２０１５年第２期 （第４３卷） 黑龙江水利科技 Ｎｏ．２．２０１５ Ｈｅｉｌｏｎｇｊｉａｎｇ Ｓｃｉｅｎｃｅ ａｎｄ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ ｏｆ Ｗａｔｅｒ Ｃｏｎｓｅｒｖａｎｃｙ （Ｔｏｔａｌ Ｎｏ．４３） 文章编号：１００７—７５９６（２０１５）０２—００２７—０２ 渗流作用对土石坝边坡稳定的影响分析 宋国涛 （黑龙江省水利水电勘测设计研究院，哈尔滨１５００８０） 《技术论坛８ 口口口Ｅ ｇ口口 摘要：针对土石坝渗流稳定计算的几种工况进行了理论分析，得出了各种工况下影响边坡稳 定的因素及渗透水流对边坡稳定的影响。通过工程实例的边坡稳定计算对理论分析结果进行 了验证，得出了一些实用性的结论，对类似工程的设计可提供一些借鉴。 关键词：渗流；坝坡稳定；无黏性土；黏性土；水位骤降 中图分类号：ＴＶ２２３．４ 文献标识码：Ｂ Ａｎａｌｙｓｉｓ ｏｆ Ｓｅｅｐａｇｅ Ｅｆｆｅｃｔ ｏｎ Ｅａｒｔｈ Ｒ￣ｋｆｉｌｌ Ｄａｍ Ｓｌｏｐｅ Ｓｔａｂｉｌｉｔｙ ＳＯＮＧ Ｇｕｏ．．ｔａｏ （Ｈｅｉｌｏｎ＃ａｎｇ Ｐｒｏｖｉｎｃｅ Ｗａｔｅｒ Ｃｏｎｓｅｒｖａｎｃｙ＆ｎｙｄｒｏｐｏｗｅｒ Ｉｎｖｅｓｔｉｇａｔｉｏｎ， Ｄｅｓｉｇｎ ａｎｄ Ｒｅｓｅａｒｃｈ Ｉｎｓｔｉｔｕｔｅ，Ｈａｒｂｉｎ １５００８０，Ｃｈｉｎａ） Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｓｅｖｅｒａｌ ｃｏｎｄｉｉｔｏｎｓ ｆｏｒ ｔｈｅ ｃａｌｃｕｌａｔｉｏｎ ｏｆ ｔｈｅ ｓｔａｂｉｌｉｔｙ ｏｆ ｅａｒｔｈ ｒｏｃｋ ｄａｍ ｓｅｅｐａｇｅ ｉｓ ａｎａｌｙｚｅｄ ｉｎ ｔｈｅｏｒｙ．Ｔｈｅ ｓｌｏｐｅ ｓｔａｂｉｌｉｔｙ ｉｎｆｌｕｅｎｃｅ ｆａｃｔｏｒｓ ａｎｄ ｓｅｅｐａｇｅ ｉｎｆｌｕｅｎｃｅ ｏｎ ｓｌｏｐｅ ｓｔｂｉａｌｉｔｙ ｆｉｌｅ ｏｂｔａｉｎｅｄ ｕｎｄｅｒ ｖａｒｉｏｕｓ ｏｐｅｒａｔｉｎｇ ｃｏｎｄｉｉｏｎｓ．Ｔｔｈｒｏｕｇｈ ｏｂｔａｉｎｅｄ ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ ｅｘａｍｐｌｅ ｃａｌｃｕｌａｔｉｏｎ ｒｅｓｕｌｔｓ ｏｆ ｔｈｅ ｓｌｏｐｅ ｓｔｂｉａｌｉｔｙ ｔｈｅ ｔｈｅｏｒｅｔｉｃａｌ ａｎａｌｙｓｉｓ ｉｓ ｖａｌｉｄａｔｅｄ，ｄｒａｗｉｎｇ ｓｏｍｅ ｕｓｅｆｕｌ ｃｏｎｃｌｕｓｉｏｎｓ，ｗｈｉｃｈ ｃａｎ ｐｒｏｖｉｄｅ ｓｏｍｅ ｒｅｆｅｒｅｎｃｅ ｆｏｒ ｓｉｍｉｌａｒ ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ ｄｅｓｉｇｎ． Ｋｅｙ ｗｏｒｄｓ：ｓｅｅｐａｇｅ；ｓｌｏｐｅ ｓｔａｂｉｌｉｔｙ；ｃｏｈｅｓｉｏｎｌｅｓｓ ｓｏｉｌ；ｃｌａｙ；ｒａｐｉｄ ｄｒａｗｄｏｗｎ １ 土石坝边坡稳定分析简介 土石坝是指由土、石料等当地材料建成的坝，是 历史最为悠久的一种坝型。土石坝分为均质坝、土 质防渗体分区坝、非土质防渗体分区坝等基本坝型。 边坡稳定分析是确定坝的设计剖面和评价坝体 安全的主要依据。稳定分析的可靠程度对坝的经济 浸水条件下，由于无黏性土土粒间无黏结力，只要位于 坡面上的土单元体能够保持稳定，则整个土坡就是稳定 的。无黏性土土坡稳定安全系数计算公式为： 一一 一—Ｗｃｏｓａｔｇｔｐ—一ｔｇｔｐ ——ｒ １、 Ｔ— Ｗｓｉｎｔ￣ 一ｔｇａ 式中： 为土单元体的抗剪力；Ｔ为土单元体所受的 性和安全性具有重要影响。影响边坡稳定性的因素 很多，例如筑坝土料的工程性质、渗透水流、地震作 用等，本文主要介绍渗透水流对边坡稳定性的影响。 下滑剪切力；Ｗ为土单元体的自重； 为土坡坡角； 为土的内摩擦角。 由此可见，对于均质无黏性土土坡，理论上只要 坡角小于土的内摩擦角，土体就是稳定的。 无黏性土的内摩擦角，也称休止角…。 ：１ ２无水工况下边坡稳定分析 ２．