基于ABAQUS的某土石壩壩坡穩定性分析

由金玉 張磊 趙鑫

【摘? 要】研究土石壩的穩定性，加強水利工程建設管理，對工程建設質量控制具有重要意義。論文以某土石壩為例，采用ABAQUS內嵌的強度折減法基于摩爾庫侖本構模型對某土石壩進行穩定性計算，得出下游壩坡的安全系數和潛在滑裂面。研究表明：強度折減法運用到土石壩的壩坡穩定性計算是可行合理的，潛在滑裂面符合一般土石壩滑動面的變形規律，安全系數為1.40，該土石壩在蓄水期是穩定的。

【Abstract】Studying the stability of earth-rock dam and strengthening the management of water conservancy project construction is of great significance to the quality control of engineering construction. Taking an earth-rock dam as an example， the paper uses the strength reduction method embedded in ABAQUS to calculate the stability of an earth-rock dam based on the Molar Coulomb constitutive model， and obtains the safety factor and potential slip surface of the downstream dam slope. The results show that the strength reduction method is feasible and reasonable to calculate the stability of earth-rock dam slope， and the potential slip surface conforms to the deformation law of the general slip surface of earth-rock dam， and the safety factor is 1.40. The earth-rock dam is stable during the impoundment period.

【關鍵詞】土石壩;強度折減法;穩定性;安全系數

【Keywords】earth-rock dam; strength reduction method; stability; safety factor

【中圖分類號】TV223? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?【文獻標志碼】A? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?【文章編號】1673-1069（2021）03-0175-02

1 引言

土石壩穩定性分析常用的方法主要是極限平衡法和有限元法。極限平衡法以畢肖普法、摩根斯頓-普賴斯法、Spencer法、Sarma法、楔形體法等[1-4]為代表，有限元法以強度折減法[5]為代表。隨著土地本構模型（摩爾庫侖模型、鄧肯張模型、Drucker-Prager模型等）理論應用成熟和有限元軟件開發應用，強度折減法越來越多地應用到工程實際，為工程設計提供印證，如邊坡、壩坡、隧道、基坑等有限元分析，并趨于成熟。

近年來，國內學者對強度折減法的應用開展了大量工作：李小春[6]采用強度折減法對邊坡的多滑面進行了模擬，認為該方法得到的多級滑動面與現場監測數據吻合較好。王曼等[7]采用ABAQUS軟件的強度折減法分析了邊坡的穩定性，確認其計算結果的合理性。王作偉等人[8]采用強度折減方法計算了邊坡的極限上限，對比驗證強度折減法與傳統極限平衡法具有良好的適應性。雷艷等[9]采用強度折減法對土石壩壩坡進行穩定分析，得出的安全系數與塑型區域可為工程提供借鑒。以上研究均取得了較好的研究成果，表明強度折減法用于工程實際分析邊坡、壩坡穩定性是可行合理的。故本文基于以上研究，采用ABAQUS軟件結合強度折減法對某均質土石壩進行穩定性分析計算，并從水利工程建設管理的角度，淺析建設管理對工程質量的控制。

2 強度折減法

所謂強度折減法是指給一強度折減系數Fr[10]，采用公式（1）和（2）將土體抗剪強度指標進行降低，導致土體逐漸失穩，土體單元發生塑性變形，當臨界失穩時，折減系數就是邊坡對應的安全系數。具體公式如下所示：

3 土石壩穩定性分析

某均質土石壩，最大壩高100m，正常蓄水位在壩高90m處，壩頂寬8m，上下游坡比為1∶，壩體材料密度為2200kg/m3，強度參數如表1所示。首先在ABAQUS中建立模型，再賦予材料參數，劃分網格，網格單元類型為C3D8R。然后定義各個模塊，施加重力荷載和靜水壓力。最后定義初始應力場，開始分析直到計算不收斂為止。當前判斷邊坡失穩的有三個標準：一是迭代計算不收斂為標準;二是以邊坡的特征位移拐點為標準;三是結構面塑性發生貫通區為標準[11，12]。當前研究選取邊坡（壩坡）某一點位移發生突變與結構面塑性發生貫通區二者相結合判斷安全系數。