深厚覆蓋層土石壩的穩定性數值分析

申 輝,郭曉曉

（河北省電力勘測設計研究院,石家莊 050021）

深厚覆蓋層土石壩的穩定性數值分析

申 輝,郭曉曉

（河北省電力勘測設計研究院,石家莊 050021）

本文主要寫的是土石壩的抗震原理，對土石壩如何能夠起到良好的抗震作用進行分析，以我國的西部地區為實例，分析有限元模擬隨機波的方法，將不同高度的土石壩劃分出來，根據土石壩的厚度條件，分別計算不同高度和不同厚度的土石壩的動力響應，從而能夠準確地計算出土石壩的穩定系數，提高土石壩的穩定性，從而分析土石壩的穩定性受到的影響因素，通過對影響因素的控制，提高土石壩的穩定性。

土石壩；深厚覆蓋層；動力響應；地震；穩定性

0 前言

土石壩的價格低廉，在應用過程中可以節省大量的資金，而且土石壩在應用過程中不會耗費大量的人力，應用方式比較簡單，流程不復雜，而且造價不是特別高，在施工過程中效率比較高，在不同的地質條件下都可以使用，即使在相對惡劣的地質條件下，土石壩也可以投入使用，土石壩現在已經相當普及，主要應用在水利水電工程中。我國的國土面積比較大，跨越的經緯度也比較多，這就造成了我國的地質條件也是復雜多樣的，在不同的地區，會產生不同的地質災害，地震、泥石流、滑坡等地質災害是有發生，這就影響了土石壩的穩定性。

1 壩體、巖石體相關的靜力和動力系數分析

本次探究以新疆塔里木河流域下坂地水利工程使用的土石壩作為研究的對象，將土石壩地層的厚度進行測量，分析土石壩地層覆蓋層的結構，探究土石壩直形墻的相關參數，研究地層的因數，建立壩體材料的相關模型，運用E-B模型進行展示，對當地的土石壩的動力響應進行分析，通過結合有限元方面的知識，計算土石壩動力響應的因數。

2 對土石壩的穩定性進行分析

《水利水電工程的穩定性分析》中明確說明在對土石壩的穩定性進行模擬實驗的時候，采用的方法是瑞典的圓弧法，從而通過實驗分析出影響土石壩穩定性的相關因素，計算出參數。

通過對影響土石壩穩定性的相關因素進行模擬實驗，計算出相關的參數，能夠有效地分析出土石壩工程的安全系數，確定土石壩的危險滑面，分析出土石壩的抗剪強度。

3 土石壩整體穩定分析的動力法

3.1 壩體應力應變時程反應分析

動力計算采用等效粘彈性模型，這次實驗將土看成是具有粘彈性的物質，運用同等的剪切模量以及阻尼參數來分析土石壩的應力，分析土石壩的應力特點，分析出土石壩的應力具有一定的滯后性特點，而且土石壩的結構呈現非線性的特點，并分析該地土石壩的剪切模量和阻尼之間的關系，其關系可以用下述的公式來表示：

式中G為動剪切模量的數值，λ為土石壩不同結構之間阻尼的比值，Gmax為就愛你切模量的最大值，λmax為最阻尼的最大值，γd為動剪應變，是土石壩的動力在一段時間內的最大值得表示方法，是動力反應過程一個給定時段內最大動剪應變的均值（0.65λmax），γr為參考剪應變，其是由土石壩的抗剪強度和剪切模量的最大數值共同決定的。

3.2 動力作用下土石壩穩定分析

采用粘彈性模型對壩體進行動力反應計算，采用圓弧法計算壩體在動力反應過程中的整體穩定安全系數。

在外界動力因素的干擾下，如果土石壩的高度為80米，當土石壩的覆蓋層厚度越大，土石壩的穩定性就越高，但是，當土石壩的覆蓋層的厚度大于80米時，土石壩的穩定性就會隨著土石壩覆蓋層的厚度增加而減小。當土石壩的高度為100米時，土石壩的高度越大，其穩定性就越好，但是，當土石壩的高度小于60米的時候，土石壩的穩定性不高，而且，土石壩的高度越小，土石壩的穩定性越差。如果土石壩的高度達到了140米，土石壩的穩定性與土石壩覆蓋層的厚度是成反比的，通過分析土石壩的動力因素，判斷土石壩的穩定性。

3.3 土石壩的覆蓋層的厚度與土石壩滑面的位置之間的關系

按照震波作用的差異，對影響土石壩的動力因素進行分析，動力作用下，土石壩的滑動部分已經在土石壩的上方產生，而且會隨著土石壩覆蓋層的增加而增多。

4 結論

本文依據不同壩高、不同覆蓋層厚度土石壩在動力作用下動力反應計算結果，分析了不同高度的土石壩的土石壩壩坡安全系數和滑動面隨覆蓋層厚度的變化做了分析，得到了以下認識：（1）相同高度的土石壩在外界動力的干擾下，土石壩的覆蓋層越厚，其穩定性就越高，但是，當土石壩的高度和覆蓋層的高度只和大于160米的時候，土石壩的穩定性就會隨著土石壩高度的增加而減小。通過對土石壩的動力因素進行分析后，得出了相同的結論；（2）依據動力分析結果，動力作用下，滑動面均產生在壩坡的上部但不通過壩頂，隨著覆蓋層厚度的增加滑動面范圍較小。對100m、140m、180m、200m的土石壩，滑動面的變化與80m壩高時得變化規律相同。