护坡抗冰推稳定计算方法详解

根据冰压力的发展过程和对已有工程破坏情况的分析,可对以下情况进行护坡抗冰推稳定计算。

1.冻结初期(如图8.12)

冰层较薄,总冰压力不大,但坝体温度较高,垫层内往往未冻结或刚处于冻结状态,此时在静冰压力作用下,护坡将沿垫层推移,抗冰推稳定安全系数K 为

W 为图8.12中冰层bdc的重量和扣除abcde 体积的水浮力后的重量,计算块石浮重时,不计冰面与水面之差。

图8.12　护坡冰推稳定计算图

式中 f——干砌石护坡与垫层间的摩擦系数;

α——坡面与水平面夹角;

γs——护坡材料密度,kN/m3;

m——坝坡边坡系数;

H——冰层以上护坡高度 (包括冰厚),m;

h——冰厚,m;

t——护坡厚度,m;

C——黏结力 (相应在平均冰温条件下的垫层与护坡之间的冻结力),在垫层与护坡未冻结或刚冻结时可不予考虑;

L——冰层底以上护坡的顺坡长度。

2.冻结后期(如图8.13)

图8.13　护坡稳定计算图 (冻结后期)

护坡与坝体冻结在一起,冻土的抗剪强度增大,在冰推作用下可能沿冻土与暖土的交接面推移坝坡,其抗冰推稳定安全系数K 为

式中 C——冻土与暖土界面上的黏聚力;(www.xing528.com)

L——冻土与暖土界面坡长即由α到n 点的坡长;

f——冻土与暖土间的摩擦系数;

W——计入bcd 冰层的重量和扣除abcg 体积的浮重后的重量,简化计取eg 线以下冻土均为浮重和不计冰层下阴影部分的板重。

式中 r1、t1——护坡材料的密度和厚度;

r2、t2——反滤层材料的密度和厚度;

r3、t3——冻土的密度和厚度。

【实例】 已知某水库为小型水库,土坝为均质坝。坝基高程140m,坝顶高程154m,结冰期水位150m,最大冰厚1.0m,上游坝坡1 ∶3.0,下游坡1 ∶2.5,块石护坡厚度0.3m,本年度出现两天连续升温天气。

核算在冰压力作用下护坡的稳定性。

解

(1)求单位长度总冰压力

由式知K=3.5 (小型水库),h=1.0m,Ch=0.247,mt=1.82(连续两天升温)

所以,代入P=134.6KhChmt=134.6×3.5×1.0×0.247×1.82=211.78(kN/m)

一般天气时:P=118.98(kN/m)

(2)验算护坡沿垫层推移的抗滑稳定性

按式(8.21)计算,须求

1)冰层以上护坡重量W:块石密度rs=25.48(kN/m3)

2)块石与垫层摩擦系数f=0.8,坡面与水平线交角,由坡比为1 ∶3,cotα=3.0,cosα=0.949,sinα=0.316

3)代入式(8.21),求抗滑安全系数K

一般天气时:

为满足不利条件还应采取措施,增加护坡厚度。同时还应采取措施防止因坝体冻胀而导致护坡破坏。