝土重力坝设计规范》附录F。若实际工程地基内存在相互切割的多条软弱夹层，构成多斜面深层滑动，计算时选择几个比较危险的滑动面进行试算，然后做出比较分析判断。
3.抗剪断参数的选取
式（2－28）中
的值，直接关系到工程的安全性和经济性，必须合理地选用。一般情况下，应经试验测定，且每一主要工程地质单元的野外试验不得少于4组；选取这些参数值时，应结合现场的实际情况，参照工程地质条件类似的工程经验，并考虑坝基岩体经工程处理后可能达到的效果，经地质、试验和设计人员共同分析研究进行适当调整后确定。中型工程的中、低坝，若无条件进行野外试验，应进行室内试验，并参照地质条件类似工程的经验数据选用，小型工程的低坝无试验资料时，可参照地质条件类似工程的试验成果和经验数据选用，坝体混凝土与基岩接触面抗剪断参数的计算参考值见DL 5108—1999《混凝土重力坝设计规范》。
三、提高坝体抗滑稳定的工程措施
除了增加坝体自重外，提高坝体抗滑稳定的工程措施，主要围绕着增加阻滑力、减少滑动力的原则，通过多方案技术经济比较，确定最佳方案组合。常采用以下工程措施。
（1）利用水重。当坝底面与基岩间的抗剪强度参数较小时，常将上游坝面做成倾向上游的斜面，利用坝面上的水重来提高坝体的抗滑稳定性。但应注意，上游坝面的坡度不宜过缓，否则，在上游坝面容易产生拉应力，对坝体强度不利。
（2）采用有利的开挖轮廓线。开挖坝基时，最好利用岩面的自然坡度，使坝基面倾向上游，见图2－13（a）。有时，有意将坝踵高程降低，使坝基面倾向上游，见图2－13（b），但这种做法将加大上游水压力，增加开挖量和混凝土浇筑量，故很少采用。当坝基比较坚固时，可以开挖成锯齿状，形成局部的倾向上游的斜面，见图2－13（c），这种方法已广泛采用。
（3）设置齿墙。如图2－14（a）所示，当基岩内有倾向下游的软弱面时，可在坝踵部位设齿墙，切断较浅的软弱面，迫使可能的滑动面由abc成为a′b′c′，这样既加大了滑动体的重量，又增加了滑动面的面积，同时也增大了抗滑体的抗力。如在坝趾部位设置齿墙，将坝趾放在较好的岩层上［图2－14（b）］，则可更多地发挥抗力体的作用，在一定程度上改善了坝踵应力，同时由于坝趾的压应力较大，设在坝趾下齿墙的抗剪能力也会相应增加，对坝体稳定十分有利。
图2－13 坝基开挖轮廓
图2－14 齿墙设置
1—泥化夹层；2—齿墙
图2－15 有抽水设施的坝底扬压力分布图（单位：m）
（a）溢流坝剖面；（b）设计扬压力图形
1—主排水孔；2—横向排水廊道；3—纵向排水廊道
（4）抽水措施。当下游水位较高，坝体承受的浮托力较大时，可考虑在坝基面上设置排水系统，定时抽水以减少坝底浮托力，见图2－15。如我国的龚嘴水电站工程，下游水深达30m，采取抽水措施后，浮托力只按10m水深计算，节省了坝体混凝土浇筑量。
图2－16 用预加应力增加坝的抗滑稳定性（单位：m）
（a）在靠近上游坝面预加应力；（b）在坝趾处预加应力
1—锚缆竖井；2—预应力锚缆；3—顶部锚定钢筋；4—装有千斤顶的活动接缝；5—抗力墩R—合力；R′—预加应力后的合力
（5）加固地基。包括帷幕灌浆、固结灌浆以及断层、软弱夹层的处理等，见本章第九节。
（6）横缝灌浆。将部分坝段或整个坝体的横缝进行局部或全部灌浆，以增强坝的整体性和稳定性。
（7）预加应力措施。在靠近上游坝面，采用深孔锚固高强度钢索，并施加预应力，既可增加坝体的抗滑稳定，又可消除坝踵处的拉应力，见图2－16（a）。国外有些支墩坝，在坝趾处采用施加预应力的措施，改变合力R的方向，使∑PV/∑PH增大，从而提高了坝体的抗滑稳定性，见图2－16（b）。
（8）防渗排水。在坝基内布置防渗排水幕，保证排水畅通，降低扬压力，有利于稳定。
（9）空腹抛石。如果是空腹重力坝或宽缝重力坝，可在空腔内填块石，提高坝体稳定性。