关于一种土坝稳定计算程序的探讨.pdf

1 9 9 8年 第 l期 0 1 1 99 8 黑龙江水利科技 He I o n a n g S c i e n c e a n d T e c h n o lo g y 0 f W a t e r C o ．e r r a n c y 43 关 于 一 种 土 坝稳 定计 算 程 序 的探 讨 √ 陈永 君 吴 红 聂 军 谢 永 平 黑龙 江省 水利水 电勘 测设计研 究院 黑龙江 省水利 第二 工程处 T L 6 Vr ’ ， _ } [ 摘 要] 土坝稳定计算设计过程中一十经常遇到的课题 笔者改写的 瑞典 圆弧法 土坝稳定计 算徽 机 程 序 已流 传较 广 ． 本 文肘该 程序 中的理 论基础 、 基 本 假定 和使 用该 程 序 时应该 连意 的 问题 作 一 阚连 以方便 使 用 。 [ 关 键词 ] 土坝稳定计 算方法基车假定程序 - P_ - - 。 - ’ 一 前 言 我 院 目前 使 用 的 土 坝 稳 定 计算 程 序 中 ， 有 一 种采 用“ 瑞 典 圆弧法 ” ， 是 由新疆 院 编 写 的。 在不改 变程序 功能 的前提下 ， 笔者 将 其 改 写 到 微 机 上 ， 使 输 出结 果 规 整 、 清 晰 、 便 于 装订 。通过 编译 ， 计算速 度大大加 快 ， 对复 杂坝型 ， 计 算一 弧仅需二三 秒钟 。 现 在 ， 该程 序流 行较广 ， 甚至 超 出省 院 范 围 。为避 免对该 程序 不 了解或 者使用不 当而 造 成 的设 计 结 果错 误 ， 现拟就 有 关 问 题 和 大 家作 一 探讨 ， 以便 使 用程序 时 更加 方便 、 准 确 。 1探 讨 的主要 问题 1 ． 1 计算 方法 和基 本假 定 本 程序 采 用总应力 法和 简化 的有效力 法 用瑞 典 圆弧滑 动法 计算土 坝边坡稳 定系 数 。两 种方 法计 算 圆弧滑裂 面时都假 定 1 。 1 。 1 土坝 坝体 内只有垂 直力 ， 此力等 于 土 柱 的重 量 ， 不计水 平力 及剪应力 ； 1 ． 1 ． 2 滑 裂弧 内的 土体 被 认 为是类 似 刚 体 ， 绕滑 弧 圆心 旋转而坍 滑 ； 1 ． 1 。 3 土体 可 分 为 单独的土条 ， 重量 可 收稿 日期 1 9 9 7 -- 8 --2 2 分 为作 用 于 弧 面 的 法 向力 和 切 向力 ； 1 ． 1 ． 4土条 问的侧 向压 力可 以相 互抵 消。 总 应 力 法 和 有 效 应 力 法分 析 圆弧 滑 面 的稳 定 ， 仅在 对孔 隙压 力 计 算和 抗 剪强 度 指标 的 选取 上不 同。 总应 力 法是 用快 剪来 决定 填 土 的抗 剪强 度指 标 ， 将 土 体 中产 生 孔 隙压力对抗 剪强 度的影 响包 含在抗 剪强 度 之 内， 用降低 抗 剪 强度 指标 的方法 来 表 示 。 这种方 法 计算简 单 ， 9 , C值的测 量技 术 与实 验设 备 已得到 普及 ， 但无 法 直 接给 出 孔 隙压力 的大小 ， 也 无法 分 析 出孔 隙压 力 及抗剪 强度 随时 间延续 的变化 。 有 效应力 法是 将士体 的孔 隙压力 与有 效应力 分别 计算 。 对 于施 工期 ， 要 用三 轴不 排 水剪 测量 孔 隙压 力 和有 效 强度 指 标 ； 对 于稳 定 渗 流期 和上 游 水位 降落时 ， 要 用三 轴 饱和 固 结不 排水 剪 测 量 强度指 标 。 