土石壩邊坡穩(wěn)定性分析的應(yīng)用研究

孫作壯

摘? 要：土石壩是指由土料、石料或混合料，經(jīng)過拋填、碾壓等方法堆筑而成的具有擋水功能的壩體建筑，隨著現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)的不斷進(jìn)步與發(fā)展，土石壩建設(shè)技術(shù)逐漸得到優(yōu)化完善，在我國水利工程當(dāng)中被廣泛地推廣與應(yīng)用。由于土石壩對國民經(jīng)濟(jì)與安全具有明確的重要意義，所以，在實(shí)際建設(shè)當(dāng)中，則需要結(jié)合現(xiàn)代化工程理念和技術(shù)，提高土石壩邊坡的穩(wěn)定性，切實(shí)發(fā)揮土石壩的真正價值，所以該文針對土石壩邊坡穩(wěn)定性進(jìn)行分析，并提出分析結(jié)果在土石壩設(shè)計(jì)工作中的應(yīng)用。

關(guān)鍵詞：土石壩邊坡? 穩(wěn)定性? 分析? 應(yīng)用

中圖分類號：TV223;TV641 ? ?文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1672-3791（2020）02（a）-0040-02

在當(dāng)前水利工程當(dāng)中，土石壩邊坡的建設(shè)與應(yīng)用更加具有優(yōu)勢，不僅可以就地取材進(jìn)行建設(shè)，極大程度的降低了材料成本和運(yùn)輸成本，而且土石壩邊坡施工更加簡單，所需要進(jìn)行的工序較少，便于縮短工期的同時，在建成完畢后還可以隨時地進(jìn)行調(diào)整。但由于土石壩邊坡主要由土料石料構(gòu)成，所以一旦發(fā)生自然災(zāi)害，或是由于壩體長期處于超負(fù)荷狀態(tài)當(dāng)中，都會對土石壩邊坡的穩(wěn)定性造成影響，所以針對于此，則應(yīng)當(dāng)在建設(shè)期間進(jìn)行充分的研究和合理的設(shè)計(jì)。

1? 土石壩的作用和邊坡穩(wěn)定性含義

1.1 土石壩的主要作用

在目前我國多數(shù)水利工程當(dāng)中，土石壩的建設(shè)應(yīng)用具有以下3個方面的作用：（1）防洪保安。洪水最為嚴(yán)重自然災(zāi)害之一，一旦發(fā)生，輕則影響農(nóng)業(yè)生產(chǎn)，造成河流泛濫淹沒莊稼，重則對社會公眾的人身安全和財(cái)產(chǎn)安全造成威脅，所以防洪工作一直是我國國家與政府的主要工作目標(biāo)之一，通過土石壩的建設(shè)，能夠有效提高水利工程抵御災(zāi)害的能力，進(jìn)而在自然災(zāi)害發(fā)生期間，提高防護(hù)工作的可靠性，一旦災(zāi)害蔓延，土石壩也會為周邊群眾提供疏散時間。（2）保障供水。水資源是人類社會生活生產(chǎn)所主要依賴的資源，所以如何有效提高對水資源的利用率，確保合理科學(xué)供水，有助于社會的發(fā)展與進(jìn)步，而大壩作為調(diào)節(jié)配置河流水量的重要基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)，對保障飲水安全和糧食產(chǎn)量等方面起到重要作用。（3）促進(jìn)電力事業(yè)發(fā)展。隨著時代的不斷發(fā)展，電子信息化技術(shù)逐漸改變了人類社會的生活模式，電力能源的重要意義也隨之凸顯，但在傳統(tǒng)的火力發(fā)電模式中，由于過分依賴燃煤資源。

