高至國(guó)

(牡丹江市水務(wù)科學(xué)研究院，黑龍江牡丹江 157000)

1 功能概述

《理正邊坡穩(wěn)定分析》軟件按照通用標(biāo)準(zhǔn)、堤防規(guī)范、碾壓土石壩規(guī)范3種標(biāo)準(zhǔn)，提供勻質(zhì)地層、傾斜地層、復(fù)雜地層條件下計(jì)算邊坡的穩(wěn)定安全系數(shù)及剩余下滑力[1]。同時(shí)軟件提供的自動(dòng)搜索最小穩(wěn)定安全系數(shù)的方法，可以保證計(jì)算結(jié)果的精確度。

2 操作使用

“理正邊坡穩(wěn)定分析”軟件在操作過程中簡(jiǎn)單快捷，具有圖文并茂的交互界面、計(jì)算書，并有及時(shí)的提示指導(dǎo)、幫助用戶使用軟件。計(jì)算過程見圖1。

3 計(jì)算實(shí)例

3.1 項(xiàng)目概況

牡丹江市八達(dá)水庫(kù)位于牡丹江市愛民區(qū)北安鄉(xiāng)八達(dá)村西部，控制流域面積21.7 km2。水庫(kù)是一座以灌溉為主、兼顧防洪、養(yǎng)殖等綜合利用的小(Ⅱ)型水庫(kù)，水庫(kù)樞紐建筑物由土壩、左側(cè)開敞式側(cè)槽溢洪道和中部輸水洞組成，水庫(kù)設(shè)計(jì)洪水標(biāo)準(zhǔn)為10 a一遇，校核洪水標(biāo)準(zhǔn)為20 a一遇，設(shè)計(jì)總庫(kù)容45×104m3，興利庫(kù)容 26.94 ×104m3，死庫(kù)容 4.95 ×104m3。八達(dá)水庫(kù)土壩長(zhǎng)322 m，現(xiàn)有壩頂高程319.89～320.22 m，壩頂路面寬4.0 m，最大壩高7.6 m，迎水側(cè)邊坡為1:2.5，背水側(cè)邊坡為1∶2.0。

3.2 土壩抗滑穩(wěn)定分析計(jì)算

3.2.1 設(shè)計(jì)工況

八達(dá)水庫(kù)為均質(zhì)壩，壩體由細(xì)粒土礫砂及含礫砂粉質(zhì)黏土構(gòu)成，壩基按不透水地基考慮。計(jì)算壩坡穩(wěn)定時(shí)，浸潤(rùn)線以上用濕容重，浸潤(rùn)線以下，下游水位以上用飽和容重，下游水位以下的土體用浮容重。地質(zhì)參數(shù)見表1。

表1 地質(zhì)參數(shù)表

設(shè)計(jì)工況參照《碾壓土石壩設(shè)計(jì)規(guī)范》規(guī)定，采用瑞典條分法進(jìn)行計(jì)算。穩(wěn)定計(jì)算中應(yīng)核算的控制土壩穩(wěn)定的3種工況為:①施工期的上、下游壩坡;②穩(wěn)定滲流期的上、下游壩坡;③水庫(kù)水位降落期的上游壩坡。

3.2.2 計(jì)算過程

根據(jù)牡丹江市水利勘測(cè)設(shè)計(jì)院2011年2月土壩實(shí)測(cè)最不利斷面，計(jì)算工具采用北京理正邊坡穩(wěn)定分析軟件，計(jì)算公式采用圓弧滑動(dòng)靜力計(jì)算公式(瑞典圓弧法):

式中:l為單個(gè)土條的滑動(dòng)面長(zhǎng)度，m;W為條塊重力;β為條塊重力線與通過此條塊底面中點(diǎn)的半徑之間夾角;u、ui為壩體中的孔隙壓力;W1為水位面以上的條塊重力，kN;W2為水位面以下的條塊重力，kN;Z為壩坡外水位高出條塊底面中點(diǎn)的距離;RW為水的重度，kN/m3;CCU、C'、φCU、φ'為土的抗剪強(qiáng)度指標(biāo)。

以水庫(kù)上游校核水位317.72 m，下游309.92 m工況為例，計(jì)算過程如下。

1)選擇邊坡型式:等厚土層土坡穩(wěn)定計(jì)算。

2)增加計(jì)算項(xiàng)目:上游校核水位317.72 m，下游309.92 m，迎水側(cè)土壩穩(wěn)定計(jì)算。

3)原始數(shù)據(jù)控制參數(shù):①采用規(guī)范:碾壓式土石壩設(shè)計(jì)規(guī)范;②計(jì)算工期:穩(wěn)定滲流期;③計(jì)算目標(biāo):安全系數(shù)計(jì)算;④滑裂面形狀:圓弧滑動(dòng)法;⑤巖土參數(shù)指標(biāo):輸入C、φ值。

4)原始數(shù)據(jù)坡面信息:根據(jù)壩體實(shí)測(cè)設(shè)定，八達(dá)水庫(kù)坡面線段分為3段，具體設(shè)定值見表2。

表2 坡面信息表

5)原始數(shù)據(jù)土層信息:根據(jù)壩體地質(zhì)橫坡面圖及地質(zhì)報(bào)告設(shè)定，八達(dá)水庫(kù)上部土層厚度8 m，為細(xì)粒土礫砂。下部土層厚度4.4 m，為含礫砂粉質(zhì)黏土。

6)原始數(shù)據(jù)水面信息:采用有效應(yīng)力法;孔隙水壓力采用近似方法計(jì)算;考慮邊坡外側(cè)靜水壓力，壩前水位為317.72 m，壩后水位為309.92 m;壩體浸潤(rùn)線采用滲流計(jì)算結(jié)果。

7)邊坡計(jì)算條件:圓弧穩(wěn)定分析方法:瑞典條分法;土條重切向分力與滑動(dòng)方向反向時(shí):當(dāng)下滑力對(duì)待;穩(wěn)定計(jì)算目標(biāo):自動(dòng)搜索最危險(xiǎn)滑裂面;條分法的土條寬度:0.500 m;搜索時(shí)的圓心步長(zhǎng):0.500 m;搜索時(shí)的半徑步長(zhǎng):0.500 m。

3.2.3 計(jì)算結(jié)論

最不利滑動(dòng)面:滑動(dòng)圓心=(10.075，11.931)m;滑動(dòng)半徑=16.581 m;滑動(dòng)安全系數(shù)=1.792;總的下滑力=530.573 kN;總的抗滑力=950.581 kN;土體部分下滑力=530.573 kN;土體部分抗滑力=950.581 kN。計(jì)算過程見表3。

表3 邊坡穩(wěn)定計(jì)算過程表

4 結(jié)論

八達(dá)水庫(kù)計(jì)算時(shí)考慮了水庫(kù)淤積問題，根據(jù)土壩滲透穩(wěn)定計(jì)算，八達(dá)水庫(kù)大壩在設(shè)計(jì)洪水位、校核洪水位及正常蓄水位時(shí)，上、下游壩坡的安全系數(shù)均能滿足規(guī)范要求抗滑穩(wěn)定最小安全系數(shù)，前、后壩坡穩(wěn)定，壩體現(xiàn)狀結(jié)構(gòu)滿足安全要求。計(jì)算結(jié)果見表4。

表4 計(jì)算結(jié)果表

[1]宋國(guó)濤.基于理正軟件的病險(xiǎn)水庫(kù)除險(xiǎn)加固設(shè)計(jì)研究[J].東北水利水電，2013(03):12－13.