土坝沉降计算

根据土石坝的沉降过程，可以划分为初始沉降、固结沉降和固结次沉降。土石坝在自重荷载施加初期就会立即发生沉降，称为初始沉降。固结沉降是由于土体固结而缓慢发生的，是地基中土粒骨架间的水分逐渐排出而引起的沉降。最后，地基中土粒骨架在持续荷载作用下会发生蠕变变形，称为固结次沉降。

土石坝沉降计算一般只考虑固结沉降。固结沉降计算即坝体和坝基的垂直变形计算。计算出最终沉降变形，以确定坝体竣工时应预留的坝顶沉降超高值；对初选的土石坝的结构型式进行检验，以选择更合理的坝型；选用合适的填筑土料，确定合理的施工顺序以及合适的土料填筑标准等。沉降量通常包括最终沉降量、竣工时沉降量及施工过程的沉降量。

土石坝沉降计算通常采用单向压缩分层总和法，与实际相比，计算值往往偏大，是偏于安全的估算。沉降所需的压缩试验及分层总和法都比较简单易行，还可通过估算不均匀沉降的倾度值以评价土石坝裂缝开展的可能性。

沉降计算的内容包括：④最终沉降量计算；②竣工时沉降量计算；③沉降过程计算。一般只对粘性土进行沉降计算。计算方法有理论计算法、有限差分法和经验图解法。在理论计算法中，有太沙基固结理论法和比奥普遍固结理论法。

砂性土由于压缩和剪切所引起的沉降都在加荷后很快发生，迄今还没有完全合理的计算方法。常采用的是薛迈脱曼于1970年提出的半经验方法，经实践检验，这个方法尚属合理。

计算部位：桩基规范法的中心点处的沉降计算深度大于接近角点处的沉降计算深度。地基规范的接近角点处的沉降计算深度大于中心点处的沉降计算深度。

附加应力：桩基规范的沉降计算深度随附加应力增大而增大。地基规范的沉降计算深度与附加应力大小无关。

承台底面宽度：桩基规范的沉降计算深度随承台底面宽度增大而减小；地基规范的沉降计算深度随承台底面宽度增大而增大。

桩长：桩基规范的沉降计算深度随桩长增大而增大；地基规范的沉降计算深度与桩端下压

缩模量大小变化有关。

土的容重：桩基规范的沉降计算深度随土容重增大而减小，有可能出现两个沉降计算深度；地基规范的沉降计算深度与土容重无关。

土的压缩模量：桩基规范的沉降计算深度与土压缩模量无关；地基规范的沉降计算深度随压缩模量增大而减小，有可能出现两个以上的沉降计算深度。

因此计算基础沉降量时只需考虑这一深度以上土层的压缩量，此深度称为沉降计算深度。 2100433B

一般包括以下四个方面。

土坝渗流计算

确定坝体浸润线、坝体及坝基流网、渗流量及出逸比降、库水位下降时上游坝体自由水面位置及孔隙压力（土孔隙中超出大气压力的相对压力值），以供坝坡稳定分析使用，及了解渗漏量并确保渗透稳定。根据坝体和坝基的渗透系数、边界条件及上下游各种水位组合，通过手绘流网、数值计算和模拟试验求解。解算时，一般简化为二向问题，对于三向渗流场如岸边绕流，可用数值分析或模拟试验求解。

土坝稳定计算

土坝体积很大，在水压力作用下整个坝体产生水平滑动的可能性通常不存在，故仅需核算上下游坝坡的抗滑稳定。一般分施工期、稳定渗流期和库水位降落期三种类型。土体抗剪强度由下式确定：式中τ为土体抗剪强度；σ为垂直于滑动面的法向总应力；μ为孔隙水压力；σ′为法向有效应力；σ′、φ′为土料有效抗剪强度指标，分别代表凝聚力和内摩擦角，由试验确定。

均质土坝、厚心墙和厚斜墙坝常用滑动圆弧法计算坝坡稳定（见下式）。假定滑动面为圆弧，分成若干土条，不计条块间作用力，计算公式：式中K为抗滑安全系数，不低于规定值；N、T分别为作用在土条底部的法向和切向应力；W为任一土条重；U为作用在土条底部的孔隙压力；α为土条重力线与通过土条底面中点的圆弧半径之间夹角；L为滑弧穿过的有凝聚力部分的弧长。试算若干滑弧，求得最小安全系数K。20世纪50年代A.W.毕肖甫等人还提出计入条块间作用力的计算方法。

对于坝基有软弱夹层或薄心墙、薄斜墙坝，宜用滑楔法（见左图）。假定滑动面为折线，滑楔间作用力假定平行于坡面或为水平向。沿折线将各种材料的抗剪强度除以K后，滑楔处于极限平衡状态，此K值即所求安全系数。最小的安全系数由假设不同滑动面试算求得。如在地震区，应将地震力作为外力加入计算。

土坝沉降计算

确定坝体和坝基在自重作用下的总沉降量、沉降量与时间的关系及完工后的沉降量。据此计算竣工后为抵消沉降而预留的坝顶超填，预测不均匀沉降量，判断坝体产生裂缝的可能性和预防措施。计算方法是根据坝体和坝基土的压缩曲线，及时刻t坝体和坝基的竖向总应力和孔隙压力分布，用分层总和法计算。即把坝体坝基分为若干层，计算时刻t各层中心所受竖向有效应力（等于竖向总应力减孔隙压力）及相应沉降量，将各层沉降量迭加，得时刻t及完工后坝体和坝基的沉降量。

土坝应力应变计算

用有限单元法计算坝体坝基及岸坡接头在填土自重及其他荷载作用下的填土应力应变，以判断是否发生剪切破坏、有无过量变形、是否存在拉力区和裂缝、防渗土体是否发生水力劈裂，以及为坝体稳定分析和与土坝衔接建筑物的设计提供依据等。