1.2 土石壩邊坡穩(wěn)定性的含義

邊坡的穩(wěn)定性主要針對邊坡結(jié)構(gòu)而言，而由于土石壩邊坡具有一定的特殊性和復(fù)雜性，影響其結(jié)構(gòu)的因素眾多，所以則需要綜合分析。從專業(yè)角度來看，結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性被定義為結(jié)構(gòu)在規(guī)定條件和規(guī)定時間內(nèi)完成預(yù)定功能的能力，所以土石壩邊坡的穩(wěn)定性與安全性、實(shí)用性和耐久性息息相關(guān)，而在實(shí)際應(yīng)用當(dāng)中，為了能夠定量地進(jìn)行分析和計(jì)算，則將所有元素綜合在穩(wěn)定性的概念之中，以便于操作計(jì)算。

2? 土石壩邊坡的特點(diǎn)和失穩(wěn)原因

2.1 土石壩邊坡特點(diǎn)

為了能夠深入了解影響土石壩邊坡穩(wěn)定性的主要原因，則需要結(jié)合土石壩邊坡的特點(diǎn)進(jìn)行分析，大致有以下幾個方面：（1）土石壩邊坡的形態(tài)通常較為單一，以剪切破壞為主，滑裂面為圓弧形或圓弧與夾泥層的組合。（2）土石壩邊坡的結(jié)構(gòu)簡單，所以邊坡滑動面的位置通常未知，所計(jì)算出的最危險(xiǎn)滑動面與實(shí)際觀察的存在差異。（3）土石壩邊坡內(nèi)部剪應(yīng)力達(dá)到抗剪強(qiáng)度是造成邊坡變形破壞的主要原因。

2.2 影響土石壩邊坡穩(wěn)定性的主要原因

通過對我國土石壩邊坡穩(wěn)定性遭受破壞的實(shí)際案例進(jìn)行分析，結(jié)合行業(yè)相關(guān)工作經(jīng)驗(yàn)，可以得知，土石壩發(fā)生滑坡主要是由于巖土邊界產(chǎn)生剪切破壞，滑動面上的平均剪應(yīng)力等于巖土體的抗剪強(qiáng)度，致使土石壩邊坡出現(xiàn)滑動破壞，也就是滑坡，所以針對于此，可以總結(jié)出滑坡與滑動力和抗滑力具有明顯的關(guān)聯(lián)性。滑動力與抗滑力在土石壩邊坡的實(shí)際應(yīng)用當(dāng)中，主要受到壩體質(zhì)量、水滲透程度、自然災(zāi)害等因素的影響。

3? 土石壩邊坡穩(wěn)定性分析的方法

在土石壩穩(wěn)定性分析當(dāng)中，不僅需要結(jié)合實(shí)際情況進(jìn)行觀察和判斷，而且還需要精確的計(jì)算方法，提高土石壩邊坡穩(wěn)定性結(jié)果的可靠性。目前，多數(shù)土石壩邊坡穩(wěn)定性的分析方法有以下兩種：（1）一次二階矩法。這種方法主要是通過輸入隨機(jī)變量的一階原點(diǎn)矩和二階中心矩，以計(jì)算求出極限狀態(tài)函數(shù)的一階原點(diǎn)和二階中心矩，進(jìn)而對穩(wěn)定性進(jìn)行判斷，所以這種方式也被稱為穩(wěn)定性指標(biāo)法。在一次二階矩法的實(shí)際操作當(dāng)中，根據(jù)隨機(jī)變量的分布可以分為不考慮隨機(jī)變量的實(shí)際分布并進(jìn)行假設(shè)的計(jì)算方式，即為中心點(diǎn)法，以及考慮隨機(jī)變量的實(shí)際分布進(jìn)行計(jì)算，即為可靠指標(biāo)法。（2）蒙特卡洛法。蒙特卡洛發(fā)又稱隨機(jī)抽樣法，主要是通過隨機(jī)模擬和統(tǒng)計(jì)實(shí)驗(yàn)的方式，計(jì)算穩(wěn)定性的近似數(shù)值，相比于一次二階矩法，蒙特卡洛發(fā)更加具有隨機(jī)性。

4? 土石壩邊坡穩(wěn)定性的設(shè)計(jì)

