由金玉 張磊 趙鑫

【摘? 要】研究土石壩的穩(wěn)定性，加強(qiáng)水利工程建設(shè)管理，對(duì)工程建設(shè)質(zhì)量控制具有重要意義。論文以某土石壩為例，采用ABAQUS內(nèi)嵌的強(qiáng)度折減法基于摩爾庫(kù)侖本構(gòu)模型對(duì)某土石壩進(jìn)行穩(wěn)定性計(jì)算，得出下游壩坡的安全系數(shù)和潛在滑裂面。研究表明：強(qiáng)度折減法運(yùn)用到土石壩的壩坡穩(wěn)定性計(jì)算是可行合理的，潛在滑裂面符合一般土石壩滑動(dòng)面的變形規(guī)律，安全系數(shù)為1.40，該土石壩在蓄水期是穩(wěn)定的。

【Abstract】Studying the stability of earth-rock dam and strengthening the management of water conservancy project construction is of great significance to the quality control of engineering construction. Taking an earth-rock dam as an example， the paper uses the strength reduction method embedded in ABAQUS to calculate the stability of an earth-rock dam based on the Molar Coulomb constitutive model， and obtains the safety factor and potential slip surface of the downstream dam slope. The results show that the strength reduction method is feasible and reasonable to calculate the stability of earth-rock dam slope， and the potential slip surface conforms to the deformation law of the general slip surface of earth-rock dam， and the safety factor is 1.40. The earth-rock dam is stable during the impoundment period.

【關(guān)鍵詞】土石壩;強(qiáng)度折減法;穩(wěn)定性;安全系數(shù)

【Keywords】earth-rock dam; strength reduction method; stability; safety factor

【中圖分類(lèi)號(hào)】TV223? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?【文獻(xiàn)標(biāo)志碼】A? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?【文章編號(hào)】1673-1069（2021）03-0175-02

1 引言

土石壩穩(wěn)定性分析常用的方法主要是極限平衡法和有限元法。極限平衡法以畢肖普法、摩根斯頓-普賴(lài)斯法、Spencer法、Sarma法、楔形體法等[1-4]為代表，有限元法以強(qiáng)度折減法[5]為代表。隨著土地本構(gòu)模型（摩爾庫(kù)侖模型、鄧肯張模型、Drucker-Prager模型等）理論應(yīng)用成熟和有限元軟件開(kāi)發(fā)應(yīng)用，強(qiáng)度折減法越來(lái)越多地應(yīng)用到工程實(shí)際，為工程設(shè)計(jì)提供印證，如邊坡、壩坡、隧道、基坑等有限元分析，并趨于成熟。

近年來(lái)，國(guó)內(nèi)學(xué)者對(duì)強(qiáng)度折減法的應(yīng)用開(kāi)展了大量工作：李小春[6]采用強(qiáng)度折減法對(duì)邊坡的多滑面進(jìn)行了模擬，認(rèn)為該方法得到的多級(jí)滑動(dòng)面與現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)吻合較好。王曼等[7]采用ABAQUS軟件的強(qiáng)度折減法分析了邊坡的穩(wěn)定性，確認(rèn)其計(jì)算結(jié)果的合理性。王作偉等人[8]采用強(qiáng)度折減方法計(jì)算了邊坡的極限上限，對(duì)比驗(yàn)證強(qiáng)度折減法與傳統(tǒng)極限平衡法具有良好的適應(yīng)性。雷艷等[9]采用強(qiáng)度折減法對(duì)土石壩壩坡進(jìn)行穩(wěn)定分析，得出的安全系數(shù)與塑型區(qū)域可為工程提供借鑒。以上研究均取得了較好的研究成果，表明強(qiáng)度折減法用于工程實(shí)際分析邊坡、壩坡穩(wěn)定性是可行合理的。故本文基于以上研究，采用ABAQUS軟件結(jié)合強(qiáng)度折減法對(duì)某均質(zhì)土石壩進(jìn)行穩(wěn)定性分析計(jì)算，并從水利工程建設(shè)管理的角度，淺析建設(shè)管理對(duì)工程質(zhì)量的控制。

2 強(qiáng)度折減法

所謂強(qiáng)度折減法是指給一強(qiáng)度折減系數(shù)Fr[10]，采用公式（1）和（2）將土體抗剪強(qiáng)度指標(biāo)進(jìn)行降低，導(dǎo)致土體逐漸失穩(wěn)，土體單元發(fā)生塑性變形，當(dāng)臨界失穩(wěn)時(shí)，折減系數(shù)就是邊坡對(duì)應(yīng)的安全系數(shù)。具體公式如下所示：

3 土石壩穩(wěn)定性分析

某均質(zhì)土石壩，最大壩高100m，正常蓄水位在壩高90m處，壩頂寬8m，上下游坡比為1∶，壩體材料密度為2200kg/m3，強(qiáng)度參數(shù)如表1所示。首先在ABAQUS中建立模型，再賦予材料參數(shù)，劃分網(wǎng)格，網(wǎng)格單元類(lèi)型為C3D8R。然后定義各個(gè)模塊，施加重力荷載和靜水壓力。最后定義初始應(yīng)力場(chǎng)，開(kāi)始分析直到計(jì)算不收斂為止。當(dāng)前判斷邊坡失穩(wěn)的有三個(gè)標(biāo)準(zhǔn)：一是迭代計(jì)算不收斂為標(biāo)準(zhǔn);二是以邊坡的特征位移拐點(diǎn)為標(biāo)準(zhǔn);三是結(jié)構(gòu)面塑性發(fā)生貫通區(qū)為標(biāo)準(zhǔn)[11，12]。當(dāng)前研究選取邊坡（壩坡）某一點(diǎn)位移發(fā)生突變與結(jié)構(gòu)面塑性發(fā)生貫通區(qū)二者相結(jié)合判斷安全系數(shù)。