陳偉恒

摘 要：規(guī)范指出，均質(zhì)壩穩(wěn)定滲流期上游壩坡的抗滑穩(wěn)定安全系數(shù)最小值出現(xiàn)在1/3壩高水位附近。文章總結(jié)了四座均質(zhì)壩上游壩坡的穩(wěn)定性，發(fā)現(xiàn)規(guī)范的結(jié)論成立是有條件的，并對(duì)計(jì)算上游壩坡穩(wěn)定性提出建議。

關(guān)鍵詞：均質(zhì)壩；上游壩坡；抗滑穩(wěn)定

由單一土料填筑的土石壩即為均質(zhì)壩。均質(zhì)壩在土石壩中占的比重很大。一般地，壩高低于30m的土石壩為低壩，壩高在30m～70m的土石壩為中壩，壩高大于70m的土石壩為高壩。本文所討論的對(duì)象為低均質(zhì)壩。

碾壓式土石壩設(shè)計(jì)規(guī)范SDJ218-84（簡(jiǎn)稱“舊規(guī)范”）和文獻(xiàn)[2]、[4]均指出，穩(wěn)定滲流期只需核算下游壩坡的穩(wěn)定性即可。而碾壓式土石壩設(shè)計(jì)規(guī)范SL274-2001（簡(jiǎn)稱“新規(guī)范”）則要求計(jì)算大壩穩(wěn)定滲流期的上游壩坡穩(wěn)定性，并指出，穩(wěn)定滲流期的上游壩坡存在不利水位，在不利水位時(shí)，會(huì)出現(xiàn)穩(wěn)定安全系數(shù)比正常蓄水位或空庫(kù)時(shí)低的情況。對(duì)于均質(zhì)土壩，不利水位約為壩高的1/3。規(guī)范不斷總結(jié)經(jīng)驗(yàn)，對(duì)不利水位的規(guī)定是合理的。但容易使人覺(jué)得，穩(wěn)定滲流期均質(zhì)壩只需核算不利水位時(shí)上游壩坡，則其他水位不必另行計(jì)算。本文結(jié)合工程實(shí)踐，總結(jié)四座均質(zhì)壩的上游壩坡穩(wěn)定性，發(fā)現(xiàn)僅計(jì)算不利水位是不夠的。

四座均質(zhì)壩壩高分別為24.3m、14.7m、14.9m、26.3m，壩體填土、壩基試驗(yàn)指標(biāo)見下表：

表1

大壩編號(hào) A B C D

壩體填土 γ/kN·m-3 18.10 18.9 17.84 18.54

γ′/kN·m-3 9.31 9.58 8.77 9.91

c′/kPa 23.20 16.10 21.30 11.00

φ′/° 25.70 30.80 19.60 36.90

壩基 γ/kN·m-3 18.50 19.40 17.25 20.11

γ′/kN·m-3 9.49 10.21 8.19 11.50

c′/kPa 27.50 15.50 17.80 16.10

φ′/° 22.60 19.20 15.60 36.00

計(jì)算方法采用瑞典圓弧法，公式如下：

孔隙水壓力采用簡(jiǎn)化處理，土條重量W按新規(guī)范確定的原則執(zhí)行。計(jì)算過(guò)程：先采用軟件Autobank計(jì)算某一水位下的穩(wěn)定滲流，然后利用計(jì)算出來(lái)的浸潤(rùn)線，用軟件hhSlope計(jì)算該水位下的上游壩坡穩(wěn)定安全系數(shù)最小值K。在不同水位（變化范圍為正常蓄水位～死水位）下重復(fù)上述過(guò)程，得到水位Z～安全系數(shù)K曲線，計(jì)算成果如下圖：

圖1 壩基為可滑動(dòng)土層時(shí)水位～安全系數(shù)曲線

從圖1可以看出，大壩A～C隨著水位降低，安全系數(shù)是遞減的，降低速度逐漸變慢，但是并沒(méi)有出現(xiàn)拐點(diǎn)，在1/3壩高水位附近安全系數(shù)不是最小值。大壩D的安全系數(shù)則出現(xiàn)了拐點(diǎn)，在1/3壩高水位附近安全系數(shù)達(dá)到最小值與規(guī)范一致。

