稳定渗流期低均质坝上游坝坡的抗滑稳定性

陈伟恒

摘 要：规范指出，均质坝稳定渗流期上游坝坡的抗滑稳定安全系数最小值出现在1/3坝高水位附近。文章总结了四座均质坝上游坝坡的稳定性，发现规范的结论成立是有条件的，并对计算上游坝坡稳定性提出建议。

关键词：均质坝；上游坝坡；抗滑稳定

由单一土料填筑的土石坝即为均质坝。均质坝在土石坝中占的比重很大。一般地，坝高低于30m的土石坝为低坝，坝高在30m～70m的土石坝为中坝，坝高大于70m的土石坝为高坝。本文所讨论的对象为低均质坝。

碾压式土石坝设计规范SDJ218-84（简称“旧规范”）和文献[2]、[4]均指出，稳定渗流期只需核算下游坝坡的稳定性即可。而碾压式土石坝设计规范SL274-2001（简称“新规范”）则要求计算大坝稳定渗流期的上游坝坡稳定性，并指出，稳定渗流期的上游坝坡存在不利水位，在不利水位时，会出现稳定安全系数比正常蓄水位或空库时低的情况。对于均质土坝，不利水位约为坝高的1/3。规范不断总结经验，对不利水位的规定是合理的。但容易使人觉得，稳定渗流期均质坝只需核算不利水位时上游坝坡，则其他水位不必另行计算。本文结合工程实践，总结四座均质坝的上游坝坡稳定性，发现仅计算不利水位是不够的。

四座均质坝坝高分别为24.3m、14.7m、14.9m、26.3m，坝体填土、坝基试验指标见下表：

表1

大坝编号 A B C D

坝体填土 γ/kN·m-3 18.10 18.9 17.84 18.54

γ′/kN·m-3 9.31 9.58 8.77 9.91

c′/kPa 23.20 16.10 21.30 11.00

φ′/° 25.70 30.80 19.60 36.90

坝基 γ/kN·m-3 18.50 19.40 17.25 20.11

γ′/kN·m-3 9.49 10.21 8.19 11.50

c′/kPa 27.50 15.50 17.80 16.10

φ′/° 22.60 19.20 15.60 36.00

计算方法采用瑞典圆弧法，公式如下：

孔隙水压力采用简化处理，土条重量W按新规范确定的原则执行。计算过程：先采用软件Autobank计算某一水位下的稳定渗流，然后利用计算出来的浸润线，用软件hhSlope计算该水位下的上游坝坡稳定安全系数最小值K。在不同水位（变化范围为正常蓄水位～死水位）下重复上述过程，得到水位Z～安全系数K曲线，计算成果如下图：

图1 坝基为可滑动土层时水位～安全系数曲线

从图1可以看出，大坝A～C随着水位降低，安全系数是递减的，降低速度逐渐变慢，但是并没有出现拐点，在1/3坝高水位附近安全系数不是最小值。大坝D的安全系数则出现了拐点，在1/3坝高水位附近安全系数达到最小值与规范一致。

新规范未给出，稳定渗流期均质坝上游坝坡安全系数，总是出现在1/3坝高水位附近结论成立的条件。

分析四个坝的滑弧情况、坝基土层参数，发现大坝D坝基抗剪强度指标较大，最危险圆弧均只穿过坝体，未进入坝基土层。故本次更改大坝A、B、C的坝基抗剪指标为不可剪切破坏土层，即令指标取值很大，取c′=1000kPa，φ′=45°。采用同样的办法，计算水位～安全系数曲线，成果如下图：

图2 坝基为不可滑动土层时水位～安全系数曲线

图2中所有大坝水位～安全系数曲线都出现了拐点，即安全系数都出现了最小值，且最小值都出现在1/3坝高水位附近，与新规范是完全一致。

从以上讨论可以看出：（1）若坝基土层抗剪强度很高，滑裂面不能从其中穿过，则均质坝上游坝坡最小安全系数发生在不利水位处，这就是新规范的结论；（2）若坝基土层抗剪强度不高，滑裂面可以从坝基穿过，则最小安全系数发生在1/3坝高水位以下。新规范结论成立的条件是：坝基土良好，不会发生剪切破坏，或只考虑坝体填土自身的抗滑稳定性，不考虑坝基土层的影响。

