閆 涵，張大鵬，于月鵬，宋偉健

（中水東北勘測(cè)設(shè)計(jì)研究有限責(zé)任公司，吉林長(zhǎng)春 130021）

1 概述

實(shí)際工程壩基往往存在軟弱結(jié)構(gòu)面、緩傾角裂隙，致使混凝土重力壩沿壩基深層緩傾角軟弱結(jié)構(gòu)面的抗滑穩(wěn)定是工程設(shè)計(jì)的一個(gè)關(guān)鍵問(wèn)題，深層抗滑穩(wěn)定分析的基本方法采用剛體極限平衡的等安全系數(shù)法。在實(shí)際工程中，地基內(nèi)往往發(fā)育多條相互切割交錯(cuò)的斷層或軟弱結(jié)構(gòu)面，這些軟弱面可構(gòu)成復(fù)雜的滑移面。在深層抗滑穩(wěn)定分析中發(fā)現(xiàn)，實(shí)際中對(duì)深層抗滑穩(wěn)定計(jì)算不利的軟弱結(jié)構(gòu)面，往往與壩體基底面及壩軸線有一定夾角，出露位置與壩踵也有一定距離，計(jì)算中常假定軟弱結(jié)構(gòu)面出露于壩踵處傾向下游的不利滑動(dòng)面，下游滑動(dòng)面剪斷巖石的雙畫面模式。

2 工程實(shí)例

某工程深層抗滑穩(wěn)定計(jì)算，采用剛體極限平衡方法的等安全系數(shù)法，經(jīng)過(guò)計(jì)算比較兩滑塊間的抗力角選取φ=0°相對(duì)安全，軟弱結(jié)構(gòu)面及巖石抗剪斷參數(shù)由地質(zhì)專業(yè)實(shí)驗(yàn)確定。構(gòu)成沿壩基礎(chǔ)深層滑動(dòng)的形態(tài)，主要由傾向下游的軟弱夾層或巖層層面，與下游抗力巖體的滑裂面組成雙滑裂面形態(tài)，基本計(jì)算簡(jiǎn)圖見(jiàn)圖1。

采用抗剪斷強(qiáng)度公式計(jì)算?？紤]ABD塊的穩(wěn)定，則有：

圖1 雙滑面模式基本計(jì)算簡(jiǎn)圖

考慮BCD塊的穩(wěn)定，則有：

作用在壩上的荷載有水壓力（靜水壓力和動(dòng)水壓力）、自重、揚(yáng)壓力、浪壓力、地震作用等。假定下游抗力巖體沿不同角度 β剪斷滑動(dòng)時(shí)，分別計(jì)算正常蓄水位、設(shè)計(jì)洪水位、校核洪水位、正常蓄水位+地震四個(gè)工況，經(jīng)計(jì)算比較該工程典型計(jì)算斷面當(dāng)下游巖體沿30～35°剪斷滑動(dòng)時(shí)最危險(xiǎn)，其典型斷面計(jì)算結(jié)果見(jiàn)表1。

表1 典型斷面深層抗滑穩(wěn)定計(jì)算結(jié)果

計(jì)算結(jié)果滿足規(guī)范要求。

但是實(shí)際軟弱結(jié)構(gòu)面往往與計(jì)算壩段基底面有一定夾角，滑動(dòng)面整體下移時(shí)，變化結(jié)果如圖2所示。

圖2 實(shí)際滑動(dòng)面與假定滑動(dòng)面

計(jì)算假定實(shí)際滑動(dòng)面分別位于假定滑動(dòng)面以下2 m、4 m、6 m時(shí)典型斷面深層抗滑穩(wěn)定各工況計(jì)算結(jié)果見(jiàn)表2～表4：

計(jì)算中考慮上游滑動(dòng)面與壩踵處巖石垂直拉斷，如圖3，即認(rèn)為上游水壓力作用水頭會(huì)有所增大，但實(shí)際該部分水頭會(huì)隨著滲透壓力有所減少。

3 結(jié)論

1）從計(jì)算結(jié)果看，當(dāng)實(shí)際滑動(dòng)面每向下移動(dòng)2 m，計(jì)算安全系數(shù)會(huì)相應(yīng)增大2%到4%，說(shuō)明實(shí)際工程中假定位于與壩踵相交的滑動(dòng)面計(jì)算結(jié)果相對(duì)危險(xiǎn)，實(shí)際計(jì)算當(dāng)中應(yīng)盡量模擬實(shí)際地形條件進(jìn)行合理計(jì)算，必要時(shí)輔以有限元法、地質(zhì)力學(xué)模型試驗(yàn)等方法進(jìn)行復(fù)核計(jì)算。

