深厚覆盖层土石坝的稳定性数值分析

申 辉,郭晓晓

（河北省电力勘测设计研究院,石家庄 050021）

深厚覆盖层土石坝的稳定性数值分析

申 辉,郭晓晓

（河北省电力勘测设计研究院,石家庄 050021）

本文主要写的是土石坝的抗震原理，对土石坝如何能够起到良好的抗震作用进行分析，以我国的西部地区为实例，分析有限元模拟随机波的方法，将不同高度的土石坝划分出来，根据土石坝的厚度条件，分别计算不同高度和不同厚度的土石坝的动力响应，从而能够准确地计算出土石坝的稳定系数，提高土石坝的稳定性，从而分析土石坝的稳定性受到的影响因素，通过对影响因素的控制，提高土石坝的稳定性。

土石坝；深厚覆盖层；动力响应；地震；稳定性

0 前言

土石坝的价格低廉，在应用过程中可以节省大量的资金，而且土石坝在应用过程中不会耗费大量的人力，应用方式比较简单，流程不复杂，而且造价不是特别高，在施工过程中效率比较高，在不同的地质条件下都可以使用，即使在相对恶劣的地质条件下，土石坝也可以投入使用，土石坝现在已经相当普及，主要应用在水利水电工程中。我国的国土面积比较大，跨越的经纬度也比较多，这就造成了我国的地质条件也是复杂多样的，在不同的地区，会产生不同的地质灾害，地震、泥石流、滑坡等地质灾害是有发生，这就影响了土石坝的稳定性。

1 坝体、岩石体相关的静力和动力系数分析

本次探究以新疆塔里木河流域下坂地水利工程使用的土石坝作为研究的对象，将土石坝地层的厚度进行测量，分析土石坝地层覆盖层的结构，探究土石坝直形墙的相关参数，研究地层的因数，建立坝体材料的相关模型，运用E-B模型进行展示，对当地的土石坝的动力响应进行分析，通过结合有限元方面的知识，计算土石坝动力响应的因数。

2 对土石坝的稳定性进行分析

《水利水电工程的稳定性分析》中明确说明在对土石坝的稳定性进行模拟实验的时候，采用的方法是瑞典的圆弧法，从而通过实验分析出影响土石坝稳定性的相关因素，计算出参数。

通过对影响土石坝稳定性的相关因素进行模拟实验，计算出相关的参数，能够有效地分析出土石坝工程的安全系数，确定土石坝的危险滑面，分析出土石坝的抗剪强度。

3 土石坝整体稳定分析的动力法

3.1 坝体应力应变时程反应分析

动力计算采用等效粘弹性模型，这次实验将土看成是具有粘弹性的物质，运用同等的剪切模量以及阻尼参数来分析土石坝的应力，分析土石坝的应力特点，分析出土石坝的应力具有一定的滞后性特点，而且土石坝的结构呈现非线性的特点，并分析该地土石坝的剪切模量和阻尼之间的关系，其关系可以用下述的公式来表示：

式中G为动剪切模量的数值，λ为土石坝不同结构之间阻尼的比值，Gmax为就爱你切模量的最大值，λmax为最阻尼的最大值，γd为动剪应变，是土石坝的动力在一段时间内的最大值得表示方法，是动力反应过程一个给定时段内最大动剪应变的均值（0.65λmax），γr为参考剪应变，其是由土石坝的抗剪强度和剪切模量的最大数值共同决定的。

3.2 动力作用下土石坝稳定分析

采用粘弹性模型对坝体进行动力反应计算，采用圆弧法计算坝体在动力反应过程中的整体稳定安全系数。

在外界动力因素的干扰下，如果土石坝的高度为80米，当土石坝的覆盖层厚度越大，土石坝的稳定性就越高，但是，当土石坝的覆盖层的厚度大于80米时，土石坝的稳定性就会随着土石坝覆盖层的厚度增加而减小。当土石坝的高度为100米时，土石坝的高度越大，其稳定性就越好，但是，当土石坝的高度小于60米的时候，土石坝的稳定性不高，而且，土石坝的高度越小，土石坝的稳定性越差。如果土石坝的高度达到了140米，土石坝的稳定性与土石坝覆盖层的厚度是成反比的，通过分析土石坝的动力因素，判断土石坝的稳定性。

3.3 土石坝的覆盖层的厚度与土石坝滑面的位置之间的关系

按照震波作用的差异，对影响土石坝的动力因素进行分析，动力作用下，土石坝的滑动部分已经在土石坝的上方产生，而且会随着土石坝覆盖层的增加而增多。

4 结论

本文依据不同坝高、不同覆盖层厚度土石坝在动力作用下动力反应计算结果，分析了不同高度的土石坝的土石坝坝坡安全系数和滑动面随覆盖层厚度的变化做了分析，得到了以下认识：（1）相同高度的土石坝在外界动力的干扰下，土石坝的覆盖层越厚，其稳定性就越高，但是，当土石坝的高度和覆盖层的高度只和大于160米的时候，土石坝的稳定性就会随着土石坝高度的增加而减小。通过对土石坝的动力因素进行分析后，得出了相同的结论；（2）依据动力分析结果，动力作用下，滑动面均产生在坝坡的上部但不通过坝顶，随着覆盖层厚度的增加滑动面范围较小。对100m、140m、180m、200m的土石坝，滑动面的变化与80m坝高时得变化规律相同。