申 輝,郭曉曉

（河北省電力勘測設(shè)計(jì)研究院,石家莊 050021）

深厚覆蓋層土石壩的穩(wěn)定性數(shù)值分析

申 輝,郭曉曉

（河北省電力勘測設(shè)計(jì)研究院,石家莊 050021）

本文主要寫的是土石壩的抗震原理，對土石壩如何能夠起到良好的抗震作用進(jìn)行分析，以我國的西部地區(qū)為實(shí)例，分析有限元模擬隨機(jī)波的方法，將不同高度的土石壩劃分出來，根據(jù)土石壩的厚度條件，分別計(jì)算不同高度和不同厚度的土石壩的動(dòng)力響應(yīng)，從而能夠準(zhǔn)確地計(jì)算出土石壩的穩(wěn)定系數(shù)，提高土石壩的穩(wěn)定性，從而分析土石壩的穩(wěn)定性受到的影響因素，通過對影響因素的控制，提高土石壩的穩(wěn)定性。

土石壩；深厚覆蓋層；動(dòng)力響應(yīng)；地震；穩(wěn)定性

0 前言

土石壩的價(jià)格低廉，在應(yīng)用過程中可以節(jié)省大量的資金，而且土石壩在應(yīng)用過程中不會(huì)耗費(fèi)大量的人力，應(yīng)用方式比較簡單，流程不復(fù)雜，而且造價(jià)不是特別高，在施工過程中效率比較高，在不同的地質(zhì)條件下都可以使用，即使在相對惡劣的地質(zhì)條件下，土石壩也可以投入使用，土石壩現(xiàn)在已經(jīng)相當(dāng)普及，主要應(yīng)用在水利水電工程中。我國的國土面積比較大，跨越的經(jīng)緯度也比較多，這就造成了我國的地質(zhì)條件也是復(fù)雜多樣的，在不同的地區(qū)，會(huì)產(chǎn)生不同的地質(zhì)災(zāi)害，地震、泥石流、滑坡等地質(zhì)災(zāi)害是有發(fā)生，這就影響了土石壩的穩(wěn)定性。

1 壩體、巖石體相關(guān)的靜力和動(dòng)力系數(shù)分析

本次探究以新疆塔里木河流域下坂地水利工程使用的土石壩作為研究的對象，將土石壩地層的厚度進(jìn)行測量，分析土石壩地層覆蓋層的結(jié)構(gòu)，探究土石壩直形墻的相關(guān)參數(shù)，研究地層的因數(shù)，建立壩體材料的相關(guān)模型，運(yùn)用E-B模型進(jìn)行展示，對當(dāng)?shù)氐耐潦瘔蔚膭?dòng)力響應(yīng)進(jìn)行分析，通過結(jié)合有限元方面的知識(shí)，計(jì)算土石壩動(dòng)力響應(yīng)的因數(shù)。

2 對土石壩的穩(wěn)定性進(jìn)行分析

《水利水電工程的穩(wěn)定性分析》中明確說明在對土石壩的穩(wěn)定性進(jìn)行模擬實(shí)驗(yàn)的時(shí)候，采用的方法是瑞典的圓弧法，從而通過實(shí)驗(yàn)分析出影響土石壩穩(wěn)定性的相關(guān)因素，計(jì)算出參數(shù)。

通過對影響土石壩穩(wěn)定性的相關(guān)因素進(jìn)行模擬實(shí)驗(yàn)，計(jì)算出相關(guān)的參數(shù)，能夠有效地分析出土石壩工程的安全系數(shù)，確定土石壩的危險(xiǎn)滑面，分析出土石壩的抗剪強(qiáng)度。

