閆 涵，張大鵬，于月鵬，宋偉健

（中水東北勘測設(shè)計研究有限責(zé)任公司，吉林長春 130021）

1 概述

實際工程壩基往往存在軟弱結(jié)構(gòu)面、緩傾角裂隙，致使混凝土重力壩沿壩基深層緩傾角軟弱結(jié)構(gòu)面的抗滑穩(wěn)定是工程設(shè)計的一個關(guān)鍵問題，深層抗滑穩(wěn)定分析的基本方法采用剛體極限平衡的等安全系數(shù)法。在實際工程中，地基內(nèi)往往發(fā)育多條相互切割交錯的斷層或軟弱結(jié)構(gòu)面，這些軟弱面可構(gòu)成復(fù)雜的滑移面。在深層抗滑穩(wěn)定分析中發(fā)現(xiàn)，實際中對深層抗滑穩(wěn)定計算不利的軟弱結(jié)構(gòu)面，往往與壩體基底面及壩軸線有一定夾角，出露位置與壩踵也有一定距離，計算中常假定軟弱結(jié)構(gòu)面出露于壩踵處傾向下游的不利滑動面，下游滑動面剪斷巖石的雙畫面模式。

2 工程實例

某工程深層抗滑穩(wěn)定計算，采用剛體極限平衡方法的等安全系數(shù)法，經(jīng)過計算比較兩滑塊間的抗力角選取φ=0°相對安全，軟弱結(jié)構(gòu)面及巖石抗剪斷參數(shù)由地質(zhì)專業(yè)實驗確定。構(gòu)成沿壩基礎(chǔ)深層滑動的形態(tài)，主要由傾向下游的軟弱夾層或巖層層面，與下游抗力巖體的滑裂面組成雙滑裂面形態(tài)，基本計算簡圖見圖1。

采用抗剪斷強度公式計算?？紤]ABD塊的穩(wěn)定，則有：

圖1 雙滑面模式基本計算簡圖

考慮BCD塊的穩(wěn)定，則有：

作用在壩上的荷載有水壓力（靜水壓力和動水壓力）、自重、揚壓力、浪壓力、地震作用等。假定下游抗力巖體沿不同角度 β剪斷滑動時，分別計算正常蓄水位、設(shè)計洪水位、校核洪水位、正常蓄水位+地震四個工況，經(jīng)計算比較該工程典型計算斷面當(dāng)下游巖體沿30～35°剪斷滑動時最危險，其典型斷面計算結(jié)果見表1。

表1 典型斷面深層抗滑穩(wěn)定計算結(jié)果

計算結(jié)果滿足規(guī)范要求。

但是實際軟弱結(jié)構(gòu)面往往與計算壩段基底面有一定夾角，滑動面整體下移時，變化結(jié)果如圖2所示。

圖2 實際滑動面與假定滑動面

計算假定實際滑動面分別位于假定滑動面以下2 m、4 m、6 m時典型斷面深層抗滑穩(wěn)定各工況計算結(jié)果見表2～表4：

計算中考慮上游滑動面與壩踵處巖石垂直拉斷，如圖3，即認(rèn)為上游水壓力作用水頭會有所增大，但實際該部分水頭會隨著滲透壓力有所減少。

3 結(jié)論

1）從計算結(jié)果看，當(dāng)實際滑動面每向下移動2 m，計算安全系數(shù)會相應(yīng)增大2%到4%，說明實際工程中假定位于與壩踵相交的滑動面計算結(jié)果相對危險，實際計算當(dāng)中應(yīng)盡量模擬實際地形條件進行合理計算，必要時輔以有限元法、地質(zhì)力學(xué)模型試驗等方法進行復(fù)核計算。

表2 典型斷面滑動面下移2 m時深層抗滑穩(wěn)定計算結(jié)果

表3 典型斷面滑動面下移4 m時深層抗滑穩(wěn)定計算結(jié)果

表4 典型斷面滑動面下移6 m時深層抗滑穩(wěn)定計算結(jié)果

圖3 上游水壓力計算取值

2）實際工程中如有假定位置的軟弱結(jié)構(gòu)面且?guī)r石條件很差時，可以采用設(shè)置齒槽，加深基礎(chǔ)開挖,將軟弱夾層全部或部分挖除以適當(dāng)降低建基面高程，有利于破壞深層滑動的發(fā)生。

3）在軟弱結(jié)構(gòu)面深度范圍設(shè)置有效的帷幕及排水系統(tǒng)，采用封閉式抽排，降低基底及結(jié)構(gòu)面下的揚壓力，增大深層抗滑穩(wěn)定計算安全系數(shù)。

4）混凝土重力壩深層抗滑穩(wěn)定計算中地質(zhì)條件因素至關(guān)重要，所以應(yīng)對壩基滑動邊界條件、抗剪強度參數(shù)進行深入勘察分析,選取合適的計算方法,對所得安全系數(shù)、應(yīng)力、位移值等進行分析判斷,以確保計算的合理性，便于對實際的地質(zhì)構(gòu)造滑動趨勢做出準(zhǔn)確分析，適當(dāng)做出相應(yīng)的預(yù)防處理措施，保證工程建設(shè)的安全。

4 分析與展望

1）關(guān)于抗力方向問題。對于雙滑面深層抗滑穩(wěn)定計算，滑塊之間通過抗力作用，抗力的方向?qū)τ嬎憬Y(jié)果有一定影響。經(jīng)計算比較抗力為水平時安全系數(shù)最小。

2）單一安全系數(shù)設(shè)計法和概率極限狀態(tài)設(shè)計法。對于重力壩深層抗滑穩(wěn)定安全度的判據(jù)，現(xiàn)行規(guī)范主要有兩種方法，即單一安全系數(shù)設(shè)計法、概率極限狀態(tài)設(shè)計法。前者常用剪摩公式和摩擦公式，求出的經(jīng)驗K值作為安全系數(shù)，并用K值度量結(jié)構(gòu)的安全性,大于規(guī)范值則認(rèn)為是安全的。事實上，安全系數(shù)K其實由材料強度安全儲備系數(shù)Kf和荷載的超載系數(shù)Kp兩部分組成?？紤]到不同工程結(jié)構(gòu)尺寸、材料強度及荷載作用的變異性,NB/T35026-2014《混凝土重力壩設(shè)計規(guī)范》采用了概率極限狀態(tài)設(shè)計法，該方法考慮各種材料分項系數(shù)、荷載作用系數(shù)及結(jié)構(gòu)系數(shù)、結(jié)構(gòu)重要性系數(shù)、設(shè)計狀況系數(shù)的影響,并以抗力效應(yīng)與作用效應(yīng)的比值是否大于1，來評價抗滑穩(wěn)定是否滿足要求。

3）壩基巖體內(nèi)錯動帶分布較為復(fù)雜時，危險滑移通道常由多個滑裂面組成，此時按多滑面方法進行計算，在滑移模式和參數(shù)選取上均更接近實際情況。多滑面方法在邊坡穩(wěn)定計算中較為常見，在壩基深層抗滑中應(yīng)用還比較少。采用多滑面方法，可避免雙滑面方法在滑移通道的假定及滑裂面參數(shù)的選取上，與實際情況相差較大的情況，從而避免不必要的誤差。

［1］彭文明，張連明，陳強.重力壩深層抗滑穩(wěn)定分析方法綜述［J］.水電站設(shè)計，2010.9（3）.