新規(guī)范未給出，穩(wěn)定滲流期均質(zhì)壩上游壩坡安全系數(shù)，總是出現(xiàn)在1/3壩高水位附近結(jié)論成立的條件。

分析四個(gè)壩的滑弧情況、壩基土層參數(shù)，發(fā)現(xiàn)大壩D壩基抗剪強(qiáng)度指標(biāo)較大，最危險(xiǎn)圓弧均只穿過(guò)壩體，未進(jìn)入壩基土層。故本次更改大壩A、B、C的壩基抗剪指標(biāo)為不可剪切破壞土層，即令指標(biāo)取值很大，取c′=1000kPa，φ′=45°。采用同樣的辦法，計(jì)算水位～安全系數(shù)曲線，成果如下圖：

圖2 壩基為不可滑動(dòng)土層時(shí)水位～安全系數(shù)曲線

圖2中所有大壩水位～安全系數(shù)曲線都出現(xiàn)了拐點(diǎn)，即安全系數(shù)都出現(xiàn)了最小值，且最小值都出現(xiàn)在1/3壩高水位附近，與新規(guī)范是完全一致。

從以上討論可以看出：（1）若壩基土層抗剪強(qiáng)度很高，滑裂面不能從其中穿過(guò)，則均質(zhì)壩上游壩坡最小安全系數(shù)發(fā)生在不利水位處，這就是新規(guī)范的結(jié)論；（2）若壩基土層抗剪強(qiáng)度不高，滑裂面可以從壩基穿過(guò)，則最小安全系數(shù)發(fā)生在1/3壩高水位以下。新規(guī)范結(jié)論成立的條件是：壩基土良好，不會(huì)發(fā)生剪切破壞，或只考慮壩體填土自身的抗滑穩(wěn)定性，不考慮壩基土層的影響。

壩基處理要滿足滲流控制、靜力和動(dòng)力穩(wěn)定、允許沉降量和不均勻沉降量等方面的要求。由于大壩建設(shè)年代的條件限制，筆者遇到的低均質(zhì)壩大部分壩基處理都未清理到抗剪強(qiáng)度很高的巖土層上，多建在沖積層、殘積土甚至軟粘土上，因此，核算上游壩坡穩(wěn)定滲流期的抗滑穩(wěn)定性時(shí)，認(rèn)為只需計(jì)算1/3壩高水位時(shí)的安全系數(shù)就找到了最小的安全系數(shù)是不妥當(dāng)?shù)摹?/p>

土質(zhì)邊坡的抗滑穩(wěn)定問(wèn)題是相當(dāng)復(fù)雜的問(wèn)題，目前沒(méi)有公式概括和指出最小安全系數(shù)的位置和大小。通過(guò)STAB、hhSlope、GeoSlope等軟將進(jìn)行邊坡穩(wěn)定大量的計(jì)算尋求最小安全系數(shù)被證明是可行、可靠的。對(duì)于粗略計(jì)算，可以用軟件計(jì)算1/3壩高水位附近及以下水位的抗滑穩(wěn)定安全系數(shù)，從中篩出最小值；對(duì)于重要的工程，應(yīng)該制作上游水位～安全系數(shù)曲線，尋找最小安全系數(shù)的位置和大小。

參考文獻(xiàn)

[1] 水利行業(yè)標(biāo)準(zhǔn).碾壓式土石壩設(shè)計(jì)規(guī)范（SL 274-2001）.

[2] 陳祖煜.土質(zhì)邊坡穩(wěn)定分析—原理·方法·程序[M].中國(guó)水利水電出版社，2003.

[3] 水利行業(yè)標(biāo)準(zhǔn).碾壓式土石壩設(shè)計(jì)規(guī)范（SDJ 218-84）.

[4] 水利水電規(guī)劃設(shè)計(jì)總院.碾壓式土石壩設(shè)計(jì)手冊(cè).1989.

