論土質壩坡穩定性分析方法

陳忠潤　王邦林

摘 要：對于土質壩坡穩定性分析計算，多數采取瑞典圓弧法，因為該方法不考慮土條間相互作用力，該方法是假定壩坡滑動面為一圓弧滑動面，常用于厚心墻壩、均質壩和厚斜墻壩，取圓弧面以上土體作為分析對象。瑞典圓弧法有時有較大的計算誤差，因為計算方法過于保守，因此對比較重要的工程除了采用瑞典圓弧法，同時用簡化畢肖普法進行計算。

關鍵詞：土質壩坡 瑞典圓弧法 畢肖普法 浸潤線 地震慣性力

中圖分類號：TU43 文獻標識碼：A 文章編號：1674-098X（2019）03（b）-0058-03

1 土質壩坡穩定計算的方法

壩坡穩定計算廣泛采用剛體極限平衡法。極限平衡穩定性計算分析時，按滑動面形狀分為滑楔法和圓弧法。圓弧法包括瑞典圓弧法和畢肖普法；滑楔法包括保護層與斜墻一起滑動的穩定計算、無粘性土壩坡穩定計算、復合滑動面的壩坡穩定計算[1]。

2 瑞典圓弧法

由瑞典人彼得森提出的圓弧法，故稱瑞典圓弧法。瑞典圓弧法是把滑動體分成很多土條，土條間的作用力不用考慮，滑動破壞面要采取不同的土層進行分析比較，最終求出最小穩定安全系數[2]。壩坡穩定安全系數計算時，是求出滑動土體相對圓弧圓心的總滑動力矩和，將總阻滑力矩除以總滑動力矩定義為壩坡穩定安全系數。非均質壩體和壩基穩定安全系數的計算應考慮安全系數的多極值特性。

坍塌土體中任一土條上的作用力有：土條頂部的外荷載Qn（不包括土條沒于坡外水面以下時，土條頂部的水柱壓力），土條自重gn，土條的兩側在浸潤線以下部分作用有滲透水壓力fna和fnb，土條底面作用有水壓力un。各作用力的計算方法如下。

2.1 土條自重gn

h2，2—分別為土條中心線在浸潤線以下和坡外水面以上部分的高度和該部分填土的重度（按飽和重度計算）；

h3，3—分別為土條中心線在坡外水面以下和壩基以上部分的高度和該部分填土的重度（按有效重度計算）；

h4，4——分別為土條中心線在壩基以下和滑動面以上部分的高度和該部分壩基的重度（按有效重度計算）；

b—土條的寬度。

2.2 作用在土條兩側面上的滲透水壓力fna和fnb

2.3 土條底面水壓力的計算

作用在土條底面的水壓力un包括三個部分：由上游水頭與下游水頭差H所造成的滲透壓力；坡外水面高于土條底面時在土條底面產生的浮托力unb；穩定滲流時壩體未完全固結的情況下所產生的固結孔隙壓力unk。

—由上下游水頭差所造成的滲透壓力；

unb—坡外水面高于土條底面時在土條底面產生的浮托力；

unk—穩定滲流時壩體未完全固結的情況下所產生的固結孔隙壓力。

2.4 力的分解

當土條的重力與土條底面法線間的夾角為an時，土條重力和荷載在滑動面上所分解得的切力，法向力。法向力在滑動面上所產生的摩擦力Fn=Nntan=（gn+Qn）cosantan，為滑動面上土的內摩擦角（有效強度指標）。

3 畢肖普計算法

3.1 計算方法及計算結果

從坍塌的壩坡土體中任意取出一土條，作用于土條上的力有：水平力pn（例如：水平地震力），土條自身重力gn，土條兩側面上還作用有水平向推力En和En+1，垂直向切力Tn 和Tn+1，在土條底面作用有切力RT和法向反力RN，如圖1。

穩定滲流期計算：穩定滲流期應采用有效應力法計算。式中的土條容重為浸潤線至下游水位之間用飽和容重。

施工期計算：施工期的土條重為實重（設計干容重加含水率）。如壩基有地

下水時土條重為濕容重加浮容重，地下水位以上為濕容重，以下為浮容重。

庫水位降落期計算：粘性土在庫水位降落期可用總應力法按降落后水位計算。

4 結語

土質壩坡穩定計算的方法很多，目前多采用分條發（即將滑動土體劃分為一系列豎向土柱來計算），在計算中又分為：不考慮土條間相互作用力和考慮土條（土柱）間的相互作用力兩大類。通常對于均質壩、后斜墻壩、厚心墻壩宜采用簡化畢肖普法進行穩定計算，對于有軟弱夾層、薄心墻壩，薄斜墻、可采用摩根斯頓—普耐斯法進行穩定計算[3]。

參考文獻

[1] 張明，劉金勇.土石壩邊坡穩定可靠度分析與設計[J].水力發電學報，2006（2）：103-107.

[2] 顧慰慈.土石（堤）壩的設計與計算[M].北京：中國建材工業出版社，2006.

[3] 方玉樹.邊坡穩定性分析條分法最小解研究[J].巖土工程學報，2008，30（3）：331-335.

[4] 陳祖煜.質邊坡穩定分析原理方法及程序[M].北京：中國水利水電出版社，2003.