AutoBank 在土石坝毕业设计中的应用

淡 仓

（云南水利水电职业学院， 云南 昆明 650499）

0 前言

高职院校最后一个教学环节是毕业实践教学，毕业实践具有综合性和专业性强的特点[1]。而毕业设计是高职院校工科类专业毕业实践教学最传统的形式之一[2]。本文以高职水利类专业毕业设计中的土石坝除险加固项目为例，介绍AutoBank 软件在土石坝渗流和稳定计算中的应用，总结土石坝渗流和坝坡稳定设计思路，以期提高学生毕业设计的效率，为在校师生以及相关设计工作者提供参考。

1 AutoBank 软件使用方法

AutoBank 软件根据我国现行行业标准规范要求编写，专业特点显著[3]。软件可进行固结、渗流、稳定、内力位移、应力应变以及水工建筑物整体稳定计算分析[4]。软件建模灵活，可单独使用本软件进行建模，亦可导入AutoCAD 图形文件进行建模，给水利水电工程技术人员带来极大方便。

运用AutoBank7.7 软件进行土石坝渗流及边坡稳定计算需要用到软件的建模、渗流分析、稳定分析三个模块，计算流程如图1 所示。

图1 AutoBank7.7 渗流稳定计算流程图

2 毕业设计实例应用分析

2.1 毕业设计的任务

2.1.1 工程概况

D 水库位于云南省中部地区，属金沙江流域，总库容207.33 万m3。现状大坝为均质土坝，坝高23.9m，坝顶路面宽3.5m，长290m，坝顶高程1876.90m。上游采用混凝土预制块护坡，1865.50m 处设2m 宽的马道，马道以上坡度1:2.75，以下坡度1:3。下游采用种草护坡，1867.60m 处设2m 宽的马道，马道以上坡度1:2.4，以下坡度1:2.5。现状排水棱体内坡坡度1:1，外坡坡度1:1.5，顶高程1858.50m。

2.1.2 病险情况

根据现场调查，并对现状大坝进行渗流及坝坡稳定安全复核，发现大坝存在如下病险问题：

（1）坝顶混凝土预制块路面受车辆碾压破坏严重；

（2）上游混凝土预制块护坡局部风化破损严重；

（3）下游坝坡无岸坡排水设施，坝肩结合部冲刷严重；

（4）下游坝坡踏步破损严重；

（5）下游排水棱体堵塞失效，导致高水位时浸润线从下游坝坡出逸；

（6）下游坝坡抗滑稳定安全系数偏低。

2.1.3 设计任务

（1）根据大坝现状病险情况拟定除险加固措施；

（2）对加固后大坝进行渗流和坝坡稳定效果分析。

2.2 大坝加固措施制定及效果分析

2.2.1 大坝加固的措施

针对上述的大坝现状病险分析及稳定性评估成果，制定了以下除险加固措施：

（1）加宽坝顶宽度到5m，并新建坝顶路面；

（2）修复上游混凝土预制块护坡破损部位；

（3）平整下游坝肩结合部，并新建排水沟；

（4）拆除并新建下游坝坡踏步；

（5）拆除并新建下游排水体，排水体与坝体间设置反滤层；

（6）放缓下游第二级坝坡坡度到1:3。

2.2.2 加固后渗流计算

（1）计算断面和指标选取

渗流计算断面选取加固后各坝段最危险横断面。在计算中根据大坝坝体、坝基的材料性质组成将断面划为4 个分区，并分别对其边界条件进行适当简化。由于缺乏资料，计算中近似认为水平和垂直方向渗透系数值相等[5]。加固后大坝渗流稳定计算典型断面见图2（图中虚线为现状大坝横断面），各分区材料的渗流计算指标见表1。

图1 大坝渗流稳定计算断面图 (单位：m)

表1 大坝渗流计算指标表

（2）计算方法和效果分析

渗流计算包括三方面内容[6]：确定坝体浸润线位置；计算渗流量；判断其渗透稳定性。这三方面计算都可通过AutoBank 软件实现。浸润线位置和等势线图可由软件自动生成；渗流量可由软件计算出的单宽渗流量结合坝体尺寸进行计算；渗透稳定性的判断需先计算出坝体允许渗透比降（[J]）[7-8]，再和软件计算出的坝体最大渗透比降（Jmax）进行比较判定。大坝渗流计算选取4 种工况，正常蓄水位时的浸润线和等势线见图3，各工况渗流计算结果见表2。

图2 大坝浸润线及等势线图

表2 大坝渗流计算成果表

新建排水棱体后各种工况浸润线位置明显下降。正常蓄水位时水库渗流量为4.76L/s，折合年渗流量约为7.51 万m3，占兴利库容的4.45%。各工况坝体最大渗透比降均大于坝料自身允许渗透比降，但由于排水体与坝体间设置了反滤层，可大大提高坝料抵抗渗透破坏的能力，根据相关文献[9-10]，允许渗透比降可提高至数十，因此在反滤层保护下坝料不会发生渗透破坏。

3 加固后稳定计算

3.1 计算断面和指标选取

加固后大坝坝坡稳定计算断面选取同渗流计算断面（见图2）。计算中近似认为水上和水下抗剪强度指标相等，各分区材料的稳定计算指标见表3。

表3 大坝稳定计算指标表

3.2 计算方法和效果分析

选取5 种工况，分别采用瑞典圆弧法和简化Bishop 法对加固后坝坡抗滑稳定进行计算。将各分区土料稳定计算指标输入AutoBank 软件，可一次性计算出各工况上、下游坝坡抗滑稳定安全系数K。计算结果见表4，设计洪水位时的滑裂面位置见图4。

表4 大坝稳定计算成果表

通过与规范规定的最小安全系数比较，发现大坝上、下游坝坡在各工况下抗滑稳定安全系数均大于规范值，所以加固处理后大坝上、下游坝坡抗滑稳定均满足要求。

图3 大坝稳定计算滑裂面图

4 结论

通过采用AutoBank 软件对D 水库进行加固效果分析的成果，可看出：（1）库水位升高，浸润线位置随之升高，单宽渗流量和渗透出逸比降也随之增大；（2）同工况下瑞典圆弧法计算出的抗滑稳定安全系数较简化Bishop 法计算结果要小，这是由于瑞典圆弧法未计及条间作用力；（3）排水棱体堵塞和坝坡过陡都会影响大坝下游坝坡稳定，D 水库采取新建排水棱体并放缓下游二级坝坡的方法，有效提高了大坝下游坝坡的稳定性。

土石坝毕业设计中采用AutoBank 软件进行大坝渗流和边坡稳定计算，将对毕业设计的计算过程带来极大便利，并且可以对手算结果进行验证。同时，熟练掌握工程软件的使用方法还可以扩展学生的知识面，提高岗位竞争力和适应能力。