重力坝深层抗滑稳定计算分析

闫 涵，张大鹏，于月鹏，宋伟健

（中水东北勘测设计研究有限责任公司，吉林长春 130021）

1 概述

实际工程坝基往往存在软弱结构面、缓倾角裂隙，致使混凝土重力坝沿坝基深层缓倾角软弱结构面的抗滑稳定是工程设计的一个关键问题，深层抗滑稳定分析的基本方法采用刚体极限平衡的等安全系数法。在实际工程中，地基内往往发育多条相互切割交错的断层或软弱结构面，这些软弱面可构成复杂的滑移面。在深层抗滑稳定分析中发现，实际中对深层抗滑稳定计算不利的软弱结构面，往往与坝体基底面及坝轴线有一定夹角，出露位置与坝踵也有一定距离，计算中常假定软弱结构面出露于坝踵处倾向下游的不利滑动面，下游滑动面剪断岩石的双画面模式。

2 工程实例

某工程深层抗滑稳定计算，采用刚体极限平衡方法的等安全系数法，经过计算比较两滑块间的抗力角选取φ=0°相对安全，软弱结构面及岩石抗剪断参数由地质专业实验确定。构成沿坝基础深层滑动的形态，主要由倾向下游的软弱夹层或岩层层面，与下游抗力岩体的滑裂面组成双滑裂面形态，基本计算简图见图1。

采用抗剪断强度公式计算。考虑ABD块的稳定，则有：

图1 双滑面模式基本计算简图

考虑BCD块的稳定，则有：

作用在坝上的荷载有水压力（静水压力和动水压力）、自重、扬压力、浪压力、地震作用等。假定下游抗力岩体沿不同角度 β剪断滑动时，分别计算正常蓄水位、设计洪水位、校核洪水位、正常蓄水位+地震四个工况，经计算比较该工程典型计算断面当下游岩体沿30～35°剪断滑动时最危险，其典型断面计算结果见表1。

表1 典型断面深层抗滑稳定计算结果

计算结果满足规范要求。

但是实际软弱结构面往往与计算坝段基底面有一定夹角，滑动面整体下移时，变化结果如图2所示。

图2 实际滑动面与假定滑动面

计算假定实际滑动面分别位于假定滑动面以下2 m、4 m、6 m时典型断面深层抗滑稳定各工况计算结果见表2～表4：

计算中考虑上游滑动面与坝踵处岩石垂直拉断，如图3，即认为上游水压力作用水头会有所增大，但实际该部分水头会随着渗透压力有所减少。

3 结论

1）从计算结果看，当实际滑动面每向下移动2 m，计算安全系数会相应增大2%到4%，说明实际工程中假定位于与坝踵相交的滑动面计算结果相对危险，实际计算当中应尽量模拟实际地形条件进行合理计算，必要时辅以有限元法、地质力学模型试验等方法进行复核计算。

表2 典型断面滑动面下移2 m时深层抗滑稳定计算结果

表3 典型断面滑动面下移4 m时深层抗滑稳定计算结果

表4 典型断面滑动面下移6 m时深层抗滑稳定计算结果

图3 上游水压力计算取值

2）实际工程中如有假定位置的软弱结构面且岩石条件很差时，可以采用设置齿槽，加深基础开挖,将软弱夹层全部或部分挖除以适当降低建基面高程，有利于破坏深层滑动的发生。

3）在软弱结构面深度范围设置有效的帷幕及排水系统，采用封闭式抽排，降低基底及结构面下的扬压力，增大深层抗滑稳定计算安全系数。

4）混凝土重力坝深层抗滑稳定计算中地质条件因素至关重要，所以应对坝基滑动边界条件、抗剪强度参数进行深入勘察分析,选取合适的计算方法,对所得安全系数、应力、位移值等进行分析判断,以确保计算的合理性，便于对实际的地质构造滑动趋势做出准确分析，适当做出相应的预防处理措施，保证工程建设的安全。

4 分析与展望

1）关于抗力方向问题。对于双滑面深层抗滑稳定计算，滑块之间通过抗力作用，抗力的方向对计算结果有一定影响。经计算比较抗力为水平时安全系数最小。

2）单一安全系数设计法和概率极限状态设计法。对于重力坝深层抗滑稳定安全度的判据，现行规范主要有两种方法，即单一安全系数设计法、概率极限状态设计法。前者常用剪摩公式和摩擦公式，求出的经验K值作为安全系数，并用K值度量结构的安全性,大于规范值则认为是安全的。事实上，安全系数K其实由材料强度安全储备系数Kf和荷载的超载系数Kp两部分组成。考虑到不同工程结构尺寸、材料强度及荷载作用的变异性,NB/T35026-2014《混凝土重力坝设计规范》采用了概率极限状态设计法，该方法考虑各种材料分项系数、荷载作用系数及结构系数、结构重要性系数、设计状况系数的影响,并以抗力效应与作用效应的比值是否大于1，来评价抗滑稳定是否满足要求。

3）坝基岩体内错动带分布较为复杂时，危险滑移通道常由多个滑裂面组成，此时按多滑面方法进行计算，在滑移模式和参数选取上均更接近实际情况。多滑面方法在边坡稳定计算中较为常见，在坝基深层抗滑中应用还比较少。采用多滑面方法，可避免双滑面方法在滑移通道的假定及滑裂面参数的选取上，与实际情况相差较大的情况，从而避免不必要的误差。

［1］彭文明，张连明，陈强.重力坝深层抗滑稳定分析方法综述［J］.水电站设计，2010.9（3）.