论土质坝坡稳定性分析方法

陈忠润　王邦林

摘 要：对于土质坝坡稳定性分析计算，多数采取瑞典圆弧法，因为该方法不考虑土条间相互作用力，该方法是假定坝坡滑动面为一圆弧滑动面，常用于厚心墙坝、均质坝和厚斜墙坝，取圆弧面以上土体作为分析对象。瑞典圆弧法有时有较大的计算误差，因为计算方法过于保守，因此对比较重要的工程除了采用瑞典圆弧法，同时用简化毕肖普法进行计算。

关键词：土质坝坡 瑞典圆弧法 毕肖普法 浸润线 地震惯性力

中图分类号：TU43 文献标识码：A 文章编号：1674-098X（2019）03（b）-0058-03

1 土质坝坡稳定计算的方法

坝坡稳定计算广泛采用刚体极限平衡法。极限平衡稳定性计算分析时，按滑动面形状分为滑楔法和圆弧法。圆弧法包括瑞典圆弧法和毕肖普法；滑楔法包括保护层与斜墙一起滑动的稳定计算、无粘性土坝坡稳定计算、复合滑动面的坝坡稳定计算[1]。

2 瑞典圆弧法

由瑞典人彼得森提出的圆弧法，故称瑞典圆弧法。瑞典圆弧法是把滑动体分成很多土条，土条间的作用力不用考虑，滑动破坏面要采取不同的土层进行分析比较，最终求出最小稳定安全系数[2]。坝坡稳定安全系数计算时，是求出滑动土体相对圆弧圆心的总滑动力矩和，将总阻滑力矩除以总滑动力矩定义为坝坡稳定安全系数。非均质坝体和坝基稳定安全系数的计算应考虑安全系数的多极值特性。

坍塌土体中任一土条上的作用力有：土条顶部的外荷载Qn（不包括土条没于坡外水面以下时，土条顶部的水柱压力），土条自重gn，土条的两侧在浸润线以下部分作用有渗透水压力fna和fnb，土条底面作用有水压力un。各作用力的计算方法如下。

2.1 土条自重gn

h2，2—分别为土条中心线在浸润线以下和坡外水面以上部分的高度和该部分填土的重度（按饱和重度计算）；

h3，3—分别为土条中心线在坡外水面以下和坝基以上部分的高度和该部分填土的重度（按有效重度计算）；

h4，4——分别为土条中心线在坝基以下和滑动面以上部分的高度和该部分坝基的重度（按有效重度计算）；

b—土条的宽度。

2.2 作用在土条两侧面上的渗透水压力fna和fnb

2.3 土条底面水压力的计算

作用在土条底面的水压力un包括三个部分：由上游水头与下游水头差H所造成的渗透压力；坡外水面高于土条底面时在土条底面产生的浮托力unb；稳定渗流时坝体未完全固结的情况下所产生的固结孔隙压力unk。

—由上下游水头差所造成的渗透压力；

unb—坡外水面高于土条底面时在土条底面产生的浮托力；

unk—稳定渗流时坝体未完全固结的情况下所产生的固结孔隙压力。

2.4 力的分解

当土条的重力与土条底面法线间的夹角为an时，土条重力和荷载在滑动面上所分解得的切力，法向力。法向力在滑动面上所产生的摩擦力Fn=Nntan=（gn+Qn）cosantan，为滑动面上土的内摩擦角（有效强度指标）。

3 毕肖普计算法

3.1 计算方法及计算结果

从坍塌的坝坡土体中任意取出一土条，作用于土条上的力有：水平力pn（例如：水平地震力），土条自身重力gn，土条两侧面上还作用有水平向推力En和En+1，垂直向切力Tn 和Tn+1，在土条底面作用有切力RT和法向反力RN，如图1。

稳定渗流期计算：稳定渗流期应采用有效应力法计算。式中的土条容重为浸润线至下游水位之间用饱和容重。

施工期计算：施工期的土条重为实重（设计干容重加含水率）。如坝基有地

下水时土条重为湿容重加浮容重，地下水位以上为湿容重，以下为浮容重。

库水位降落期计算：粘性土在库水位降落期可用总应力法按降落后水位计算。

4 结语

土质坝坡稳定计算的方法很多，目前多采用分条发（即将滑动土体划分为一系列竖向土柱来计算），在计算中又分为：不考虑土条间相互作用力和考虑土条（土柱）间的相互作用力两大类。通常对于均质坝、后斜墙坝、厚心墙坝宜采用简化毕肖普法进行稳定计算，对于有软弱夹层、薄心墙坝，薄斜墙、可采用摩根斯顿—普耐斯法进行稳定计算[3]。

参考文献

[1] 张明，刘金勇.土石坝边坡稳定可靠度分析与设计[J].水力发电学报，2006（2）：103-107.

[2] 顾慰慈.土石（堤）坝的设计与计算[M].北京：中国建材工業出版社，2006.

[3] 方玉树.边坡稳定性分析条分法最小解研究[J].岩土工程学报，2008，30（3）：331-335.

[4] 陈祖煜.质边坡稳定分析原理方法及程序[M].北京：中国水利水电出版社，2003.