土石壩邊坡穩(wěn)定分析軟件在某水庫除險加固前期工作中的應用體會

向金寶，保雪飛

（云南省曲靖市麒麟?yún)^(qū)水務局，655000，曲靖）

一、基本情況

云南省曲靖市麒麟?yún)^(qū)某水庫地處珠江流域西江水系南盤江右岸一級支流上，控制流域面積1.79 km2，總庫容 31.48 萬 m3，屬?。?）型水庫，以農(nóng)田灌溉為主。于1996年開始建設，1998年建成。水庫主要包括大壩、溢洪道、輸水涵洞等建筑物。大壩為碾壓式均質(zhì)土石壩，壩頂高程為1 849.9 m，最大壩高20 m，壩頂長度122 m，壩頂寬 3.8 m，上游壩坡坡比 1∶2.83，下游壩坡坡比自上而下為 1∶2.0、1∶2.6；正常水位1 847.2 m，死水位1 838.22 m。

水庫所在區(qū)屬中低山丘陵地貌，壩址地處河谷上段較為狹窄的地帶，呈U字形，左右兩岸均屬土質(zhì)邊坡，左右岸山坡坡度約15°～40°。該壩體填土層的滲透性弱，大壩基礎為強—弱風化白云巖，左右兩壩肩表部為殘坡積層，壩址范圍內(nèi)未發(fā)現(xiàn)有影響大壩穩(wěn)定的地質(zhì)作用，大壩基礎相對較穩(wěn)定。根據(jù) 《中國地震動參數(shù)區(qū)劃圖》，工程區(qū)的地震動峰值加速度為0.15 g，地震動反應譜特征周期為0.45 s，相應地震烈度為Ⅶ度。

該工程在地質(zhì)勘探中共布置鉆孔8個，其中上游坡4個，下游坡4個，探坑3個。

二、存在的主要病險問題

大壩上游坡于2011年6月隨著庫水降落出現(xiàn)縱向裂縫，裂縫距壩頂高差 2.3 m，長 68 m，至死水位時，滑坡體最大水平位移2.1 m，最大垂直位移1.05 m。

三、大壩現(xiàn)狀邊坡穩(wěn)定分析計算

1.計算方法

壩坡抗滑穩(wěn)定計算采用剛體極限平衡法，土體抗剪強度指標采用有效應力法計算，滑裂面按圓弧面考慮，抗滑穩(wěn)定安全系數(shù)計算公式采用簡化畢肖普法，計及土條間作用力，浸潤線以上按濕容重計，浸潤線與邊坡外水位之間按飽和容重計，邊坡外水位以下按浮容重計，地震慣性力考慮水平向及垂直向。

2.計算斷面

根據(jù)計算目的的不同，可結(jié)合工程實際靈活選取，一般選取實測大壩最大橫斷面；已形成變形破壞的，則在相應破壞壩段內(nèi)進行選取，即選取已出現(xiàn)裂縫或滑坡的壩段橫斷面進行分析計算。計算斷面邊界、材料分區(qū)根據(jù)地質(zhì)勘探揭示的地層界線、原設計資料以及實測的斷面數(shù)據(jù)確定。

3.計算工況

參照碾壓式土石壩設計規(guī)范（SL 274—2001）確定。本文選取正常應用條件下死水位、正常水位穩(wěn)定滲流及正常水位降落等3種工況進行計算。

4.抗剪強度指標的確定

根據(jù)地質(zhì)勘探試驗、相關室內(nèi)土工試驗資料進行初步統(tǒng)計整理，然后結(jié)合巡查所見的大壩實際病害現(xiàn)象不斷演算而最終確定。其過程為：先根據(jù)地質(zhì)專業(yè)建議值作第一輪試算，以考察計算結(jié)果與比照標準(大壩實際病害)的差別；再以比照標準為反演計算的目標，結(jié)合現(xiàn)場地質(zhì)勘探資料分區(qū)進行指標調(diào)整，直至計算結(jié)果與大壩實際病害擬合到最佳狀態(tài)，此時的分區(qū)指標值為最終選定的計算模型的計算值。最后，用此模型進行其余各種工況的穩(wěn)定分析計算。