坝基处理要满足渗流控制、静力和动力稳定、允许沉降量和不均匀沉降量等方面的要求。由于大坝建设年代的条件限制，笔者遇到的低均质坝大部分坝基处理都未清理到抗剪强度很高的岩土层上，多建在冲积层、残积土甚至软粘土上，因此，核算上游坝坡稳定渗流期的抗滑稳定性时，认为只需计算1/3坝高水位时的安全系数就找到了最小的安全系数是不妥当的。

土质边坡的抗滑稳定问题是相当复杂的问题，目前没有公式概括和指出最小安全系数的位置和大小。通过STAB、hhSlope、GeoSlope等软将进行边坡稳定大量的计算寻求最小安全系数被证明是可行、可靠的。对于粗略计算，可以用软件计算1/3坝高水位附近及以下水位的抗滑稳定安全系数，从中筛出最小值；对于重要的工程，应该制作上游水位～安全系数曲线，寻找最小安全系数的位置和大小。

参考文献

[1] 水利行业标准.碾压式土石坝设计规范（SL 274-2001）.

[2] 陈祖煜.土质边坡稳定分析—原理·方法·程序[M].中国水利水电出版社，2003.

[3] 水利行业标准.碾压式土石坝设计规范（SDJ 218-84）.

[4] 水利水电规划设计总院.碾压式土石坝设计手册.1989.

摘 要：规范指出，均质坝稳定渗流期上游坝坡的抗滑稳定安全系数最小值出现在1/3坝高水位附近。文章总结了四座均质坝上游坝坡的稳定性，发现规范的结论成立是有条件的，并对计算上游坝坡稳定性提出建议。

关键词：均质坝；上游坝坡；抗滑稳定

由单一土料填筑的土石坝即为均质坝。均质坝在土石坝中占的比重很大。一般地，坝高低于30m的土石坝为低坝，坝高在30m～70m的土石坝为中坝，坝高大于70m的土石坝为高坝。本文所讨论的对象为低均质坝。

碾压式土石坝设计规范SDJ218-84（简称“旧规范”）和文献[2]、[4]均指出，稳定渗流期只需核算下游坝坡的稳定性即可。而碾压式土石坝设计规范SL274-2001（简称“新规范”）则要求计算大坝稳定渗流期的上游坝坡稳定性，并指出，稳定渗流期的上游坝坡存在不利水位，在不利水位时，会出现稳定安全系数比正常蓄水位或空库时低的情况。对于均质土坝，不利水位约为坝高的1/3。规范不断总结经验，对不利水位的规定是合理的。但容易使人觉得，稳定渗流期均质坝只需核算不利水位时上游坝坡，则其他水位不必另行计算。本文结合工程实践，总结四座均质坝的上游坝坡稳定性，发现仅计算不利水位是不够的。

四座均质坝坝高分别为24.3m、14.7m、14.9m、26.3m，坝体填土、坝基试验指标见下表：

表1

大坝编号 A B C D

坝体填土 γ/kN·m-3 18.10 18.9 17.84 18.54

γ′/kN·m-3 9.31 9.58 8.77 9.91

c′/kPa 23.20 16.10 21.30 11.00

φ′/° 25.70 30.80 19.60 36.90

坝基 γ/kN·m-3 18.50 19.40 17.25 20.11

γ′/kN·m-3 9.49 10.21 8.19 11.50

c′/kPa 27.50 15.50 17.80 16.10

φ′/° 22.60 19.20 15.60 36.00

计算方法采用瑞典圆弧法，公式如下：

孔隙水压力采用简化处理，土条重量W按新规范确定的原则执行。计算过程：先采用软件Autobank计算某一水位下的稳定渗流，然后利用计算出来的浸润线，用软件hhSlope计算该水位下的上游坝坡稳定安全系数最小值K。在不同水位（变化范围为正常蓄水位～死水位）下重复上述过程，得到水位Z～安全系数K曲线，计算成果如下图：