有效 应力 法 能精确计算 土体 的抗 剪强度和孔 隙 压力 ， 是分析 土体稳 定 的较好方法 。 测量其 指 标要 求用三轴 剪力 仪 。 总 应力法 的稳 定 计算 公式 为 一∑ 竺 竺 塑 “ ∑ H．b ,s in a 维普资讯 ’44 ‘ 陈柬君 等 芜 于一 种土坝 稳 定计算 程 序 的探讨 第 1期 式 中个 符号 的意 义见 附图 1 。 ‘ t 州 0 在简化 的有 效 应 力法 中 ， 近 似 地计算 坝体 稳 定 渗流期 和上 游 水 位 降 落 时 的渗 透 压 力 ， 即计 算滑 动力 矩 时 ， 浸 润线 以下 ， 静 水 位 以上 的 体 用饱 和容 重 ； 计 算抗 滑 力 矩 时 ， 浸润线 以下 ， 静 水位 以上 的土 体用浮 容重 ； 浸润 线 以上 的土体 ， 不论 计算 滑动 力 矩 还 是 抗 滑 力 矩 ， 均 用 湿 容 重 r ； 对 于 上 下 游静水 位 以下 的坝 体部分 皆采 用浮 容重 计 算 。 按以上 方法计算 ， 可省略 绘制 流网 的手续 ， 但计 算稳 定系数偏 大 。 而 且土 体在 可压 缩 的情 况 下 ， 上 游坡 在水 位 降落 时 土 体要产生 附加孔 隙压力 ， 因此 ， 在这 种情 况 下 用 简化法 计 算 上游 坡稳 定 时 ， 有 效 指 标 c ， 矿 应适 当 降低 。 当缺乏测 定有效 剪力 指 标 的设备 时 ， 也可 近 似采 用 饱 和 固结 快剪 测 定 的强度 指标来 进 行运 用 期稳 定 分 析 。 简 化有效应 力法 的强度计 算公式 如下 ∑ w． 2 c 。 s ∞ t g ∑c ／ 6 l s ln a ； 。 ， 。 分 别代 表 计算 滑 动力矩 和抗 滑 力 矩 时 的 各 条 块 重 量 。 请 参 见 图 2 各 条块宽 度 6 。 w 1 H l H 2 r H 3 H w ， 2一 H 一H2 r H H ． 式 中 蠢、 、 r i分 别 为 第 一种 土 的 湿容 重 、 饱 和 容 重 、 浮 容 重 。 r 、 r 分 别 为 第 二种 土 的 饱 和容 重 、 浮 容 重 。 因此 ， 总 应 力 法适 用 于 施工 期 的稳 定 计算 ， 简 化的有效 应力法适 用于 施工期 、 稳 定渗流期 和水 库水位 降落 期 的稳定计 算 。 1 ． 2 可用 圆弧 滑裂 面分析 稳定 的坝型 对 于 粘 性 土 ， 其 滑 裂 面 往 往 是 曲 线 形 式 。 在其 坡 顶 接 近 于垂 直 ， 在斜 坡 的 底 部 处 ， 曲 线 渐 趋 水 平 ， 该 曲 线 近 似 于 圆弧 。 所 以 ， 均 质或 多 种土 质 的 粘 性土 坝、 厚斜 墙 坝 ， 都假 定滑 裂面为 圆弧面 ， 可用 圆弧法分 析 坝坡 的稳定 。 对 用非 粘 性 土、 堆 石 、 砾质 土 等填筑 的复 台 坝体 ， 也要 用 圆弧法校核 。 非 粘 性 土或 堆 石 的 极 限 平 衡 为 一平 面 ， 非粘性 土或 堆石 的心墙 坝 ， 其滑裂 面往 往假 定为折线 与圆弧相结 合 的形式 。 1 ． 3 带有 马道 的坡型 这种坝 型 的稳定分 析应 分别计 算各局 部边 坡 的稳 定系 数 ， 取最 小 值为 整 个 坝体 的 最 小 安 全 系 数 。 1 ． 