論干灘長度對瑞典圓弧法和簡化畢肖普法計算結(jié)果的影響

郭 暢 于亮

（1.交通運(yùn)輸部天津水運(yùn)工程科學(xué)研究院 ，天津 300456 ；2.大連理工大學(xué)土木建筑設(shè)計研究院有限公司，遼寧 大連 116024 ）

一、概述

一般來說，影響尾礦庫穩(wěn)定性的因素有很多，浸潤線對尾礦庫穩(wěn)定性的影響又是重中之重，而干灘長度決定著浸潤線的高低。本文選用應(yīng)用最廣泛的瑞典圓弧法和簡化畢肖普法作比較，針對不同筑壩材料和干灘長度，重點(diǎn)分析變化的浸潤線對何種方法的計算結(jié)果的影響更為顯著。

二、計算方法和原理簡介

瑞典圓弧法和簡化畢肖普法都是實(shí)際工程中穩(wěn)定計算的常用方法。計算推導(dǎo)上看，瑞典法忽略了土條倆側(cè)條間力的影響，僅根據(jù)力矩平衡原理得出解答計算簡便，低估安全系數(shù)5%～20%。畢肖普法全面考慮土條條間力，既滿足力的平衡，也滿足力矩的平衡。由于計算復(fù)雜，應(yīng)用較少。而簡化畢肖普法增加了條間豎向力平衡條件，忽略了條間切向力，滿足力矩平衡，低估安全系數(shù)2%～7%。

Geo-studio是一套適用于巖土工程和巖土環(huán)境模擬計算的仿真軟件，本文中將用于滲流計算和靜力穩(wěn)定分析。

滲流計算采用GEO-SLOPE的SEEP/W軟件，依據(jù)是達(dá)西（Darcy）定律，計算采用有限單元法，利用四邊形單元構(gòu)造有限元方程。根據(jù)變分原理和Galerkin方法，構(gòu)造方程（2）的單元有限元方程

q為通過單元斷面的流量

四、算例分析

1 工程概況

某壩體斷面尺寸如下：壩底標(biāo)高30米，壩頂標(biāo)高50米，壩頂寬20米，庫內(nèi)尾礦料頂標(biāo)高49米，選取碎石做為壩體材料，內(nèi)外坡坡比均為1:2。壩體固結(jié)已結(jié)束。

2 各材料參數(shù)選取如表1。

3 干灘長度分別選取20米，30米，40米，50米，70米，100米，150米，200米，250米。在以上干灘長度條件下，浸潤線均未發(fā)生坡面溢出情況。

4 計算過程中每種工況搜索5025個滑動面。結(jié)果選取Geostudio仿真軟件自動挑選的對于靜力穩(wěn)定安全系數(shù)的最合理結(jié)果。

表1

表2

表3

圖1 瑞典圓弧法和簡化畢肖普法穩(wěn)定安全系數(shù)對比圖

圖2 瑞典圓弧法和簡化畢肖普法穩(wěn)定安全系數(shù)差值圖

結(jié)論

（1）計算結(jié)果表明：通過圖1所示，瑞典圓弧法計算得到的結(jié)果總低于簡化畢肖普法得到的結(jié)果，從而證明瑞典圓弧法得到的結(jié)果相對于簡化畢肖普法在實(shí)際工程的應(yīng)用中更為保守，應(yīng)當(dāng)注意。

（2）表3中數(shù)據(jù)顯示，通過對安全系數(shù)增量的對比發(fā)現(xiàn)，在干灘長度較短（小于70米時）的情況下，安全系數(shù)增長速度很快，而在干灘長度較長（大于70米）的情況下，安全系數(shù)增長相對平緩。干灘長度對浸潤線的影響巨大，對于壩體材料相同時，一般而言，干灘越長，浸潤線越低。而浸潤線又是影響安全系數(shù)的重大影響因素之一。這倆種方法對于浸潤線的影響都能如實(shí)從增量結(jié)果中反映出來，并且結(jié)果基本一致。如實(shí)際工程中干灘長度較短，應(yīng)及時采取虹吸井，深挖盲溝，沉井，輕型井點(diǎn)及垂直水平聯(lián)合排滲等排滲措施。

（3）結(jié)合表（2）和圖（2）可以得出，干灘長度越短，倆種方法的差異體現(xiàn)的越不明顯，對于峰值的出現(xiàn)還有待作者進(jìn)一步研究，而干灘長度較長時滲流在穩(wěn)定分析中影響微小致使倆種方法的計算結(jié)果的差值基本不發(fā)生變化。

（4）Geo-studio仿真軟件的選取結(jié)果對于該規(guī)律的統(tǒng)計也有一定影響，不容忽視。

[1]郭瑩，郭承侃，陸尚謨.土力學(xué)[M].大連：大連理工大學(xué)出版社.