摘 要：規(guī)范指出，均質(zhì)壩穩(wěn)定滲流期上游壩坡的抗滑穩(wěn)定安全系數(shù)最小值出現(xiàn)在1/3壩高水位附近。文章總結(jié)了四座均質(zhì)壩上游壩坡的穩(wěn)定性，發(fā)現(xiàn)規(guī)范的結(jié)論成立是有條件的，并對(duì)計(jì)算上游壩坡穩(wěn)定性提出建議。

關(guān)鍵詞：均質(zhì)壩；上游壩坡；抗滑穩(wěn)定

由單一土料填筑的土石壩即為均質(zhì)壩。均質(zhì)壩在土石壩中占的比重很大。一般地，壩高低于30m的土石壩為低壩，壩高在30m～70m的土石壩為中壩，壩高大于70m的土石壩為高壩。本文所討論的對(duì)象為低均質(zhì)壩。

碾壓式土石壩設(shè)計(jì)規(guī)范SDJ218-84（簡(jiǎn)稱“舊規(guī)范”）和文獻(xiàn)[2]、[4]均指出，穩(wěn)定滲流期只需核算下游壩坡的穩(wěn)定性即可。而碾壓式土石壩設(shè)計(jì)規(guī)范SL274-2001（簡(jiǎn)稱“新規(guī)范”）則要求計(jì)算大壩穩(wěn)定滲流期的上游壩坡穩(wěn)定性，并指出，穩(wěn)定滲流期的上游壩坡存在不利水位，在不利水位時(shí)，會(huì)出現(xiàn)穩(wěn)定安全系數(shù)比正常蓄水位或空庫(kù)時(shí)低的情況。對(duì)于均質(zhì)土壩，不利水位約為壩高的1/3。規(guī)范不斷總結(jié)經(jīng)驗(yàn)，對(duì)不利水位的規(guī)定是合理的。但容易使人覺(jué)得，穩(wěn)定滲流期均質(zhì)壩只需核算不利水位時(shí)上游壩坡，則其他水位不必另行計(jì)算。本文結(jié)合工程實(shí)踐，總結(jié)四座均質(zhì)壩的上游壩坡穩(wěn)定性，發(fā)現(xiàn)僅計(jì)算不利水位是不夠的。

四座均質(zhì)壩壩高分別為24.3m、14.7m、14.9m、26.3m，壩體填土、壩基試驗(yàn)指標(biāo)見下表：

表1

大壩編號(hào) A B C D

壩體填土 γ/kN·m-3 18.10 18.9 17.84 18.54

γ′/kN·m-3 9.31 9.58 8.77 9.91

c′/kPa 23.20 16.10 21.30 11.00

φ′/° 25.70 30.80 19.60 36.90

壩基 γ/kN·m-3 18.50 19.40 17.25 20.11

γ′/kN·m-3 9.49 10.21 8.19 11.50

c′/kPa 27.50 15.50 17.80 16.10

φ′/° 22.60 19.20 15.60 36.00

計(jì)算方法采用瑞典圓弧法，公式如下：

孔隙水壓力采用簡(jiǎn)化處理，土條重量W按新規(guī)范確定的原則執(zhí)行。計(jì)算過(guò)程：先采用軟件Autobank計(jì)算某一水位下的穩(wěn)定滲流，然后利用計(jì)算出來(lái)的浸潤(rùn)線，用軟件hhSlope計(jì)算該水位下的上游壩坡穩(wěn)定安全系數(shù)最小值K。在不同水位（變化范圍為正常蓄水位～死水位）下重復(fù)上述過(guò)程，得到水位Z～安全系數(shù)K曲線，計(jì)算成果如下圖：

圖1 壩基為可滑動(dòng)土層時(shí)水位～安全系數(shù)曲線

從圖1可以看出，大壩A～C隨著水位降低，安全系數(shù)是遞減的，降低速度逐漸變慢，但是并沒(méi)有出現(xiàn)拐點(diǎn)，在1/3壩高水位附近安全系數(shù)不是最小值。大壩D的安全系數(shù)則出現(xiàn)了拐點(diǎn)，在1/3壩高水位附近安全系數(shù)達(dá)到最小值與規(guī)范一致。