4 运 用该 程序发 现 的一个 问题 有 同志在 运用该 程序 时 曾发 现在最小 安全 系 数 的逐 渐 逼近计 算过 程 中 ， 划弧 逐 渐上 移 ， 最终 出现 在 同一 直 线上 划 弧 的情 况 ， 且 计算 结果 为 1 ． 0 。 这 种滑 动显然 是不可 能存 在 的 。 而 出现 1 ． 0是 由于 这 种情 况 下 的弧 是 反 向 的， 造 成部 分 作用 力计算 方向错 误 。 解决 的办 法是 将原程序 中 的7 9 5 句 7 9 5 I F XB X O， N G OT O 7 1 0 即可 ， 原 P C-- 1 5 0 0程序 中 将控制语 句 加到 2 4 5旬之后 。 2 结 束语 如前 所 述 ， 该程 序 分 析 坝坡 稳 定 还有 维普资讯 1 9 9 8年第 1期 1 ， i 99 8 黑龙江水利科技 Hdb蜘g S de n c e m a d h n 0 b o f Wm t e C o n s e r v a n c y 45 许多 局 限性 。 除了按要求 填写数 据外 填写 数 据 要求 请参 照 “ 黑龙 江 省水利 勘 测设 计 院 编 写的 { P C 一 1 5 0 0袖珍 电子 计 算机 程 序选 编 1 ， 还 要 注意 土 体指 标 的合 理 性 。 在计 算机如 此普及 的今 天 ， 选用合 理的 物理 力学 指标将 对土 坝的优化设计起 较大 作 用 。 3 计算 实倒 原 题请 见。 黑 龙 江 省水 利勘 测 设计 院 编 写 的 P c～ 1 5 0 0袖 珍 电子计 算 机程 序 选 编 1 f 园心 y座标 6 优选 次数 园心 x 座标 5 L 弧 脚 X 座标 6 f 园心 X 座标 2 6 3 2 优选 范围 园心 Y座标 2 5 4 O L 弧 脚 X 座 标 O 一 5 不计 地震影 响 计算方法 有效 应力法 计 算结 果 最 优弧 角座标 O ． 0 0 ， 0 ． o o 最优 园心 座 标 2 7 ． 5 0 ， 3 7 ． o o 最 小安全 系数 o ． 8 1 3 土 蜘 尊定 计算 瑞典 圈弧 法 原 始 教据 C 2 D 盎 5 T 20 U 1V 2 上 接 4 2页 的流 量 Q和扬 程 H 分别 为 1Q 墨 。H ． -- H m m ／ s 1 H H H 。 一 H - 【 m 解 出工况点 的 Q、 H 值后 ， 便可 验证工况点 是 否在 允 许的 工作 范 围 内， 从 而 判 断所选 井泵 是否经 济 合理 。 圈 3井水 位变 化 时 工 况点 圈解 法 5结 语 井泵 工况点计 算 的数解 法是 以离心泵 工况 点的投解法 为基 础 ， 深人研 究水 井 、 井 泵 和管路 的特性 ， 按工 况点 的 能量 供需平 衡 特点推得 的 。该方 法既能免去作 圈的烦 琐 ， 又使计算简化方便。 若在此基础上编制 和使 用 计 算机 程序 软 件 ， 将 会使 计算 更加 准确迅 速 ， 特 别是 对 多种井 泵 抽水 系 统进 行工 况点 优选 时， 求解更 加快捷 。 参 考 文献 1 ． 水泵丑 水 泵站 ， 栾鸿量 主螭 ． 水 力电力 出舨 社 ． 2 ． f 水泵厦水泵站’ ． 余軎和等主靖， i 町 海大学出版． 3 ．水贵 豫 开 发 皿年 q 用 ， 尚守 忠等蝙 - 科 学 瞢 皿 出版 社 ． 4 地 下 水 首 理 ， 美 国土 市 工程 学告 地 下柬 委 员 会 螭 ． 中国 建筑 工生 出舨 社 ． 维普资讯