理正軟件在牡丹江市八達水庫消險加固中的應用

高至國

(牡丹江市水務科學研究院，黑龍江牡丹江 157000)

1 功能概述

《理正邊坡穩定分析》軟件按照通用標準、堤防規范、碾壓土石壩規范3種標準，提供勻質地層、傾斜地層、復雜地層條件下計算邊坡的穩定安全系數及剩余下滑力[1]。同時軟件提供的自動搜索最小穩定安全系數的方法，可以保證計算結果的精確度。

2 操作使用

“理正邊坡穩定分析”軟件在操作過程中簡單快捷，具有圖文并茂的交互界面、計算書，并有及時的提示指導、幫助用戶使用軟件。計算過程見圖1。

3 計算實例

3.1 項目概況

牡丹江市八達水庫位于牡丹江市愛民區北安鄉八達村西部，控制流域面積21.7 km2。水庫是一座以灌溉為主、兼顧防洪、養殖等綜合利用的小(Ⅱ)型水庫，水庫樞紐建筑物由土壩、左側開敞式側槽溢洪道和中部輸水洞組成，水庫設計洪水標準為10 a一遇，校核洪水標準為20 a一遇，設計總庫容45×104m3，興利庫容 26.94 ×104m3，死庫容 4.95 ×104m3。八達水庫土壩長322 m，現有壩頂高程319.89～320.22 m，壩頂路面寬4.0 m，最大壩高7.6 m，迎水側邊坡為1:2.5，背水側邊坡為1∶2.0。

3.2 土壩抗滑穩定分析計算

3.2.1 設計工況

八達水庫為均質壩，壩體由細粒土礫砂及含礫砂粉質黏土構成，壩基按不透水地基考慮。計算壩坡穩定時，浸潤線以上用濕容重，浸潤線以下，下游水位以上用飽和容重，下游水位以下的土體用浮容重。地質參數見表1。

表1 地質參數表

設計工況參照《碾壓土石壩設計規范》規定，采用瑞典條分法進行計算。穩定計算中應核算的控制土壩穩定的3種工況為:①施工期的上、下游壩坡;②穩定滲流期的上、下游壩坡;③水庫水位降落期的上游壩坡。

3.2.2 計算過程

根據牡丹江市水利勘測設計院2011年2月土壩實測最不利斷面，計算工具采用北京理正邊坡穩定分析軟件，計算公式采用圓弧滑動靜力計算公式(瑞典圓弧法):

式中:l為單個土條的滑動面長度，m;W為條塊重力;β為條塊重力線與通過此條塊底面中點的半徑之間夾角;u、ui為壩體中的孔隙壓力;W1為水位面以上的條塊重力，kN;W2為水位面以下的條塊重力，kN;Z為壩坡外水位高出條塊底面中點的距離;RW為水的重度，kN/m3;CCU、C'、φCU、φ'為土的抗剪強度指標。

以水庫上游校核水位317.72 m，下游309.92 m工況為例，計算過程如下。

1)選擇邊坡型式:等厚土層土坡穩定計算。

2)增加計算項目:上游校核水位317.72 m，下游309.92 m，迎水側土壩穩定計算。

3)原始數據控制參數:①采用規范:碾壓式土石壩設計規范;②計算工期:穩定滲流期;③計算目標:安全系數計算;④滑裂面形狀:圓弧滑動法;⑤巖土參數指標:輸入C、φ值。

4)原始數據坡面信息:根據壩體實測設定，八達水庫坡面線段分為3段，具體設定值見表2。

表2 坡面信息表

5)原始數據土層信息:根據壩體地質橫坡面圖及地質報告設定，八達水庫上部土層厚度8 m，為細粒土礫砂。下部土層厚度4.4 m，為含礫砂粉質黏土。

6)原始數據水面信息:采用有效應力法;孔隙水壓力采用近似方法計算;考慮邊坡外側靜水壓力，壩前水位為317.72 m，壩后水位為309.92 m;壩體浸潤線采用滲流計算結果。

7)邊坡計算條件:圓弧穩定分析方法:瑞典條分法;土條重切向分力與滑動方向反向時:當下滑力對待;穩定計算目標:自動搜索最危險滑裂面;條分法的土條寬度:0.500 m;搜索時的圓心步長:0.500 m;搜索時的半徑步長:0.500 m。

3.2.3 計算結論

最不利滑動面:滑動圓心=(10.075，11.931)m;滑動半徑=16.581 m;滑動安全系數=1.792;總的下滑力=530.573 kN;總的抗滑力=950.581 kN;土體部分下滑力=530.573 kN;土體部分抗滑力=950.581 kN。計算過程見表3。

表3 邊坡穩定計算過程表

4 結論

八達水庫計算時考慮了水庫淤積問題，根據土壩滲透穩定計算，八達水庫大壩在設計洪水位、校核洪水位及正常蓄水位時，上、下游壩坡的安全系數均能滿足規范要求抗滑穩定最小安全系數，前、后壩坡穩定，壩體現狀結構滿足安全要求。計算結果見表4。

表4 計算結果表

[1]宋國濤.基于理正軟件的病險水庫除險加固設計研究[J].東北水利水電，2013(03):12－13.