新規(guī)范未給出，穩(wěn)定滲流期均質(zhì)壩上游壩坡安全系數(shù)，總是出現(xiàn)在1/3壩高水位附近結(jié)論成立的條件。

分析四個(gè)壩的滑弧情況、壩基土層參數(shù)，發(fā)現(xiàn)大壩D壩基抗剪強(qiáng)度指標(biāo)較大，最危險(xiǎn)圓弧均只穿過(guò)壩體，未進(jìn)入壩基土層。故本次更改大壩A、B、C的壩基抗剪指標(biāo)為不可剪切破壞土層，即令指標(biāo)取值很大，取c′=1000kPa，φ′=45°。采用同樣的辦法，計(jì)算水位～安全系數(shù)曲線，成果如下圖：

圖2 壩基為不可滑動(dòng)土層時(shí)水位～安全系數(shù)曲線

圖2中所有大壩水位～安全系數(shù)曲線都出現(xiàn)了拐點(diǎn)，即安全系數(shù)都出現(xiàn)了最小值，且最小值都出現(xiàn)在1/3壩高水位附近，與新規(guī)范是完全一致。

從以上討論可以看出：（1）若壩基土層抗剪強(qiáng)度很高，滑裂面不能從其中穿過(guò)，則均質(zhì)壩上游壩坡最小安全系數(shù)發(fā)生在不利水位處，這就是新規(guī)范的結(jié)論；（2）若壩基土層抗剪強(qiáng)度不高，滑裂面可以從壩基穿過(guò)，則最小安全系數(shù)發(fā)生在1/3壩高水位以下。新規(guī)范結(jié)論成立的條件是：壩基土良好，不會(huì)發(fā)生剪切破壞，或只考慮壩體填土自身的抗滑穩(wěn)定性，不考慮壩基土層的影響。

壩基處理要滿足滲流控制、靜力和動(dòng)力穩(wěn)定、允許沉降量和不均勻沉降量等方面的要求。由于大壩建設(shè)年代的條件限制，筆者遇到的低均質(zhì)壩大部分壩基處理都未清理到抗剪強(qiáng)度很高的巖土層上，多建在沖積層、殘積土甚至軟粘土上，因此，核算上游壩坡穩(wěn)定滲流期的抗滑穩(wěn)定性時(shí)，認(rèn)為只需計(jì)算1/3壩高水位時(shí)的安全系數(shù)就找到了最小的安全系數(shù)是不妥當(dāng)?shù)摹?/p>

土質(zhì)邊坡的抗滑穩(wěn)定問(wèn)題是相當(dāng)復(fù)雜的問(wèn)題，目前沒(méi)有公式概括和指出最小安全系數(shù)的位置和大小。通過(guò)STAB、hhSlope、GeoSlope等軟將進(jìn)行邊坡穩(wěn)定大量的計(jì)算尋求最小安全系數(shù)被證明是可行、可靠的。對(duì)于粗略計(jì)算，可以用軟件計(jì)算1/3壩高水位附近及以下水位的抗滑穩(wěn)定安全系數(shù)，從中篩出最小值；對(duì)于重要的工程，應(yīng)該制作上游水位～安全系數(shù)曲線，尋找最小安全系數(shù)的位置和大小。

參考文獻(xiàn)

[1] 水利行業(yè)標(biāo)準(zhǔn).碾壓式土石壩設(shè)計(jì)規(guī)范（SL 274-2001）.

[2] 陳祖煜.土質(zhì)邊坡穩(wěn)定分析—原理·方法·程序[M].中國(guó)水利水電出版社，2003.

[3] 水利行業(yè)標(biāo)準(zhǔn).碾壓式土石壩設(shè)計(jì)規(guī)范（SDJ 218-84）.

[4] 水利水電規(guī)劃設(shè)計(jì)總院.碾壓式土石壩設(shè)計(jì)手冊(cè).1989.

