淺談STAB2009在溫查爾河堤防工程中的應(yīng)用

【摘要】將STAB2009運(yùn)用到堤防工程設(shè)計(jì)的穩(wěn)定計(jì)算中極大的提高了堤防設(shè)計(jì)的工作效率，化繁為簡，省去了繁重的手算工作。STAB2009計(jì)算成果準(zhǔn)確可靠。

【關(guān)鍵詞】STAB2009；堤防；穩(wěn)定計(jì)算；溫查爾河

1、工程概況與研究背景

溫查爾河發(fā)源于北安農(nóng)場境內(nèi)，流經(jīng)二龍山農(nóng)場、五大連池于青山鎮(zhèn)東約0.4km處匯入訥漠爾河，全長48km，全流域面積755km2。河流比降為0.556‰，年徑流量約0.52×108m3溫查爾河干流20年一遇洪水位為255.73～260.28m。土壤類型主要是砂壤土、黑土、草甸土、沼澤土，侵蝕類型以水蝕為主，兼有重力侵蝕，屬低山丘陵漫崗輕度侵蝕區(qū)，項(xiàng)目區(qū)處于自然侵蝕狀態(tài)。五大連池市溫查爾河興隆段防洪工程位于北安農(nóng)場境內(nèi)為堤防工程，根據(jù)《防洪標(biāo)準(zhǔn)》（GB50201-94），堤防等級(jí)為4級(jí)。工程總長10.082km，其中左岸堤防長5.609km，樁號(hào)0+000～5+609，右岸堤防長4.473km，樁號(hào)1+874～6+347。工程地理位置為東經(jīng)126。11'55″～126。12'55″，北緯48。29'49″～48。31'13″。

溫查爾河流域目前防洪設(shè)施少、標(biāo)準(zhǔn)低，甚至很多處于不設(shè)防狀態(tài)，塌岸速度逐年增加，塌岸不僅使岸邊的良田逐年減少，還直接威脅村屯的安全，如不及時(shí)采取必要的整治措施，不僅使水土流失，甚至?xí)鹬髁鞲牡?，不利于?jīng)濟(jì)發(fā)展，因此在溫查爾河左右岸分別新建均質(zhì)土堤，其中抗滑穩(wěn)定計(jì)算采用中國水利水電研究院編制的《邊坡穩(wěn)定分析程序 STAB2009》進(jìn)行計(jì)算。

2、程序概述

STAB程序前后經(jīng)過了三十年的開發(fā)過程。1976年程序作者陳祖煜參加水利電力部第二工程局官廳水庫抗震加固工程時(shí)，在北京大學(xué)DJS-60機(jī)上與黃國興共同開發(fā)了一個(gè)圓弧滑裂面的土石壩邊坡穩(wěn)定分析的程序?，F(xiàn)在的STAB程序仍然保留了這一版本對(duì)邊坡幾何形狀處理的主要特點(diǎn)。1979至1981年陳祖煜赴加拿大Alberta大學(xué)進(jìn)修，在Morgenstern教授的指導(dǎo)下，對(duì)邊坡穩(wěn)定分析的通用條分法做出了改進(jìn)，并編制了相應(yīng)的程序。1982至1984年程序作者在潘家錚院士主持的“水工建筑物設(shè)計(jì)專用程序”項(xiàng)目中，承擔(dān)了編制土石壩邊坡穩(wěn)定設(shè)計(jì)專用程序的工作。在這一項(xiàng)目中，本程序被正式命名為STAB。1984年水利水電規(guī)劃設(shè)計(jì)院在黃山組織專題審查會(huì)，并于1984年12月12日以（84）水規(guī)字第3號(hào)文正式批準(zhǔn)，STAB為水利水電系統(tǒng)土石壩設(shè)計(jì)專用程序，在水利水電設(shè)計(jì)系統(tǒng)中推廣使用。

1984至1995年作者在推廣使用STAB程序的過程中，將其改造成微機(jī)DOS版，并命名為STAB95。1995年至現(xiàn)在，STAB95逐步獲得推廣。在此過程中，順應(yīng)微機(jī)操作系統(tǒng)從DOS轉(zhuǎn)向WINDOWS的潮流，提出了STAB95的WINDOWS仿真DOS環(huán)境下運(yùn)行的版本。并根據(jù)新頒布的水工建筑物抗震設(shè)計(jì)規(guī)范，修改了7度和9度地震時(shí)輸入的地震加速度系數(shù)。2005年，STAB95正式升級(jí)為WINDOWS界面交互式的軟件STAB2009。

2.1 程序的主要功能。STAB2009主要用于土質(zhì)邊坡和土石壩邊坡的穩(wěn)定分析。同時(shí)，對(duì)巖質(zhì)邊坡，特別是具有軟弱夾層的問題時(shí)，本程序也有廣泛的應(yīng)用價(jià)值。

