淺析工程建設擾動對水利工程穩定性分析評價

張春敏

（重慶江源工程勘察設計有限公司，重慶 401147）

水利工程建設在防洪抗旱、生活用水和保護河湖健康方面起到了越來越重要的作用，促進了社會經濟的發展[1-2]。因此，水利工程的安全關系著全體民眾的生命財產安全[3]。隨著經濟的不斷發展，涉河工程建設也越來越多，大量的穿河、跨河建筑物的修建，對原有水利工程的安全造成一定的影響，因此，定量評價擾動工程建設對原有水利工程的穩定性，對水利工程的安全運行與管理現代化及促進水利工程的可持續發展有著重要的意義[4-5]。

1 工程概況

擾動工程屬于電力通道，水利工程屬于小（二）型水庫。電力通道從左岸拉管入土，右岸拉管出土，左右岸出入土位置設置工作井，拉管段投影長度154.5 m，施工段弧長165.74 m，采用電纜拉管19×φ225，MMP管，管徑1 500 mm，拉管完成后采用膨脹性C20水泥砂漿填充。

2 計算方法和工況

2.1 計算方法

本文采用大型通用巖土有限元分析軟件（MIDAS/GTS NX）對整體場地進行穩定性驗算[6-7]。MIDAS/GTSNX（New experience of Geo-Technical analysis System）是一款針對巖土領域研發的通用有限元分析軟件，不僅支持線性/非線性靜力分析、線性/非線性動態分析、滲流和固結分析、邊坡穩定分析、施工階段分析等多種分析類型，還可以進行滲流-應力耦合、應力-邊坡耦合、滲流-邊坡耦合、非線性動力分析-邊坡耦合分析，廣泛運用于地鐵隧道、邊坡、基坑、樁基、水利工程、礦山工程等各種工程的建模分析中[7]。

2.2 計算工況

結合電力通道工程對水庫整體邊坡、局部邊坡穩定性影響，得出以下幾種工況：工況1，工程實施前，水庫水位為正常蓄水位；工況2，工程實施前，水位為校核洪水位；工況3，工程施工振動作用下，水庫水位為正常蓄水位；工況4，工程實施后，水庫水位為正常蓄水位；工況5，工程實施后，水庫水位為校核洪水位。

3 穩定性計算分析

3.1 整體邊坡穩定性分析

不同工況下整體邊坡穩定性見圖1.

圖1 整體邊坡模型結果

工況1：主要產生塑性區，出現在局部邊坡區域，而且其剪出口位置與正常蓄水位保持同一水平，整體穩定性為1.76，邊坡保持穩定。

工況2：主要產生塑性區，出現在局部邊坡區域，而且其剪出口位置略低于校核洪水位，整體穩定性為1.67，邊坡保持穩定。

工況3：整體邊坡模型產生塑性區，出現在局部邊坡區域，其剪出口位置與正常蓄水位保持同一水平，整體穩定性為1.35，邊坡基本保持穩定。

工況4：整體邊坡模型在進行管道材料替換后，產生的塑性區域和剪出口位置與前3種工況相同，其整體穩定性為1.65，相對于未進行管道材料替換的前邊坡，穩定性有所下降，但是邊坡依舊保持穩定。

工況5：整體邊坡模型完成管道施工后，即對管道材料進行替換，邊坡穩定性為1.58，邊坡保持穩定，其出現的塑性區主要在巖土分界線上，上部素填土參數較弱。

3.2 局部邊坡穩定性分析

不同工況下局部邊坡穩定性見圖2.

圖2 局部邊坡模型結果

工況1作用下：主要產生塑性區，出現在邊坡與水庫庫底交界處，而且其剪出口位置與正常蓄水位保持同一水平，局部穩定性為1.45，邊坡保持穩定。

工況2作用下：主要產生塑性區，出現在邊坡與水庫庫底交界處，而且其剪出口位置略低于校核洪水位，局部穩定性為1.42，邊坡保持穩定。

工況3作用下：局部邊坡模型產生塑性區，出現在局部邊坡區域，其剪出口位置同樣與正常蓄水位保持同一水平，整體穩定性為1.1，邊坡基本保持穩定。

工況4作用下：局部邊坡模型在進行管道材料替換后，產生的塑性區域和剪出口位置與前3種工況相同，其局部穩定性為1.43，相對于未進行管道材料替換的前邊坡，穩定性有所下降，但是邊坡依舊保持穩定。

工況5作用下：局部邊坡模型完成管道施工后，即對管道材料進行替換，邊坡穩定性為1.40，邊坡保持穩定，其出現的塑性區主要在巖土分界線上，上部素填土參數較弱。

4 結果與討論

對5種工況條件下整體邊坡模型、局部邊坡模型穩定性系數進行分析，分析結果見表1.

表1 各種工況下模型的穩定性系數

根據《建筑邊坡工程技術規范（GB 50330—2013）》，本次邊坡工程安全等級為二級，邊坡類型為永久邊坡，一般工況下邊坡穩定安全系數為1.30，震動工況下邊坡穩定安全系數為1.10，得出以下結論：①一般工況條件下（工況1，2，4，5），整體邊坡穩定系數均大于1.30，整體邊坡穩定。穿越工程施工前，隨著水庫水位的升高，邊坡穩定系數減小但量不大；穿越工程施工后，隨著水庫水位的升高，邊坡穩定系數減小但量不大。穿越工程施工前、后，對應水位的整體邊坡穩定性均有所下降，但邊坡仍可以保持穩定。②震動工況條件下（工況3），整體邊坡穩定系數均大于1.10，整體邊坡穩定。施工過程中，隨著震動荷載的逐漸加大，邊坡穩定性逐漸降低，但仍能保持穩定。③一般工況條件下（工況1，2，4，5），局部邊坡穩定系數均大于1.30，局部邊坡穩定。穿越工程施工前，隨著水庫水位的升高，邊坡穩定系數減小但量不大；穿越工程施工后，隨著水庫水位的升高，邊坡穩定系數減小但量不大。穿越工程施工前、后，對應水位的局邊坡穩定性均有所下降，但邊坡仍可以保持穩定。④震動工況條件下（工況3），局部邊坡穩定系數均大于等于1.10，局部邊坡穩定。施工過程中，隨著震動荷載的逐漸加大，邊坡穩定性逐漸降低，但仍能保持穩定。

［1］王桂芳.水利工程安全運行與管理現代化關系探討［J］.科技創新與應用，2017（7）：224.

［2］張科.淺析水利工程安全施工管理［J］.經營管理者，2013（04）：326.

［3］謝良.淺析水利工程施工管理特點及質量控制策略［J］.農業科技與信息，2017（04）：111.

［4］伍平，向勇.天然氣長輸管道漢江穿跨越方案研究［J］.西華大學學報（自然科學版），2013，32（4）：94-96.

［5］閻慶華，孫玉杰，付超，等.長輸管道河流穿跨越方案選擇［J］.石油工程建設，2011，37（3）：1-3.

［6］郝艷娥，梁興文，楊紅霞.陜北延安靠崖式黃土窯洞靜力性能及加固方法研究［J］.河南科學，2016，34（11）：1852-1857.

［7］張旭.有限元軟件在河道整治工程中的應用［J］.東北水利水電，2015，33（11）：63-65.