3 土石壩整體穩(wěn)定分析的動(dòng)力法

3.1 壩體應(yīng)力應(yīng)變時(shí)程反應(yīng)分析

動(dòng)力計(jì)算采用等效粘彈性模型，這次實(shí)驗(yàn)將土看成是具有粘彈性的物質(zhì)，運(yùn)用同等的剪切模量以及阻尼參數(shù)來分析土石壩的應(yīng)力，分析土石壩的應(yīng)力特點(diǎn)，分析出土石壩的應(yīng)力具有一定的滯后性特點(diǎn)，而且土石壩的結(jié)構(gòu)呈現(xiàn)非線性的特點(diǎn)，并分析該地土石壩的剪切模量和阻尼之間的關(guān)系，其關(guān)系可以用下述的公式來表示：

式中G為動(dòng)剪切模量的數(shù)值，λ為土石壩不同結(jié)構(gòu)之間阻尼的比值，Gmax為就愛你切模量的最大值，λmax為最阻尼的最大值，γd為動(dòng)剪應(yīng)變，是土石壩的動(dòng)力在一段時(shí)間內(nèi)的最大值得表示方法，是動(dòng)力反應(yīng)過程一個(gè)給定時(shí)段內(nèi)最大動(dòng)剪應(yīng)變的均值（0.65λmax），γr為參考剪應(yīng)變，其是由土石壩的抗剪強(qiáng)度和剪切模量的最大數(shù)值共同決定的。

3.2 動(dòng)力作用下土石壩穩(wěn)定分析

采用粘彈性模型對壩體進(jìn)行動(dòng)力反應(yīng)計(jì)算，采用圓弧法計(jì)算壩體在動(dòng)力反應(yīng)過程中的整體穩(wěn)定安全系數(shù)。

在外界動(dòng)力因素的干擾下，如果土石壩的高度為80米，當(dāng)土石壩的覆蓋層厚度越大，土石壩的穩(wěn)定性就越高，但是，當(dāng)土石壩的覆蓋層的厚度大于80米時(shí)，土石壩的穩(wěn)定性就會(huì)隨著土石壩覆蓋層的厚度增加而減小。當(dāng)土石壩的高度為100米時(shí)，土石壩的高度越大，其穩(wěn)定性就越好，但是，當(dāng)土石壩的高度小于60米的時(shí)候，土石壩的穩(wěn)定性不高，而且，土石壩的高度越小，土石壩的穩(wěn)定性越差。如果土石壩的高度達(dá)到了140米，土石壩的穩(wěn)定性與土石壩覆蓋層的厚度是成反比的，通過分析土石壩的動(dòng)力因素，判斷土石壩的穩(wěn)定性。

3.3 土石壩的覆蓋層的厚度與土石壩滑面的位置之間的關(guān)系

按照震波作用的差異，對影響土石壩的動(dòng)力因素進(jìn)行分析，動(dòng)力作用下，土石壩的滑動(dòng)部分已經(jīng)在土石壩的上方產(chǎn)生，而且會(huì)隨著土石壩覆蓋層的增加而增多。

4 結(jié)論

本文依據(jù)不同壩高、不同覆蓋層厚度土石壩在動(dòng)力作用下動(dòng)力反應(yīng)計(jì)算結(jié)果，分析了不同高度的土石壩的土石壩壩坡安全系數(shù)和滑動(dòng)面隨覆蓋層厚度的變化做了分析，得到了以下認(rèn)識(shí)：（1）相同高度的土石壩在外界動(dòng)力的干擾下，土石壩的覆蓋層越厚，其穩(wěn)定性就越高，但是，當(dāng)土石壩的高度和覆蓋層的高度只和大于160米的時(shí)候，土石壩的穩(wěn)定性就會(huì)隨著土石壩高度的增加而減小。通過對土石壩的動(dòng)力因素進(jìn)行分析后，得出了相同的結(jié)論；（2）依據(jù)動(dòng)力分析結(jié)果，動(dòng)力作用下，滑動(dòng)面均產(chǎn)生在壩坡的上部但不通過壩頂，隨著覆蓋層厚度的增加滑動(dòng)面范圍較小。對100m、140m、180m、200m的土石壩，滑動(dòng)面的變化與80m壩高時(shí)得變化規(guī)律相同。