極限平衡法在土石壩加固中的應(yīng)用

尹大娟，許 靈

（松遼水利水電開發(fā)有限責(zé)任公司，吉林 長春 130061）

1 極限平衡法

常用的二維極限平衡分析方法有：瑞典圓弧法、簡化 Bishop法、Janbu法、Lowe-Karafiath法、美國陸軍工程師團(tuán)法、Morgenstern-Price法、Spencer法、傳遞系數(shù)法等，各種方法之間的區(qū)別主要在于條間力假設(shè)的不同。下面主要介紹下瑞典法及簡化Bishop法。

1）瑞典圓弧法。這一方法于1916年首先由瑞典彼得森提出。該法假定土坡失穩(wěn)破壞可簡化為一平面應(yīng)變問題，破壞滑動面為一圓弧形面。計(jì)算時將可能滑動面以上的土體劃分成若干鉛直土條，略去土條間相互作用力的影響。其計(jì)算簡圖如圖1所示。

圖1 瑞典圓弧法計(jì)算圖形

據(jù)此，可以計(jì)算出產(chǎn)生滑動的作用力S與抗力T。

式中：i為土條編號；W為土條重量；u為作用于土條底部的孔隙水壓力；b，α分別為土條寬度及其沿滑裂面的坡角；c′，φ′為有效抗剪強(qiáng)度指標(biāo)。

穩(wěn)定安全系數(shù)定義為：

計(jì)入地震作用時，圖中Vi和Qi分別表示土條的豎向和橫向地震慣性力（Vi向下為正，Qi指向坡外為正），則滑動的作用力S和抗力T的表達(dá)式相應(yīng)的可表示為：

式中：ei為Qi相對于滑動圓弧圓心的力臂；R為滑動圓弧半徑。

2）簡化Bishop法。Bishop法考慮了土條間相互作用力的影響。其計(jì)算簡圖如圖2所示。

圖1中ei和Xi分別表示該土條間相互作用的法向和切向力；Wi為土條自重；Qi為水平力；Ni和Ti分別為土條底部的總法向力和總切向力。穩(wěn)定安全系數(shù)定義為：

圖2 簡化Bishop法計(jì)算圖形

對地震作用的工況，可將式中的Wi代之以Wi±Vi并令Qi代表土條的水平慣性力。由于等式兩端均含未知量Kc，故需迭代求解。

2 工程實(shí)例

穆家店水庫始建于1957年，大壩為均質(zhì)土壩，最大壩高6.5 m，壩頂長452 m，壩頂寬3.5～4.5 m，上游壩坡 1∶2.59～1∶3.21，采用干砌塊石護(hù)坡，下游壩坡坡比 1∶1.8～1∶1.93，為自然草皮護(hù)坡，有多處發(fā)生脫坡現(xiàn)象。

核查意見提出，土壩下游邊坡最小抗滑穩(wěn)定安全系數(shù)小于規(guī)范允許值，因此下游壩坡存在滑動失穩(wěn)的可能。

針對下游壩坡不穩(wěn)的情況，提出了風(fēng)化料壓坡的處理方法。處理方案如圖3所示。

圖3 下游壩坡處理方案

對加固前、后的壩體最大斷面，上、下游壩坡進(jìn)行抗滑穩(wěn)定計(jì)算。計(jì)算采用瑞典圓弧法對穩(wěn)定滲流期、水位降落期的壩坡穩(wěn)定進(jìn)行了分析計(jì)算，計(jì)算結(jié)果見表1。

表1 土壩壩坡抗滑穩(wěn)定成果表

由計(jì)算結(jié)果知，處理后的壩體在各種運(yùn)行工況下的上、下游壩坡計(jì)算，最小抗滑穩(wěn)定安全系數(shù)，均大于壩坡抗滑允許最小安全系數(shù)，滿足抗滑穩(wěn)定要求。

3 結(jié)論及建議

通過計(jì)算分析，加固后壩體的安全系數(shù)滿足規(guī)范要求的值，壩體經(jīng)過處理后達(dá)到了穩(wěn)定的要求。通過對壩體的觀察，壩坡經(jīng)處理后直到現(xiàn)在沒有發(fā)生脫坡現(xiàn)象，證明壩體是穩(wěn)定的，與計(jì)算結(jié)果相符合。

從穩(wěn)定計(jì)算可以看出，壩后的風(fēng)華料壓坡對降低壩體浸潤線起到了一定的作用，對壩體的穩(wěn)定性起到了積極的作用。

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