土石坝边坡稳定分析与计算方法.docx

土石坝边坡稳定分析与计算方法摘要：文章针对土石坝边坡稳定分析与计算方法进行了系统的分析与整理主要是对PC1500程序稳定性理论分析中三种状态进行了分析并介绍了编制依据及使用情况。关键词：土坝；稳定性；边坡；程序1稳定性理论分析土坝的稳定性破坏有滑动、液化及塑性流动三种状态。（1）坝坡的滑动是由于坝体的边坡太陡坝体填土的抗剪强度太小致使坍滑面以外的土体滑动力矩超过抗滑力矩因而发生坍滑或由于坝基土的抗剪强度不足因而坝体坝基一同发生滑动。（2）坝体的液化是发生在用细砂或均匀的不够紧密的砂料作成的坝体中或由这种砂料形成的坝基中。液化的原因是由于饱和的松砂受振动或剪切而发生体积收缩这时砂土孔隙中的水分不能立即排出部分或全部有效应力即转变为孔隙压力砂土的抗剪强度减少或变为零砂粒业就随着水的流动向四周流散了。（3）土坝的塑性流动是由于坝体或坝基内的剪应力超过了土料实际具有的抗剪强度变形超过了弹性限值不能承受荷重使坝坡或者坝脚地基土被压出或隆起因而使坝体的坝基发生裂缝、沉陷等情况。软粘性土的坝或坝基如果设计不良就容易产生这种破坏。进行坝坡稳定计算时应该杜绝以上三种破坏稳定的现象尤其前两种必须加以计算以及研究。2PC1500程序编制依据及计算方法2.1编制依据及使用情况综述PC1500程序在计算方法方面采用了瑞典条分法和考虑土条水平侧向力的简化毕肖甫法。从对土料物理力学指标的不同选用又可分为总应力法有效应力法和简化有效应力法。程序规定计算公式中无孔隙水压力为总应力法；计入孔隙水压力为有效应力法；令孔隙水压力一项为零而将孔隙水压力包含在土体重量的计算之中称为简化有效力法[1]。分别考虑了稳定渗流期施工期水位降落期三种情况。程序按照“水工建筑物抗震设计规范”“碾压土石坝设计规范”编制。2.2计算方法PC1500程序安排了四种计算方式即计算一个指定的滑弧用优选法连续计算用网格法连续计算用混合法连续计算[2]。所谓优选法是先给定圆心座标X1、Y1滑弧深度DP和它们各自的变化步长。第一步Y1DP不变X1变步长算五次找出最小安全系数所对应的X1；第二步X1DP不变Y1变步长算五次找出最小安全系数所对应的Y1；第三步X1Y1不变DP变步长算五次找出最小安全系数所对应的DP此时一个循环完成如精度不满足要求将上一循环中最小安全系数对应的X1Y1DP为新的初始值继续计算向最小安全系数逼近直到满足要求。所谓网格法要计算若干滑弧深度对每一滑弧度计算过程如下：以给定滑弧圆心为中心以大步长向四周由49个点逐一计算找出安全系数最小的点以该点为中心以小步长向四周布49个点计算后就找出相应该滑弧深度的最小安全系数。混合法是先用网格法。将大步长布下的49个点算完后找出安全系数最小的点转入优选法计算。混合法吸取了优选法和网格法的优点即：滑弧位置分布适当优化性强计算度高；程序具有划分土条宽度的功能可绘出断面图及危险滑弧位置；程序能输出原始数据、中间成果、滑弧圆心位置座标滑弧深度及相应的安全系数。3程序初始化设置（1）建立坐标系：坐标原点O放在坝顶上一般取在坝轴线与坝顶的交点处规定X轴水平指向滑动体滑动方向为正Y轴铅直向下为正。（2）节点编号：先坝面后坝内坝坡面节点编号必须沿坝坡面自X坐标值最大一点到最小一点止。所编第一点的Y坐标值即坝高（程序由此值选取地震惯性力分布系数）坝坡面上第一点和最后一点的X坐标值的绝对值必须取得足够大以求保证所有滑弧都能与坝坡线交上坝内节点号不受先后限制但所有编号必须连续计算坝坡上不允许相邻节点相距较大否则要增加节点号。（3）线条编号：任一区域均由封闭折线组成（即区域边界）其中X坐标最小的初始点和X坐标最大的终点将这封闭折线分成上、下两部分仅对本区域上边界线条编号显然这是连续的、单值的。从第一区域起到最后一个区域逐一对线条进行编号。铅直线条不必编号或将其放缓后编号。（4）编区域号：按土质指标不同划分区域分区编号顺序为先上后下先干后湿再水下。区域初始点为本区域中X坐标最小的节点区域终点为本区域中X坐标最大的节点。区域初始线为本区域中线条编号最小的线条。坝内的浸润线应是区域的边界线。（5）孔隙水压力网格的绘制：结点成行列布置各行必须水平各列可倾向计算坝坡一侧但要求各列平行将第1行（编号为0）中各结点X坐标第一列（编号为0）各结点的Y坐标及列线与铅直线夹角的正切值输入并输入各结点的孔隙水压力值程序即内插求出土条底部中心线处的孔隙水压力值供有效应力法计算时使用[3]。4程序的使用技巧为了更好应用PC1500