１无黏性土边坡 时，土体处于极限平衡状态，此时土坡的坡角就等于 对于均质的无黏性土土坡，无论是干坡还是在完全 ２．２黏性土边坡 ［收稿日期］２０１４—１２—０７ ［作者简介］宋国涛（１９８３一），男，黑龙江拜泉人，工程师。 一２７— ２０１５年第２期 黑龙江水利科技 Ｎｏ．２．２０１５ （第４３卷） Ｈｅｉｌｏｎｇｊｉａｎｇ Ｓｃｉｅｎｃｅ ａｎｄ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ ｏｆ Ｗａｔｅｒ Ｃｏｎｓｅｒｖａｎｃｙ （ＴｏｔＭ Ｎｏ．４３） 对于均质的黏性土土坡，黏性土土粒间有黏结 力，某一滑动面的抗滑稳定性需考虑土粒间的黏结 一 一堡 ！ｇ ± ±＿ｆ Ｗｓｉｎ ｒ 、 。一Ｔ— 为土单元体的抗剪力；Ｔ为土单元体所受的 作用对边坡稳定的有利影响。黏性土土坡某一滑动 式中：下滑剪切力；Ｗ为土单元体的自重； 为土坡坡角； 面的稳定安全系数计算公式为： ： Ｔ＝ （２） 为土的内摩擦角；Ｃ为土的凝聚力；ｆ为计算滑动面 的滑弧长度； 为单位体积的渗流力。 式中： 为土单元体的抗剪力；Ｔ为土单元体所受的 ３．２．２下游边坡 下滑剪切力；Ｗ为土单元体的自重； 为土坡坡角； 有顺坡渗流情况时，黏性土坝体下游坡的抗滑 为土的内摩擦角；Ｃ为土的凝聚力；ｚ为计算滑动面 稳定安全系数为： 的滑弧长度。 ３ 稳定渗流工况下边坡稳定分析 水库蓄水或库水位突然下降，都会使坝体边坡 受到一定的渗流力作用。当渗流力为抗滑力时对边 坡稳定有利，当渗流力为滑动力时对边坡稳定不利。 稳定渗流时，渗流力对上游坝坡来说是抗滑力，对边 坡稳定有利；渗流力对下游坝坡来说是滑动力，对边 坡稳定不利。 ３．１无黏性土边坡 ３．１．１上游边坡 有稳定渗流作用时，渗流力垂直作用于上游坝 坡，增加了坝坡土体的抗滑力，有利于坝坡稳定。有 稳定渗流作用时无黏性土坝体上游边坡稳定安全系 数计算公式为： Ｗｃｏ ｓａ ｔｇｑ￣＝ Ｔ＝—一＋ｊ （３） 式中： 为土单元体的抗剪力；Ｔ为土单元体所受的 下滑剪切力；Ｗ为土单元体的自重；Ｏｌ为土坡坡角； 为土的内摩擦角； 为单位体积的渗流力。 ３．１．２下游边坡 有顺坡渗流情况时，无黏性土坝体下游坡的抗 滑稳定安全系数为： Ｆ ： 妲 （４） ｒｓ。￡ｔｇ ‘ 式中：ｒ 为坝坡土体的浮重度；ｒ 为坝坡土体的饱 和重度；Ｏｔ为土坡坡角； 为土的内摩擦角。 上式和没有渗流作用的无黏性土边坡稳定计算 公式相比，安全系数相差ｒ ／， 倍，此值接近于１／２。 因此，当坡面有顺坡渗流作用时，无黏性土土坡的稳 定安全系数将近降低一半。 ３．２黏性土边坡 ３．２．１上游边坡 有稳定渗流作用时黏性土坝体上游边坡稳定安 全系数计算公式为： 一２８一 Ｆ。： （６） ｒｓａｔｓｌｎｏｌ 式中：ｒ 为坝坡土体的浮重度；ｒ 为坝坡土体的饱 和重度； 为土坡坡角； 为土的内摩擦角；ｃ为土的 凝聚力；ｚ为计算滑动面的滑弧长度。 上式和没有渗流作用的黏性土边坡稳定计算公 式相比，安全系数降低了。 ４ 工程实例 某均质土坝坝高５．５ Ｉｎ，上下游坡比均为１：２．５， 坝体土料渗透系数为２．５×１０～ｃｍ／ｓ，坝体土天然容 重为１９．３ＫＮ／ｍ ，饱和容重为２０．３ ｋＮ／ｍ ，凝聚力为 １１ ｋＰａ，内摩擦角为１８度。采用“理正岩土计算５．３ 版”进行计算，各工况下稳定计算结果见表１： 表４坝坡稳定安全系数计算结果表 工况 稳定安全系数 上游边坡 下游边坡 计算的稳定安全系数大小规律与理论分析结果 一致。 ５ 结论 无渗透水流作用时，对于均质无黏性土土坡，抗 滑稳定安全系数取决于坡角与坡上土体内摩擦角的 相对大小关系，理论上只要坡角小于土的内摩擦角， 土体就是稳定的；对于均质黏性土土坡，抗滑稳定安 全系数不但与土体内摩擦角有关，同时与土体的凝 聚力和计算滑弧的弧长有关。有稳定渗透水流作用 时，上游坝坡抗滑稳定安全系数较无渗流时有所增 大；下游坝坡抗滑稳定安全系数较无渗流时有所减 小，对无黏性土边坡约减小１／２。 参考文献： ［１］卢延浩．土力学［Ｍ］．南京：河海大学出版社，２００５： ８一】０．