图1 坝基为可滑动土层时水位～安全系数曲线

从图1可以看出，大坝A～C随着水位降低，安全系数是递减的，降低速度逐渐变慢，但是并没有出现拐点，在1/3坝高水位附近安全系数不是最小值。大坝D的安全系数则出现了拐点，在1/3坝高水位附近安全系数达到最小值与规范一致。

新规范未给出，稳定渗流期均质坝上游坝坡安全系数，总是出现在1/3坝高水位附近结论成立的条件。

分析四个坝的滑弧情况、坝基土层参数，发现大坝D坝基抗剪强度指标较大，最危险圆弧均只穿过坝体，未进入坝基土层。故本次更改大坝A、B、C的坝基抗剪指标为不可剪切破坏土层，即令指标取值很大，取c′=1000kPa，φ′=45°。采用同样的办法，计算水位～安全系数曲线，成果如下图：

图2 坝基为不可滑动土层时水位～安全系数曲线

图2中所有大坝水位～安全系数曲线都出现了拐点，即安全系数都出现了最小值，且最小值都出现在1/3坝高水位附近，与新规范是完全一致。

从以上讨论可以看出：（1）若坝基土层抗剪强度很高，滑裂面不能从其中穿过，则均质坝上游坝坡最小安全系数发生在不利水位处，这就是新规范的结论；（2）若坝基土层抗剪强度不高，滑裂面可以从坝基穿过，则最小安全系数发生在1/3坝高水位以下。新规范结论成立的条件是：坝基土良好，不会发生剪切破坏，或只考虑坝体填土自身的抗滑稳定性，不考虑坝基土层的影响。

坝基处理要满足渗流控制、静力和动力稳定、允许沉降量和不均匀沉降量等方面的要求。由于大坝建设年代的条件限制，笔者遇到的低均质坝大部分坝基处理都未清理到抗剪强度很高的岩土层上，多建在冲积层、残积土甚至软粘土上，因此，核算上游坝坡稳定渗流期的抗滑稳定性时，认为只需计算1/3坝高水位时的安全系数就找到了最小的安全系数是不妥当的。

土质边坡的抗滑稳定问题是相当复杂的问题，目前没有公式概括和指出最小安全系数的位置和大小。通过STAB、hhSlope、GeoSlope等软将进行边坡稳定大量的计算寻求最小安全系数被证明是可行、可靠的。对于粗略计算，可以用软件计算1/3坝高水位附近及以下水位的抗滑稳定安全系数，从中筛出最小值；对于重要的工程，应该制作上游水位～安全系数曲线，寻找最小安全系数的位置和大小。

参考文献

[1] 水利行业标准.碾压式土石坝设计规范（SL 274-2001）.

[2] 陈祖煜.土质边坡稳定分析—原理·方法·程序[M].中国水利水电出版社，2003.

[3] 水利行业标准.碾压式土石坝设计规范（SDJ 218-84）.

[4] 水利水电规划设计总院.碾压式土石坝设计手册.1989.

摘 要：规范指出，均质坝稳定渗流期上游坝坡的抗滑稳定安全系数最小值出现在1/3坝高水位附近。文章总结了四座均质坝上游坝坡的稳定性，发现规范的结论成立是有条件的，并对计算上游坝坡稳定性提出建议。

关键词：均质坝；上游坝坡；抗滑稳定

由单一土料填筑的土石坝即为均质坝。均质坝在土石坝中占的比重很大。一般地，坝高低于30m的土石坝为低坝，坝高在30m～70m的土石坝为中坝，坝高大于70m的土石坝为高坝。本文所讨论的对象为低均质坝。

碾压式土石坝设计规范SDJ218-84（简称“旧规范”）和文献[2]、[4]均指出，稳定渗流期只需核算下游坝坡的稳定性即可。而碾压式土石坝设计规范SL274-2001（简称“新规范”）则要求计算大坝稳定渗流期的上游坝坡稳定性，并指出，稳定渗流期的上游坝坡存在不利水位，在不利水位时，会出现稳定安全系数比正常蓄水位或空库时低的情况。对于均质土坝，不利水位约为坝高的1/3。规范不断总结经验，对不利水位的规定是合理的。但容易使人觉得，稳定渗流期均质坝只需核算不利水位时上游坝坡，则其他水位不必另行计算。本文结合工程实践，总结四座均质坝的上游坝坡稳定性，发现仅计算不利水位是不够的。