由于當(dāng)前土石壩邊坡穩(wěn)定性的設(shè)計(jì)工作存在一定單一性，所以，在工程開展當(dāng)中難免會有所局限，為了能夠提高設(shè)計(jì)工作質(zhì)量，則需要綜合考量有關(guān)土石壩邊坡的整體參數(shù)，改善原有設(shè)計(jì)方式。在設(shè)計(jì)方法的優(yōu)化改良中，應(yīng)當(dāng)按照關(guān)于概率極限設(shè)計(jì)法的有關(guān)規(guī)定進(jìn)行修改，對土石壩邊坡的結(jié)構(gòu)重要性系數(shù)、設(shè)計(jì)狀況系數(shù)、作用分項(xiàng)系數(shù)、材料性能分項(xiàng)系數(shù)和結(jié)構(gòu)系數(shù)進(jìn)行全面分析計(jì)算，并將可靠指標(biāo)作為衡量土石壩結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性的主要依據(jù)，加強(qiáng)土石壩穩(wěn)定性設(shè)計(jì)工作的科學(xué)性和全面性。相比于土石壩邊坡的規(guī)模來說，其中由于工程需求或是其他因素所造成的尺寸變動較小，所以可以將土石壩邊坡工程中容重、浸潤線的位置固定，進(jìn)而可以對其標(biāo)準(zhǔn)值采用定值處理。由于不同土石壩邊坡建設(shè)工程之間存在差異，所以，在設(shè)計(jì)工作當(dāng)中，應(yīng)當(dāng)能夠結(jié)合工程實(shí)際情況進(jìn)行綜合分析，提高設(shè)計(jì)工作精確程度，在設(shè)計(jì)工作開展時，針對穩(wěn)定滲流期、水庫水位降落期、施工期等工作狀況，則需要有針對性地采取不同數(shù)值，進(jìn)而提高土石壩工程設(shè)計(jì)方案精確程度。而設(shè)計(jì)工作對于土石壩結(jié)構(gòu)系數(shù)的確定，應(yīng)當(dāng)采用概率極限狀態(tài)設(shè)計(jì)法的應(yīng)用當(dāng)中，對土石壩所設(shè)計(jì)的穩(wěn)定可靠指標(biāo)在規(guī)定范圍內(nèi)。有關(guān)土石壩工程的設(shè)計(jì)工作，應(yīng)當(dāng)秉承經(jīng)濟(jì)性原則和安全性原則，在設(shè)計(jì)工作初期，對土石壩建設(shè)地址附近進(jìn)行精確勘察，通過對土壤土質(zhì)、水文環(huán)境和區(qū)位條件的綜合分析，制定科學(xué)合理的設(shè)計(jì)方案，為了提高經(jīng)濟(jì)性，則需要設(shè)計(jì)工作盡可能以附近土料石料作為原材料，以便于就地取材，減少采購費(fèi)用和運(yùn)輸費(fèi)用，并且一些天然材料還具有更高的性能，能夠有效提高土石壩的抗?jié)B穩(wěn)定性。由于土石壩的建設(shè)需要具備防洪安保等功能，所以設(shè)計(jì)工作還應(yīng)當(dāng)對蓄水、滲流等情況進(jìn)行計(jì)算，通過確定土石壩在正常狀況下的安全系數(shù)，能夠得知土石壩的安全范圍，進(jìn)而以便于對設(shè)計(jì)方案進(jìn)行調(diào)整，以及施工當(dāng)中注意把控。由于土石壩工程具有一定的不確定性，為了避免這些因素影響工程質(zhì)量，則需要設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)能夠通過計(jì)算的方式，形成直觀結(jié)果奠定基礎(chǔ)。

5? 結(jié)語

雖然土石壩邊坡穩(wěn)定性受到多重因素影響，并且其中還存在大量不可控因素，但如果能夠通過穩(wěn)定性分析和計(jì)算等方式的應(yīng)用，則能夠極大程度地減少預(yù)算與實(shí)際之間的差值，進(jìn)而逐漸提高土石壩邊坡穩(wěn)定性，為社會提供良好的服務(wù)。

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