2.1.1 邊坡穩(wěn)定分析方法

（1）簡化方法。包括瑞典法、畢肖普法、陸軍工程師團(tuán)法、羅厄法和傳遞系數(shù)法等。但在使用陸軍工程師團(tuán)法、羅厄法和傳遞系數(shù)法時(shí)，庫水位驟降和采用動(dòng)強(qiáng)度指標(biāo)的總應(yīng)力法的功能不能使用。

（2）嚴(yán)格法。包括Morgenstern-Price 法和Spencer法。程序具有自動(dòng)搜索最小安全系數(shù)的功能。對(duì)圓弧和任意形狀滑裂面，可以搜索相應(yīng)最小安全系數(shù)的臨界滑裂面。對(duì)任意形狀滑裂面，納入了應(yīng)用隨機(jī)搜索方法求解極值的加強(qiáng)功能。

2.1.2 總應(yīng)力法和有效應(yīng)力法。根據(jù)土石壩設(shè)計(jì)規(guī)范的規(guī)定，本程序提供有效應(yīng)力法的計(jì)算功能，同時(shí)，也對(duì)以下三種情況，提供總應(yīng)力法計(jì)算功能。

（1）軟弱地基上快速加荷；

（2）庫水位驟降；

（3）地震荷載條件下應(yīng)用動(dòng)三軸試驗(yàn)成果進(jìn)行壩坡總應(yīng)力法穩(wěn)定分析。

2.1.3 滑裂面形狀。程序具有按圓弧和任意形狀滑裂面計(jì)算的功能?；衙骓敳靠筛鶕?jù)用戶要求設(shè)置拉裂縫，進(jìn)行拉裂縫充水、局部充水或不充水的穩(wěn)定分析。

2.1.4 強(qiáng)度指標(biāo)。程序具有線性和非線性抗剪強(qiáng)度指標(biāo)的計(jì)算功能。非線性強(qiáng)度指標(biāo)包括：

（1）R-S，Q-S組合包線；

（2）鄧肯的雙曲線強(qiáng)度指標(biāo)和DeMello的指數(shù)強(qiáng)度指標(biāo)。

3、STAB2009在溫查爾河堤防工程中的應(yīng)用成果

3.1 抗滑穩(wěn)定計(jì)算

3.1.1 斷面選擇及計(jì)算參數(shù)。結(jié)合堤防設(shè)計(jì)和地質(zhì)資料，本次穩(wěn)定計(jì)算各在左右岸選擇堤防加高培后斷面（BK4+395）和地基黏土覆蓋層較薄的斷面（NK1+450）進(jìn)行計(jì)算。土堤各項(xiàng)物理力學(xué)指標(biāo)根據(jù)《溫查爾河近期治理工程地質(zhì)勘察報(bào)告》中地質(zhì)資料取用（堤身土料的計(jì)算參數(shù)選用壓實(shí)后的計(jì)算參數(shù)。

3.1.2 計(jì)算條件。上游20年一遇洪水位，下游無水，上下游壩坡穩(wěn)定分析。

3.1.3 計(jì)算方法。根據(jù)中國水利水電研究院編制的《邊坡穩(wěn)定分析程序STAB2009》進(jìn)行壩坡穩(wěn)定計(jì)算，計(jì)算方法采用瑞典圓弧法。

4、結(jié)語

將STAB2009運(yùn)用到堤防工程設(shè)計(jì)的穩(wěn)定計(jì)算中極大的提高了堤防設(shè)計(jì)的工作效率，化繁為簡，省去了繁重的手算工作。STAB2009計(jì)算成果準(zhǔn)確可靠是水利工程設(shè)計(jì)者值得信賴的好幫手，本人通過實(shí)際運(yùn)用該程序也發(fā)現(xiàn)了幾個(gè)計(jì)算時(shí)需要注意的事項(xiàng)，在此與大家分享。

第一，在AutoCAD中抓取圖形時(shí)每一種土層都需要用一條連續(xù)的多段線；第二，進(jìn)入計(jì)算界面后一定要先復(fù)核參數(shù)信息，修正邊界線數(shù)據(jù)；第三，注意在STAB2009中坐標(biāo)以向下為正。

參考文獻(xiàn)：

[1]陳祖煜.土質(zhì)邊坡穩(wěn)定分析程序STAB說明書[M].北京：中國水利水電科學(xué)研究院，2009.

[2]黑河市水利勘測設(shè)計(jì)院.黑龍江省五大連池市溫查爾河興隆段防洪工程初步設(shè)計(jì)報(bào)告[R].黑河：2016.