表2 典型斷面滑動(dòng)面下移2 m時(shí)深層抗滑穩(wěn)定計(jì)算結(jié)果

表3 典型斷面滑動(dòng)面下移4 m時(shí)深層抗滑穩(wěn)定計(jì)算結(jié)果

表4 典型斷面滑動(dòng)面下移6 m時(shí)深層抗滑穩(wěn)定計(jì)算結(jié)果

圖3 上游水壓力計(jì)算取值

2）實(shí)際工程中如有假定位置的軟弱結(jié)構(gòu)面且?guī)r石條件很差時(shí)，可以采用設(shè)置齒槽，加深基礎(chǔ)開挖,將軟弱夾層全部或部分挖除以適當(dāng)降低建基面高程，有利于破壞深層滑動(dòng)的發(fā)生。

3）在軟弱結(jié)構(gòu)面深度范圍設(shè)置有效的帷幕及排水系統(tǒng)，采用封閉式抽排，降低基底及結(jié)構(gòu)面下的揚(yáng)壓力，增大深層抗滑穩(wěn)定計(jì)算安全系數(shù)。

4）混凝土重力壩深層抗滑穩(wěn)定計(jì)算中地質(zhì)條件因素至關(guān)重要，所以應(yīng)對(duì)壩基滑動(dòng)邊界條件、抗剪強(qiáng)度參數(shù)進(jìn)行深入勘察分析,選取合適的計(jì)算方法,對(duì)所得安全系數(shù)、應(yīng)力、位移值等進(jìn)行分析判斷,以確保計(jì)算的合理性，便于對(duì)實(shí)際的地質(zhì)構(gòu)造滑動(dòng)趨勢(shì)做出準(zhǔn)確分析，適當(dāng)做出相應(yīng)的預(yù)防處理措施，保證工程建設(shè)的安全。

4 分析與展望

1）關(guān)于抗力方向問(wèn)題。對(duì)于雙滑面深層抗滑穩(wěn)定計(jì)算，滑塊之間通過(guò)抗力作用，抗力的方向?qū)τ?jì)算結(jié)果有一定影響。經(jīng)計(jì)算比較抗力為水平時(shí)安全系數(shù)最小。

2）單一安全系數(shù)設(shè)計(jì)法和概率極限狀態(tài)設(shè)計(jì)法。對(duì)于重力壩深層抗滑穩(wěn)定安全度的判據(jù)，現(xiàn)行規(guī)范主要有兩種方法，即單一安全系數(shù)設(shè)計(jì)法、概率極限狀態(tài)設(shè)計(jì)法。前者常用剪摩公式和摩擦公式，求出的經(jīng)驗(yàn)K值作為安全系數(shù)，并用K值度量結(jié)構(gòu)的安全性,大于規(guī)范值則認(rèn)為是安全的。事實(shí)上，安全系數(shù)K其實(shí)由材料強(qiáng)度安全儲(chǔ)備系數(shù)Kf和荷載的超載系數(shù)Kp兩部分組成。考慮到不同工程結(jié)構(gòu)尺寸、材料強(qiáng)度及荷載作用的變異性,NB/T35026-2014《混凝土重力壩設(shè)計(jì)規(guī)范》采用了概率極限狀態(tài)設(shè)計(jì)法，該方法考慮各種材料分項(xiàng)系數(shù)、荷載作用系數(shù)及結(jié)構(gòu)系數(shù)、結(jié)構(gòu)重要性系數(shù)、設(shè)計(jì)狀況系數(shù)的影響,并以抗力效應(yīng)與作用效應(yīng)的比值是否大于1，來(lái)評(píng)價(jià)抗滑穩(wěn)定是否滿足要求。

3）壩基巖體內(nèi)錯(cuò)動(dòng)帶分布較為復(fù)雜時(shí)，危險(xiǎn)滑移通道常由多個(gè)滑裂面組成，此時(shí)按多滑面方法進(jìn)行計(jì)算，在滑移模式和參數(shù)選取上均更接近實(shí)際情況。多滑面方法在邊坡穩(wěn)定計(jì)算中較為常見(jiàn)，在壩基深層抗滑中應(yīng)用還比較少。采用多滑面方法，可避免雙滑面方法在滑移通道的假定及滑裂面參數(shù)的選取上，與實(shí)際情況相差較大的情況，從而避免不必要的誤差。

［1］彭文明，張連明，陳強(qiáng).重力壩深層抗滑穩(wěn)定分析方法綜述［J］.水電站設(shè)計(jì)，2010.9（3）.