摘 要：規(guī)范指出，均質(zhì)壩穩(wěn)定滲流期上游壩坡的抗滑穩(wěn)定安全系數(shù)最小值出現(xiàn)在1/3壩高水位附近。文章總結(jié)了四座均質(zhì)壩上游壩坡的穩(wěn)定性，發(fā)現(xiàn)規(guī)范的結(jié)論成立是有條件的，并對(duì)計(jì)算上游壩坡穩(wěn)定性提出建議。

關(guān)鍵詞：均質(zhì)壩；上游壩坡；抗滑穩(wěn)定

由單一土料填筑的土石壩即為均質(zhì)壩。均質(zhì)壩在土石壩中占的比重很大。一般地，壩高低于30m的土石壩為低壩，壩高在30m～70m的土石壩為中壩，壩高大于70m的土石壩為高壩。本文所討論的對(duì)象為低均質(zhì)壩。

碾壓式土石壩設(shè)計(jì)規(guī)范SDJ218-84（簡(jiǎn)稱“舊規(guī)范”）和文獻(xiàn)[2]、[4]均指出，穩(wěn)定滲流期只需核算下游壩坡的穩(wěn)定性即可。而碾壓式土石壩設(shè)計(jì)規(guī)范SL274-2001（簡(jiǎn)稱“新規(guī)范”）則要求計(jì)算大壩穩(wěn)定滲流期的上游壩坡穩(wěn)定性，并指出，穩(wěn)定滲流期的上游壩坡存在不利水位，在不利水位時(shí)，會(huì)出現(xiàn)穩(wěn)定安全系數(shù)比正常蓄水位或空庫(kù)時(shí)低的情況。對(duì)于均質(zhì)土壩，不利水位約為壩高的1/3。規(guī)范不斷總結(jié)經(jīng)驗(yàn)，對(duì)不利水位的規(guī)定是合理的。但容易使人覺(jué)得，穩(wěn)定滲流期均質(zhì)壩只需核算不利水位時(shí)上游壩坡，則其他水位不必另行計(jì)算。本文結(jié)合工程實(shí)踐，總結(jié)四座均質(zhì)壩的上游壩坡穩(wěn)定性，發(fā)現(xiàn)僅計(jì)算不利水位是不夠的。

四座均質(zhì)壩壩高分別為24.3m、14.7m、14.9m、26.3m，壩體填土、壩基試驗(yàn)指標(biāo)見下表：

表1

大壩編號(hào) A B C D

壩體填土 γ/kN·m-3 18.10 18.9 17.84 18.54

γ′/kN·m-3 9.31 9.58 8.77 9.91

c′/kPa 23.20 16.10 21.30 11.00

φ′/° 25.70 30.80 19.60 36.90

壩基 γ/kN·m-3 18.50 19.40 17.25 20.11

γ′/kN·m-3 9.49 10.21 8.19 11.50

c′/kPa 27.50 15.50 17.80 16.10

φ′/° 22.60 19.20 15.60 36.00

計(jì)算方法采用瑞典圓弧法，公式如下：

孔隙水壓力采用簡(jiǎn)化處理，土條重量W按新規(guī)范確定的原則執(zhí)行。計(jì)算過(guò)程：先采用軟件Autobank計(jì)算某一水位下的穩(wěn)定滲流，然后利用計(jì)算出來(lái)的浸潤(rùn)線，用軟件hhSlope計(jì)算該水位下的上游壩坡穩(wěn)定安全系數(shù)最小值K。在不同水位（變化范圍為正常蓄水位～死水位）下重復(fù)上述過(guò)程，得到水位Z～安全系數(shù)K曲線，計(jì)算成果如下圖：

圖1 壩基為可滑動(dòng)土層時(shí)水位～安全系數(shù)曲線

從圖1可以看出，大壩A～C隨著水位降低，安全系數(shù)是遞減的，降低速度逐漸變慢，但是并沒(méi)有出現(xiàn)拐點(diǎn)，在1/3壩高水位附近安全系數(shù)不是最小值。大壩D的安全系數(shù)則出現(xiàn)了拐點(diǎn)，在1/3壩高水位附近安全系數(shù)達(dá)到最小值與規(guī)范一致。

