理正软件在牡丹江市八达水库消险加固中的应用

高至国

(牡丹江市水务科学研究院，黑龙江牡丹江 157000)

1 功能概述

《理正边坡稳定分析》软件按照通用标准、堤防规范、碾压土石坝规范3种标准，提供匀质地层、倾斜地层、复杂地层条件下计算边坡的稳定安全系数及剩余下滑力[1]。同时软件提供的自动搜索最小稳定安全系数的方法，可以保证计算结果的精确度。

2 操作使用

“理正边坡稳定分析”软件在操作过程中简单快捷，具有图文并茂的交互界面、计算书，并有及时的提示指导、帮助用户使用软件。计算过程见图1。

3 计算实例

3.1 项目概况

牡丹江市八达水库位于牡丹江市爱民区北安乡八达村西部，控制流域面积21.7 km2。水库是一座以灌溉为主、兼顾防洪、养殖等综合利用的小(Ⅱ)型水库，水库枢纽建筑物由土坝、左侧开敞式侧槽溢洪道和中部输水洞组成，水库设计洪水标准为10 a一遇，校核洪水标准为20 a一遇，设计总库容45×104m3，兴利库容 26.94 ×104m3，死库容 4.95 ×104m3。八达水库土坝长322 m，现有坝顶高程319.89～320.22 m，坝顶路面宽4.0 m，最大坝高7.6 m，迎水侧边坡为1:2.5，背水侧边坡为1∶2.0。

3.2 土坝抗滑稳定分析计算

3.2.1 设计工况

八达水库为均质坝，坝体由细粒土砾砂及含砾砂粉质黏土构成，坝基按不透水地基考虑。计算坝坡稳定时，浸润线以上用湿容重，浸润线以下，下游水位以上用饱和容重，下游水位以下的土体用浮容重。地质参数见表1。

表1 地质参数表

设计工况参照《碾压土石坝设计规范》规定，采用瑞典条分法进行计算。稳定计算中应核算的控制土坝稳定的3种工况为:①施工期的上、下游坝坡;②稳定渗流期的上、下游坝坡;③水库水位降落期的上游坝坡。

3.2.2 计算过程

根据牡丹江市水利勘测设计院2011年2月土坝实测最不利断面，计算工具采用北京理正边坡稳定分析软件，计算公式采用圆弧滑动静力计算公式(瑞典圆弧法):

式中:l为单个土条的滑动面长度，m;W为条块重力;β为条块重力线与通过此条块底面中点的半径之间夹角;u、ui为坝体中的孔隙压力;W1为水位面以上的条块重力，kN;W2为水位面以下的条块重力，kN;Z为坝坡外水位高出条块底面中点的距离;RW为水的重度，kN/m3;CCU、C'、φCU、φ'为土的抗剪强度指标。

以水库上游校核水位317.72 m，下游309.92 m工况为例，计算过程如下。

1)选择边坡型式:等厚土层土坡稳定计算。

2)增加计算项目:上游校核水位317.72 m，下游309.92 m，迎水侧土坝稳定计算。

3)原始数据控制参数:①采用规范:碾压式土石坝设计规范;②计算工期:稳定渗流期;③计算目标:安全系数计算;④滑裂面形状:圆弧滑动法;⑤岩土参数指标:输入C、φ值。

4)原始数据坡面信息:根据坝体实测设定，八达水库坡面线段分为3段，具体设定值见表2。

表2 坡面信息表

5)原始数据土层信息:根据坝体地质横坡面图及地质报告设定，八达水库上部土层厚度8 m，为细粒土砾砂。下部土层厚度4.4 m，为含砾砂粉质黏土。

6)原始数据水面信息:采用有效应力法;孔隙水压力采用近似方法计算;考虑边坡外侧静水压力，坝前水位为317.72 m，坝后水位为309.92 m;坝体浸润线采用渗流计算结果。

7)边坡计算条件:圆弧稳定分析方法:瑞典条分法;土条重切向分力与滑动方向反向时:当下滑力对待;稳定计算目标:自动搜索最危险滑裂面;条分法的土条宽度:0.500 m;搜索时的圆心步长:0.500 m;搜索时的半径步长:0.500 m。

3.2.3 计算结论

最不利滑动面:滑动圆心=(10.075，11.931)m;滑动半径=16.581 m;滑动安全系数=1.792;总的下滑力=530.573 kN;总的抗滑力=950.581 kN;土体部分下滑力=530.573 kN;土体部分抗滑力=950.581 kN。计算过程见表3。

表3 边坡稳定计算过程表

4 结论

八达水库计算时考虑了水库淤积问题，根据土坝渗透稳定计算，八达水库大坝在设计洪水位、校核洪水位及正常蓄水位时，上、下游坝坡的安全系数均能满足规范要求抗滑稳定最小安全系数，前、后坝坡稳定，坝体现状结构满足安全要求。计算结果见表4。

表4 计算结果表

[1]宋国涛.基于理正软件的病险水库除险加固设计研究[J].东北水利水电，2013(03):12－13.