陳忠潤(rùn)　王邦林

摘 要：對(duì)于土質(zhì)壩坡穩(wěn)定性分析計(jì)算，多數(shù)采取瑞典圓弧法，因?yàn)樵摲椒ú豢紤]土條間相互作用力，該方法是假定壩坡滑動(dòng)面為一圓弧滑動(dòng)面，常用于厚心墻壩、均質(zhì)壩和厚斜墻壩，取圓弧面以上土體作為分析對(duì)象。瑞典圓弧法有時(shí)有較大的計(jì)算誤差，因?yàn)橛?jì)算方法過(guò)于保守，因此對(duì)比較重要的工程除了采用瑞典圓弧法，同時(shí)用簡(jiǎn)化畢肖普法進(jìn)行計(jì)算。

關(guān)鍵詞：土質(zhì)壩坡 瑞典圓弧法 畢肖普法 浸潤(rùn)線(xiàn) 地震慣性力

中圖分類(lèi)號(hào)：TU43 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1674-098X（2019）03（b）-0058-03

1 土質(zhì)壩坡穩(wěn)定計(jì)算的方法

壩坡穩(wěn)定計(jì)算廣泛采用剛體極限平衡法。極限平衡穩(wěn)定性計(jì)算分析時(shí)，按滑動(dòng)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(hù)層與斜墻一起滑動(dòng)的穩(wěn)定計(jì)算、無(wú)粘性土壩坡穩(wěn)定計(jì)算、復(fù)合滑動(dòng)面的壩坡穩(wěn)定計(jì)算[1]。

2 瑞典圓弧法

由瑞典人彼得森提出的圓弧法，故稱(chēng)瑞典圓弧法。瑞典圓弧法是把滑動(dòng)體分成很多土條，土條間的作用力不用考慮，滑動(dòng)破壞面要采取不同的土層進(jìn)行分析比較，最終求出最小穩(wěn)定安全系數(shù)[2]。壩坡穩(wěn)定安全系數(shù)計(jì)算時(shí)，是求出滑動(dòng)土體相對(duì)圓弧圓心的總滑動(dòng)力矩和，將總阻滑力矩除以總滑動(dòng)力矩定義為壩坡穩(wěn)定安全系數(shù)。非均質(zhì)壩體和壩基穩(wěn)定安全系數(shù)的計(jì)算應(yīng)考慮安全系數(shù)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(méi)于坡外水面以下時(shí)，土條頂部的水柱壓力），土條自重gn，土條的兩側(cè)在浸潤(rùn)線(xiàn)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(jì)算方法如下。

2.1 土條自重gn

h2，2—分別為土條中心線(xiàn)在浸潤(rùn)線(xiàn)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(jì)算）；

h3，3—分別為土條中心線(xiàn)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(jì)算）；

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

b—土條的寬度。

2.2 作用在土條兩側(cè)面上的滲透水壓力fna和fnb

2.3 土條底面水壓力的計(jì)算

作用在土條底面的水壓力un包括三個(gè)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(shí)在土條底面產(chǎn)生的浮托力unb；穩(wěn)定滲流時(shí)壩體未完全固結(jié)的情況下所產(chǎn)生的固結(jié)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(shí)在土條底面產(chǎn)生的浮托力；

unk—穩(wěn)定滲流時(shí)壩體未完全固結(jié)的情況下所產(chǎn)生的固結(jié)孔隙壓力。

2.4 力的分解

當(dāng)土條的重力與土條底面法線(xiàn)間的夾角為an時(shí)，土條重力和荷載在滑動(dòng)面上所分解得的切力，法向力。法向力在滑動(dòng)面上所產(chǎn)生的摩擦力Fn=Nntan=（gn+Qn）cosantan，為滑動(dòng)面上土的內(nèi)摩擦角（有效強(qiáng)度指標(biāo)）。

3 畢肖普計(jì)算法

3.1 計(jì)算方法及計(jì)算結(jié)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(cè)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(wěn)定滲流期計(jì)算：穩(wěn)定滲流期應(yīng)采用有效應(yīng)力法計(jì)算。式中的土條容重為浸潤(rùn)線(xiàn)至下游水位之間用飽和容重。

施工期計(jì)算：施工期的土條重為實(shí)重（設(shè)計(jì)干容重加含水率）。如壩基有地

下水時(shí)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(kù)水位降落期計(jì)算：粘性土在庫(kù)水位降落期可用總應(yīng)力法按降落后水位計(jì)算。

4 結(jié)語(yǔ)

土質(zhì)壩坡穩(wěn)定計(jì)算的方法很多，目前多采用分條發(fā)（即將滑動(dòng)土體劃分為一系列豎向土柱來(lái)計(jì)算），在計(jì)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(lèi)。通常對(duì)于均質(zhì)壩、后斜墻壩、厚心墻壩宜采用簡(jiǎn)化畢肖普法進(jìn)行穩(wěn)定計(jì)算，對(duì)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(jìn)行穩(wěn)定計(jì)算[3]。

參考文獻(xiàn)

[1] 張明，劉金勇.土石壩邊坡穩(wěn)定可靠度分析與設(shè)計(jì)[J].水力發(fā)電學(xué)報(bào)，2006（2）：103-107.

[2] 顧慰慈.土石（堤）壩的設(shè)計(jì)與計(jì)算[M].北京：中國(guó)建材工業(yè)出版社，2006.

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

[4] 陳祖煜.質(zhì)邊坡穩(wěn)定分析原理方法及程序[M].北京：中國(guó)水利水電出版社，2003.