第四节 土石坝的稳定
分析
一、土石坝滑动破坏型式
失稳的原因
土石坝的坝坡较缓, 在外荷载及自重作用下, 不会产
生整体水平滑动 。 由于其坝体材料为散粒体, 如果剖面尺
寸不当或坝体, 坝基材料的抗剪强度不足, 在一些不利荷
载组合下有可能发生坝体或坝体连同部分坝基一起局部滑
动的现象, 造成失稳 。
土石坝失稳的原因：土石坝产生滑坡的原因往往是由
于坝体抗剪强度太小，坝坡偏陡，滑动土体的滑动力超过
抗滑力，或由于坝基土的抗剪强度不足因而会连同坝体一
起发生滑动。滑动力大小主要与坝坡的陡缓有关，坝坡越
陡，滑动力越大。
常见的滑动破坏型式
曲线滑动面
复合式滑动面
折线滑动面
1） 曲线滑动面, 当滑动面通过粘性土部位时, 其
形状通常为一顶部陡而底部渐缓的曲面, 在稳定分析中
多以圆弧代替 。
2） 折线滑动面, 多发生在非粘性土的坝坡中 。 如
薄心墙坝, 斜墙坝中；当坝坡部分浸水, 则常为近于折
线的滑动面, 折点一般在水面附近 。
3）复式滑动面，厚心墙或由粘土及非粘性土构成
的多种土质坝形成复合滑动面。当坝基内有软弱夹层时，
因其抗剪强度低，滑动面不再往下深切，而是沿该夹层
形成曲、直面组合的复合滑动面。
二, 荷载及其组合
1） 荷载
土石坝稳定计算考
虑的荷载主要有自重,
渗透力, 孔隙水压力和
地震惯性力等 。
2）计算工况与安全系数
施工期
稳定渗流期
水库水位降落期
正常情况遇地震期
新规范
三、抗剪强度指标的
测定和选择
四、稳定分析方法
依据滑裂面的不同型式，
可分为圆弧滑动法、折线
滑动法和复合滑法。
图 圆弧滑动法稳定计算
?? ?
???
ii
iiiii
s
rc
W
lctgW
M
MK
?
??
s i n
c o s
有效应力法：
?
? ? ?????
ii
iiiiiii
c W
lctgluWK
?
??
s i n
)c os(
总应力法：
圆弧滑动法 ?? ? ?????
ii
iiiiii
c W
lctgluNK
?
?
s i n
)(
折线滑动法
β
θ
δ P
cLG tgS ?? ?
a
n
a
n
c P
cLG tgp
P
sPK ????? ?
图 复合滑动面稳定计算
复式滑动法
? ?? ?iiiiii
c
i tgluNLCKT ????
'1
稳定分析方法的发展
第五节 土石坝的固结、沉降与
应力分析
一、固结与沉降分析
坝在施工和蓄水过程中荷载和应力状态不
断发生变化，粘性土在外荷载作用下产生压缩
时，由于孔隙水压力不能及时排出，外荷载便
由土粒、孔隙中的水共同承担。随着超静孔隙
水压力的逐渐消散，所加的外荷载逐渐向土料
骨架上转移。使之发生压缩变形直到稳定，这
一过程成为固结。
uuu tgc ??? ??
固结分析的目的是，了解防渗体和粘性土
坝基中的孔隙水压力及其沉降变形随时间的变
化情况，评价其对坝坡稳定和坝基承载力的影
响。
（一）固结分析
1、固结分析的基本方程（太沙基、比奥固
结理论 （ 4条假定）
土体变形主要由孔隙水压力和超静孔隙水
压力消散而引起。
2、固结分析的近似计算 （关注孔隙水压力
对坝体的影响） u=u0+△ u
? ???
i
i
i
i h
e
eS
1
? ????
i
i
i
i
i c
e
e
S )l og (
1 '
1
'
?
?
