論干灘長度對瑞典圓弧法和簡化畢肖普法計算結果的影響

郭 暢 于亮

（1.交通運輸部天津水運工程科學研究院 ，天津 300456 ；2.大連理工大學土木建筑設計研究院有限公司，遼寧 大連 116024 ）

一、概述

一般來說，影響尾礦庫穩定性的因素有很多，浸潤線對尾礦庫穩定性的影響又是重中之重，而干灘長度決定著浸潤線的高低。本文選用應用最廣泛的瑞典圓弧法和簡化畢肖普法作比較，針對不同筑壩材料和干灘長度，重點分析變化的浸潤線對何種方法的計算結果的影響更為顯著。

二、計算方法和原理簡介

瑞典圓弧法和簡化畢肖普法都是實際工程中穩定計算的常用方法。計算推導上看，瑞典法忽略了土條倆側條間力的影響，僅根據力矩平衡原理得出解答計算簡便，低估安全系數5%～20%。畢肖普法全面考慮土條條間力，既滿足力的平衡，也滿足力矩的平衡。由于計算復雜，應用較少。而簡化畢肖普法增加了條間豎向力平衡條件，忽略了條間切向力，滿足力矩平衡，低估安全系數2%～7%。

Geo-studio是一套適用于巖土工程和巖土環境模擬計算的仿真軟件，本文中將用于滲流計算和靜力穩定分析。

滲流計算采用GEO-SLOPE的SEEP/W軟件，依據是達西（Darcy）定律，計算采用有限單元法，利用四邊形單元構造有限元方程。根據變分原理和Galerkin方法，構造方程（2）的單元有限元方程

q為通過單元斷面的流量

四、算例分析

1 工程概況

某壩體斷面尺寸如下：壩底標高30米，壩頂標高50米，壩頂寬20米，庫內尾礦料頂標高49米，選取碎石做為壩體材料，內外坡坡比均為1:2。壩體固結已結束。

2 各材料參數選取如表1。

3 干灘長度分別選取20米，30米，40米，50米，70米，100米，150米，200米，250米。在以上干灘長度條件下，浸潤線均未發生坡面溢出情況。

4 計算過程中每種工況搜索5025個滑動面。結果選取Geostudio仿真軟件自動挑選的對于靜力穩定安全系數的最合理結果。

表1

表2

表3

圖1 瑞典圓弧法和簡化畢肖普法穩定安全系數對比圖

圖2 瑞典圓弧法和簡化畢肖普法穩定安全系數差值圖

結論

（1）計算結果表明：通過圖1所示，瑞典圓弧法計算得到的結果總低于簡化畢肖普法得到的結果，從而證明瑞典圓弧法得到的結果相對于簡化畢肖普法在實際工程的應用中更為保守，應當注意。

（2）表3中數據顯示，通過對安全系數增量的對比發現，在干灘長度較短（小于70米時）的情況下，安全系數增長速度很快，而在干灘長度較長（大于70米）的情況下，安全系數增長相對平緩。干灘長度對浸潤線的影響巨大，對于壩體材料相同時，一般而言，干灘越長，浸潤線越低。而浸潤線又是影響安全系數的重大影響因素之一。這倆種方法對于浸潤線的影響都能如實從增量結果中反映出來，并且結果基本一致。如實際工程中干灘長度較短，應及時采取虹吸井，深挖盲溝，沉井，輕型井點及垂直水平聯合排滲等排滲措施。

（3）結合表（2）和圖（2）可以得出，干灘長度越短，倆種方法的差異體現的越不明顯，對于峰值的出現還有待作者進一步研究，而干灘長度較長時滲流在穩定分析中影響微小致使倆種方法的計算結果的差值基本不發生變化。

（4）Geo-studio仿真軟件的選取結果對于該規律的統計也有一定影響，不容忽視。

[1]郭瑩，郭承侃，陸尚謨.土力學[M].大連：大連理工大學出版社.