新規(guī)范未給出，穩(wěn)定滲流期均質(zhì)壩上游壩坡安全系數(shù)，總是出現(xiàn)在1/3壩高水位附近結(jié)論成立的條件。

分析四個(gè)壩的滑弧情況、壩基土層參數(shù)，發(fā)現(xiàn)大壩D壩基抗剪強(qiáng)度指標(biāo)較大，最危險(xiǎn)圓弧均只穿過(guò)壩體，未進(jìn)入壩基土層。故本次更改大壩A、B、C的壩基抗剪指標(biāo)為不可剪切破壞土層，即令指標(biāo)取值很大，取c′=1000kPa，φ′=45°。采用同樣的辦法，計(jì)算水位～安全系數(shù)曲線，成果如下圖：

圖2 壩基為不可滑動(dòng)土層時(shí)水位～安全系數(shù)曲線

圖2中所有大壩水位～安全系數(shù)曲線都出現(xiàn)了拐點(diǎn)，即安全系數(shù)都出現(xiàn)了最小值，且最小值都出現(xiàn)在1/3壩高水位附近，與新規(guī)范是完全一致。

從以上討論可以看出：（1）若壩基土層抗剪強(qiáng)度很高，滑裂面不能從其中穿過(guò)，則均質(zhì)壩上游壩坡最小安全系數(shù)發(fā)生在不利水位處，這就是新規(guī)范的結(jié)論；（2）若壩基土層抗剪強(qiáng)度不高，滑裂面可以從壩基穿過(guò)，則最小安全系數(shù)發(fā)生在1/3壩高水位以下。新規(guī)范結(jié)論成立的條件是：壩基土良好，不會(huì)發(fā)生剪切破壞，或只考慮壩體填土自身的抗滑穩(wěn)定性，不考慮壩基土層的影響。

壩基處理要滿足滲流控制、靜力和動(dòng)力穩(wěn)定、允許沉降量和不均勻沉降量等方面的要求。由于大壩建設(shè)年代的條件限制，筆者遇到的低均質(zhì)壩大部分壩基處理都未清理到抗剪強(qiáng)度很高的巖土層上，多建在沖積層、殘積土甚至軟粘土上，因此，核算上游壩坡穩(wěn)定滲流期的抗滑穩(wěn)定性時(shí)，認(rèn)為只需計(jì)算1/3壩高水位時(shí)的安全系數(shù)就找到了最小的安全系數(shù)是不妥當(dāng)?shù)摹?/p>

土質(zhì)邊坡的抗滑穩(wěn)定問(wèn)題是相當(dāng)復(fù)雜的問(wèn)題，目前沒(méi)有公式概括和指出最小安全系數(shù)的位置和大小。通過(guò)STAB、hhSlope、GeoSlope等軟將進(jìn)行邊坡穩(wěn)定大量的計(jì)算尋求最小安全系數(shù)被證明是可行、可靠的。對(duì)于粗略計(jì)算，可以用軟件計(jì)算1/3壩高水位附近及以下水位的抗滑穩(wěn)定安全系數(shù)，從中篩出最小值；對(duì)于重要的工程，應(yīng)該制作上游水位～安全系數(shù)曲線，尋找最小安全系數(shù)的位置和大小。

參考文獻(xiàn)

[1] 水利行業(yè)標(biāo)準(zhǔn).碾壓式土石壩設(shè)計(jì)規(guī)范（SL 274-2001）.

[2] 陳祖煜.土質(zhì)邊坡穩(wěn)定分析—原理·方法·程序[M].中國(guó)水利水電出版社，2003.

[3] 水利行業(yè)標(biāo)準(zhǔn).碾壓式土石壩設(shè)計(jì)規(guī)范（SDJ 218-84）.

[4] 水利水電規(guī)劃設(shè)計(jì)總院.碾壓式土石壩設(shè)計(jì)手冊(cè).1989.