四座均质坝坝高分别为24.3m、14.7m、14.9m、26.3m，坝体填土、坝基试验指标见下表：

表1

大坝编号 A B C D

坝体填土 γ/kN·m-3 18.10 18.9 17.84 18.54

γ′/kN·m-3 9.31 9.58 8.77 9.91

c′/kPa 23.20 16.10 21.30 11.00

φ′/° 25.70 30.80 19.60 36.90

坝基 γ/kN·m-3 18.50 19.40 17.25 20.11

γ′/kN·m-3 9.49 10.21 8.19 11.50

c′/kPa 27.50 15.50 17.80 16.10

φ′/° 22.60 19.20 15.60 36.00

计算方法采用瑞典圆弧法，公式如下：

孔隙水压力采用简化处理，土条重量W按新规范确定的原则执行。计算过程：先采用软件Autobank计算某一水位下的稳定渗流，然后利用计算出来的浸润线，用软件hhSlope计算该水位下的上游坝坡稳定安全系数最小值K。在不同水位（变化范围为正常蓄水位～死水位）下重复上述过程，得到水位Z～安全系数K曲线，计算成果如下图：

图1 坝基为可滑动土层时水位～安全系数曲线

从图1可以看出，大坝A～C随着水位降低，安全系数是递减的，降低速度逐渐变慢，但是并没有出现拐点，在1/3坝高水位附近安全系数不是最小值。大坝D的安全系数则出现了拐点，在1/3坝高水位附近安全系数达到最小值与规范一致。

新规范未给出，稳定渗流期均质坝上游坝坡安全系数，总是出现在1/3坝高水位附近结论成立的条件。

分析四个坝的滑弧情况、坝基土层参数，发现大坝D坝基抗剪强度指标较大，最危险圆弧均只穿过坝体，未进入坝基土层。故本次更改大坝A、B、C的坝基抗剪指标为不可剪切破坏土层，即令指标取值很大，取c′=1000kPa，φ′=45°。采用同样的办法，计算水位～安全系数曲线，成果如下图：

图2 坝基为不可滑动土层时水位～安全系数曲线

图2中所有大坝水位～安全系数曲线都出现了拐点，即安全系数都出现了最小值，且最小值都出现在1/3坝高水位附近，与新规范是完全一致。

从以上讨论可以看出：（1）若坝基土层抗剪强度很高，滑裂面不能从其中穿过，则均质坝上游坝坡最小安全系数发生在不利水位处，这就是新规范的结论；（2）若坝基土层抗剪强度不高，滑裂面可以从坝基穿过，则最小安全系数发生在1/3坝高水位以下。新规范结论成立的条件是：坝基土良好，不会发生剪切破坏，或只考虑坝体填土自身的抗滑稳定性，不考虑坝基土层的影响。

坝基处理要满足渗流控制、静力和动力稳定、允许沉降量和不均匀沉降量等方面的要求。由于大坝建设年代的条件限制，笔者遇到的低均质坝大部分坝基处理都未清理到抗剪强度很高的岩土层上，多建在冲积层、残积土甚至软粘土上，因此，核算上游坝坡稳定渗流期的抗滑稳定性时，认为只需计算1/3坝高水位时的安全系数就找到了最小的安全系数是不妥当的。

土质边坡的抗滑稳定问题是相当复杂的问题，目前没有公式概括和指出最小安全系数的位置和大小。通过STAB、hhSlope、GeoSlope等软将进行边坡稳定大量的计算寻求最小安全系数被证明是可行、可靠的。对于粗略计算，可以用软件计算1/3坝高水位附近及以下水位的抗滑稳定安全系数，从中筛出最小值；对于重要的工程，应该制作上游水位～安全系数曲线，寻找最小安全系数的位置和大小。

参考文献

[1] 水利行业标准.碾压式土石坝设计规范（SL 274-2001）.

[2] 陈祖煜.土质边坡稳定分析—原理·方法·程序[M].中国水利水电出版社，2003.

[3] 水利行业标准.碾压式土石坝设计规范（SDJ 218-84）.

[4] 水利水电规划设计总院.碾压式土石坝设计手册.1989.