本工程按兩種方法進行大壩土體物理力學指標統(tǒng)計。方法一：大壩原設計為“均質(zhì)”壩，地質(zhì)專業(yè)建議壩土不考慮分區(qū)進行統(tǒng)計，結(jié)果見表1；方法二：壩土按內(nèi)外壩坡鉆孔試驗資料分區(qū)進行統(tǒng)計，結(jié)果見表2。

5.計算結(jié)果

根據(jù)表1和表2分別進行計算，計算結(jié)果依次見表3、表4。

表1 大壩物理力學指標統(tǒng)計結(jié)果

表2 大壩物理力學指標統(tǒng)計結(jié)果

表3 大壩壩坡穩(wěn)定分析計算成果

表4 大壩壩坡穩(wěn)定分析計算成果

表5 大壩物理力學指標

6.計算結(jié)果分析

根據(jù)大壩壩坡穩(wěn)定分析計算結(jié)果表3可知,正常水位穩(wěn)定滲流工況、下游坡抗滑穩(wěn)定安全系數(shù)均小于1，說明已失穩(wěn)。但下游坡在該工況下，尚未滑動，這與工程實際不相符。

根據(jù)大壩壩坡穩(wěn)定分析計算結(jié)果表4可知,下游坡抗剪強度指標取大值均值，下游坡抗滑穩(wěn)定安全系數(shù)均大于1，這與工程實際相符。上游坡抗剪強度指標取均值，死水位及正常水位穩(wěn)定滲流工況上游坡抗滑穩(wěn)定安全系數(shù)均大于1，說明壩坡尚未失穩(wěn)；正常水位降落工況上游坡抗滑穩(wěn)定安全系數(shù)小于1，說明該工況壩坡失穩(wěn)，與工程實際相符。

結(jié)論：該工程按壩土不分區(qū)進行指標統(tǒng)計的計算結(jié)果與工程實際不相符，該工程壩土宜按分區(qū)進行指標統(tǒng)計，同時，上游坡宜取用分區(qū)后統(tǒng)計結(jié)果均值，下游坡宜取用分區(qū)后統(tǒng)計結(jié)果大值均值。該工程大壩物理力學指標最終取值見表5，計算結(jié)果見表6。

根據(jù)大壩壩坡穩(wěn)定分析計算結(jié)果表6，死水位及正常水位穩(wěn)定滲流工況上下游坡抗滑穩(wěn)定安全系數(shù)均大于1，說明壩坡尚未失穩(wěn)，與工程運行實際相符；正常水位降落工況上游坡抗滑穩(wěn)定安全系數(shù)小于1，說明該工況壩坡失穩(wěn)，同時滑弧位置與工程實際病害相符。

結(jié)論：表5抗剪強度指標取值與工程實際相符，可用來開展其余設計工作。

四、幾點體會

①使用該軟件可提高工作效率，一旦計算模型建立起來，計算準確、快捷，比使用傳統(tǒng)的手工算法，可節(jié)約工作量及時間。

②使用該軟件，通過調(diào)整大壩物理力學指標“反演”試算，可用較短時間合理確定與工程實際非常接近的壩土物理力學強度指標取值。

表6 大壩壩坡穩(wěn)定分析計算成果

③使用該軟件可在計算模型內(nèi)查取任意位置滑弧的安全系數(shù)，據(jù)以確定可能的滑動區(qū)域，指導除險加固方案的科學合理選取。

④使用該軟件，根據(jù)計算結(jié)果，可“參與”分析工程病險原因。如：該工程內(nèi)壩坡滑坡誘因為運行過程中水位降速過快。同時，根據(jù)水庫大壩實際，可反算出允許的水位降落速度，以指導水庫運行管理工作。

[1]陳雷.加大工作力度 強化建管責任 著力做好?。?）型病險水庫除險加固工作[J].中國水利，2011（8）.