(二）沉降分析
孔隙水压力消散，导致土体被压缩产生沉降。
根据压缩曲线确定相应的孔隙比 △ e
总沉降量
压缩曲线近似
为直线时
二、应力分析
目前还缺乏比较完善的计算
模型，广泛使用的是邓肯 —— 张
（ Duncan and Chang)模型 。
计算成果只能供设计参考 。
第六节 筑坝用土石料及
填筑标准
一、防渗体土料
防渗体是土石坝防渗的核心部分，
它主要是利用低透水性的材料将渗流
控制在允许范围内。防渗体应具有足
够的防渗性和一定的抗剪强度，高心
墙还应具有低压缩性。
土料选择原则
防渗性、抗剪强度、压缩性、抗渗稳定性、含水
量、颗粒级配、膨胀量及体缩量、可溶盐。
二, 坝壳土石料
土石坝的坝壳材料主要起保护、支
撑防渗体并保持坝体的稳定，因而对强
度有一定的要求。坝壳材料在压实后，
应具有较高的强度和一定的抗风化能力，
对于下游坝壳水下部位及上游坝壳水位
变动区材料还应有良好的透水性。
分化岩的应用与填筑标准。
常见的滑动破坏型式
曲线滑动面
复合式滑动面
折线滑动面
三、反滤料、过渡层及排水体
采用质地致密坚硬，具有高抗水性和抗风化能
力的材料。
分析
一、土石坝滑动破坏型式
失稳的原因
土石坝的坝坡较缓, 在外荷载及自重作用下, 不会产
生整体水平滑动 。 由于其坝体材料为散粒体, 如果剖面尺
寸不当或坝体, 坝基材料的抗剪强度不足, 在一些不利荷
载组合下有可能发生坝体或坝体连同部分坝基一起局部滑
动的现象, 造成失稳 。
土石坝失稳的原因：土石坝产生滑坡的原因往往是由
于坝体抗剪强度太小，坝坡偏陡，滑动土体的滑动力超过
抗滑力，或由于坝基土的抗剪强度不足因而会连同坝体一
起发生滑动。滑动力大小主要与坝坡的陡缓有关，坝坡越
陡，滑动力越大。
常见的滑动破坏型式
曲线滑动面
复合式滑动面
折线滑动面
1） 曲线滑动面, 当滑动面通过粘性土部位时, 其
形状通常为一顶部陡而底部渐缓的曲面, 在稳定分析中
多以圆弧代替 。
2） 折线滑动面, 多发生在非粘性土的坝坡中 。 如
薄心墙坝, 斜墙坝中；当坝坡部分浸水, 则常为近于折
线的滑动面, 折点一般在水面附近 。
3）复式滑动面，厚心墙或由粘土及非粘性土构成
的多种土质坝形成复合滑动面。当坝基内有软弱夹层时，
因其抗剪强度低，滑动面不再往下深切，而是沿该夹层
形成曲、直面组合的复合滑动面。
二, 荷载及其组合
1） 荷载
土石坝稳定计算考
虑的荷载主要有自重,
渗透力, 孔隙水压力和
地震惯性力等 。
2）计算工况与安全系数
施工期
稳定渗流期
水库水位降落期
正常情况遇地震期
新规范
三、抗剪强度指标的
测定和选择
四、稳定分析方法
依据滑裂面的不同型式，
可分为圆弧滑动法、折线
滑动法和复合滑法。
图 圆弧滑动法稳定计算
?? ?
???
ii
iiiii
s
rc
W
lctgW
M
MK
?
??
s i n
c o s
有效应力法：
?
? ? ?????
ii
iiiiiii
c W
lctgluWK
?
??
s i n
)c os(
总应力法：
圆弧滑动法 ?? ? ?????
ii
iiiiii
c W
lctgluNK
?
?
s i n
)(
折线滑动法
β
θ
δ P
cLG tgS ?? ?
a
n
a
n
c P
cLG tgp
P
sPK ????? ?
图 复合滑动面稳定计算
复式滑动法
? ?? ?iiiiii
c
i tgluNLCKT ????
'1
稳定分析方法的发展
第五节 土石坝的固结、沉降与
应力分析
一、固结与沉降分析
坝在施工和蓄水过程中荷载和应力状态不
断发生变化，粘性土在外荷载作用下产生压缩
时，由于孔隙水压力不能及时排出，外荷载便
由土粒、孔隙中的水共同承担。随着超静孔隙
水压力的逐渐消散，所加的外荷载逐渐向土料
骨架上转移。使之发生压缩变形直到稳定，这
一过程成为固结。
uuu tgc ??? ??
固结分析的目的是，了解防渗体和粘性土
坝基中的孔隙水压力及其沉降变形随时间的变
化情况，评价其对坝坡稳定和坝基承载力的影
响。
（一）固结分析
1、固结分析的基本方程（太沙基、比奥固
结理论 （ 4条假定）
土体变形主要由孔隙水压力和超静孔隙水
压力消散而引起。
2、固结分析的近似计算 （关注孔隙水压力
对坝体的影响） u=u0+△ u
? ???
i
i
i
i h
e
eS
1
? ????
i
i
i
i
i c
e
e
S )l og (
1 '
1
'
?
?
(二）沉降分析
孔隙水压力消散，导致土体被压缩产生沉降。
根据压缩曲线确定相应的孔隙比 △ e
总沉降量
压缩曲线近似
为直线时
二、应力分析
目前还缺乏比较完善的计算
模型，广泛使用的是邓肯 —— 张
（ Duncan and Chang)模型 。
计算成果只能供设计参考 。
第六节 筑坝用土石料及
填筑标准
一、防渗体土料
防渗体是土石坝防渗的核心部分，
它主要是利用低透水性的材料将渗流
控制在允许范围内。防渗体应具有足
够的防渗性和一定的抗剪强度，高心
墙还应具有低压缩性。
土料选择原则
防渗性、抗剪强度、压缩性、抗渗稳定性、含水
量、颗粒级配、膨胀量及体缩量、可溶盐。
二, 坝壳土石料
土石坝的坝壳材料主要起保护、支
撑防渗体并保持坝体的稳定，因而对强
度有一定的要求。坝壳材料在压实后，
应具有较高的强度和一定的抗风化能力，
对于下游坝壳水下部位及上游坝壳水位
变动区材料还应有良好的透水性。
分化岩的应用与填筑标准。
常见的滑动破坏型式
曲线滑动面
复合式滑动面
折线滑动面
三、反滤料、过渡层及排水体
采用质地致密坚硬，具有高抗水性和抗风化能
力的材料。
