天仙湖库中堆石坝坝坡稳定性有限元强度折减法分析-论文.pdf

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1、第23卷第3期河南城建学院学报Vo1．23NO．32014年5月JournalofHenanUniversityofUrbanConstructionMav．2014文章编号：1674—7046(2014)03—0018—06天仙湖库中堆石坝坝坡稳定性有限元强度折减法分析温雨眠，王涛(1．重庆交通大学国家内河航道整治工程技术研究中心，重庆400074；2．重庆交通大学水利水运工程教育部重点实验室，重庆400074；3．重庆市水利电力建筑勘测设计研究院，重庆400074)摘要：天仙湖堆石坝位于三峡库区

2、，为典型库中坝。随三峡库区水位在非汛期173．0m至汛期l43．3m间调动，下游水位可能高于上游水位，形成倒灌水流。结合天仙湖堆石坝工程，利用有限元强度折减法，采用Mohr—Coulomb本构模型对天仙堆石坝四种水位组合的上下游坝坡稳定性进行分析。结果表明，高水位有助于对应侧的坝坡稳定；坝体上下游水位差越大，坝坡稳定系数越小，坝体的稳定性降低。该坝在各种水位组合情况下部分满足设计规范要求，危险水位组合时存在坝坡失稳隐患，建议对其坝体进行加固处理。关键词：库中坝；坝坡稳定性；有限元强度折减法；水位组合

3、；塑性流动中图分类号：TV641．4文献标识码：A边坡的稳定分析是实际工程中经常需要解决的问题，目前分析边坡稳定的方法主要有刚体极限平衡法、有限元法、有限差分法等。其中，有限单元法不但满足力学平衡条件、而且其对材料应力应变关系的充分考虑使得计算结果更加合理¨。影响边坡稳定性的因素有很多：边坡材料的物理力学性质、边坡的形状和几何尺寸、水位状况等。其中，水是影响边坡稳定性的最具普遍性的自然因素，研究各种条件下水对边坡稳定性影响的计算方法众多：张玉采用Bishop法分析了变水位下大型渠道土质边坡的稳定性；

4、张文杰同样通过Bishop法研究了水库的库岸边坡稳定性；郑俊则应用FLAC2D分析地下水位对边坡稳定性的影响。1工程概况天仙湖拦沙坝是苎溪河流域水土保持生态环境建设工程的重点项目，该坝用于拦阻该流域的泥砂进入长江，以减少三峡水库淤积。坝址位于苎溪河流下游，属于长江上游左岸一级小支流，源于万州区，于万州城区南门口人长江。拦沙坝中部主体长约61．0m，右岸堆石体坝长约128．0m，左岸坝体呈一“喇叭”形，长约180．0m，宽50～130m，坝顶设计标高约为177．0m。天仙湖库中坝同时受到上下游两个方向

5、的水压力，上下游水位均会发生较大变化，最大水位差可达到40余米，同时可能出现下游水位高于上游水位，发生倒灌现象。2012年天仙湖内外水位高差4m时，堆石坝坝段下游坝坡曾出现渗漏现象，后采用坝顶充填灌浆方法对坝体进行加固。根据天仙湖拦砂坝的复杂工程情况，本文将对不同水位组合工况下的坝坡稳定性进行研究。收稿日期：2014—03—02第一作者简介：温雨眠(1990一)，女，内蒙古呼伦贝尔人，重庆交通大学国家内河航道整治工程技术研究中心硕士研究生。2O河南城建学院学报2014年5月2．4失稳破坏判断标准强度

6、折减法是指在理想弹塑性有限元计算中，不断折减坝内岩土体的抗剪强度参数c、，直至坝坡达到临界破坏状态时，此时的强度折减系数即为坝坡的稳定系数，定义为岩土体实际的抗剪强度与折减后临界破坏状况下抗剪强度的比值，折减公式为c=c／F=arctan(tan~／F)(2)式中：c、为土体实际的抗剪强度；c、为土体折减后的抗剪强度；F为强度折减系数。目前，判断边坡失稳破坏的标准有：有限元数值计算的不收敛、塑性区的贯通、广义剪应变的贯通等¨。分析坝坡失稳破坏主要特征时，不管内部因素多么复杂，其作用的最终结果都是坝坡

7、出现位移，而位移是边坡内部作用的直观外在表现。以特征点位移突变为失稳判据，意义明确、界限清晰。故计算中以坝顶点位移突变为失稳判据，产生突变时对应的强度折减系数即为所求稳定系数。3稳定性分析3．1计算方案根据前述上、下游特征水位的选择，采用有限元强度折减法，计算了四种组合的控制水位稳定系数，计算方案如表2所示。表2有限元强度折减法计算方案3．2计算结果分析各方案有限元强度折减法计算得到的稳定系数见表3。(1)上、下游水位相近。方案1上、下游水位相近，上游稳定系数大于下游，其主要原因是上游筑坝材料主堆石

8、有较好的力学性能。第23卷第3期温雨眠，等：天仙湖库中堆石坝坝坡稳定性有限元强度折减法分析2l表3计算结果(2)下游水位不同。方案2与方案1的上游水位相同，方案2的下游水位为143．3m，与方案1的下游水位173．0m相比，方案2下游水位降低29．7m，使得下游坝坡稳定系数降低23．85％，同时上游坝坡稳定系数降低19．04％。(3)上游水位不同。方案2与方案4的下游水位相同，方案2上游水位高于方案4。方案4上下游水位差为8．7m，方案2水位差达到32．1m，使得下游