論干灘長(zhǎng)度對(duì)瑞典圓弧法和簡(jiǎn)化畢肖普法計(jì)算結(jié)果的影響

郭 暢 于亮

（1.交通運(yùn)輸部天津水運(yùn)工程科學(xué)研究院 ，天津 300456 ；2.大連理工大學(xué)土木建筑設(shè)計(jì)研究院有限公司，遼寧 大連 116024 ）

一、概述

一般來(lái)說(shuō)，影響尾礦庫(kù)穩(wěn)定性的因素有很多，浸潤(rùn)線對(duì)尾礦庫(kù)穩(wěn)定性的影響又是重中之重，而干灘長(zhǎng)度決定著浸潤(rùn)線的高低。本文選用應(yīng)用最廣泛的瑞典圓弧法和簡(jiǎn)化畢肖普法作比較，針對(duì)不同筑壩材料和干灘長(zhǎng)度，重點(diǎn)分析變化的浸潤(rùn)線對(duì)何種方法的計(jì)算結(jié)果的影響更為顯著。

二、計(jì)算方法和原理簡(jiǎn)介

瑞典圓弧法和簡(jiǎn)化畢肖普法都是實(shí)際工程中穩(wěn)定計(jì)算的常用方法。計(jì)算推導(dǎo)上看，瑞典法忽略了土條倆側(cè)條間力的影響，僅根據(jù)力矩平衡原理得出解答計(jì)算簡(jiǎn)便，低估安全系數(shù)5%～20%。畢肖普法全面考慮土條條間力，既滿足力的平衡，也滿足力矩的平衡。由于計(jì)算復(fù)雜，應(yīng)用較少。而簡(jiǎn)化畢肖普法增加了條間豎向力平衡條件，忽略了條間切向力，滿足力矩平衡，低估安全系數(shù)2%～7%。

Geo-studio是一套適用于巖土工程和巖土環(huán)境模擬計(jì)算的仿真軟件，本文中將用于滲流計(jì)算和靜力穩(wěn)定分析。

滲流計(jì)算采用GEO-SLOPE的SEEP/W軟件，依據(jù)是達(dá)西（Darcy）定律，計(jì)算采用有限單元法，利用四邊形單元構(gòu)造有限元方程。根據(jù)變分原理和Galerkin方法，構(gòu)造方程（2）的單元有限元方程

q為通過(guò)單元斷面的流量

四、算例分析

1 工程概況

某壩體斷面尺寸如下：壩底標(biāo)高30米，壩頂標(biāo)高50米，壩頂寬20米，庫(kù)內(nèi)尾礦料頂標(biāo)高49米，選取碎石做為壩體材料，內(nèi)外坡坡比均為1:2。壩體固結(jié)已結(jié)束。

2 各材料參數(shù)選取如表1。

3 干灘長(zhǎng)度分別選取20米，30米，40米，50米，70米，100米，150米，200米，250米。在以上干灘長(zhǎng)度條件下，浸潤(rùn)線均未發(fā)生坡面溢出情況。

4 計(jì)算過(guò)程中每種工況搜索5025個(gè)滑動(dòng)面。結(jié)果選取Geostudio仿真軟件自動(dòng)挑選的對(duì)于靜力穩(wěn)定安全系數(shù)的最合理結(jié)果。

表1

表2

表3

圖1 瑞典圓弧法和簡(jiǎn)化畢肖普法穩(wěn)定安全系數(shù)對(duì)比圖

圖2 瑞典圓弧法和簡(jiǎn)化畢肖普法穩(wěn)定安全系數(shù)差值圖

結(jié)論

（1）計(jì)算結(jié)果表明：通過(guò)圖1所示，瑞典圓弧法計(jì)算得到的結(jié)果總低于簡(jiǎn)化畢肖普法得到的結(jié)果，從而證明瑞典圓弧法得到的結(jié)果相對(duì)于簡(jiǎn)化畢肖普法在實(shí)際工程的應(yīng)用中更為保守，應(yīng)當(dāng)注意。

（2）表3中數(shù)據(jù)顯示，通過(guò)對(duì)安全系數(shù)增量的對(duì)比發(fā)現(xiàn)，在干灘長(zhǎng)度較短（小于70米時(shí)）的情況下，安全系數(shù)增長(zhǎng)速度很快，而在干灘長(zhǎng)度較長(zhǎng)（大于70米）的情況下，安全系數(shù)增長(zhǎng)相對(duì)平緩。干灘長(zhǎng)度對(duì)浸潤(rùn)線的影響巨大，對(duì)于壩體材料相同時(shí)，一般而言，干灘越長(zhǎng)，浸潤(rùn)線越低。而浸潤(rùn)線又是影響安全系數(shù)的重大影響因素之一。這倆種方法對(duì)于浸潤(rùn)線的影響都能如實(shí)從增量結(jié)果中反映出來(lái)，并且結(jié)果基本一致。如實(shí)際工程中干灘長(zhǎng)度較短，應(yīng)及時(shí)采取虹吸井，深挖盲溝，沉井，輕型井點(diǎn)及垂直水平聯(lián)合排滲等排滲措施。

（3）結(jié)合表（2）和圖（2）可以得出，干灘長(zhǎng)度越短，倆種方法的差異體現(xiàn)的越不明顯，對(duì)于峰值的出現(xiàn)還有待作者進(jìn)一步研究，而干灘長(zhǎng)度較長(zhǎng)時(shí)滲流在穩(wěn)定分析中影響微小致使倆種方法的計(jì)算結(jié)果的差值基本不發(fā)生變化。

（4）Geo-studio仿真軟件的選取結(jié)果對(duì)于該規(guī)律的統(tǒng)計(jì)也有一定影響，不容忽視。

[1]郭瑩，郭承侃，陸尚謨.土力學(xué)[M].大連：大連理工大學(xué)出版社.