影响土石围堰边坡稳定的因素分析

张顺强

【摘要】土石围堰边坡的稳定性与导流建筑物泄流能力、施工洪水以及堰土土石料力学性质等多种因素有密切联系。在土石围堰施工过程中，为更加精确、更加全面的分析影响土石围堰边坡稳定的因素，并综合考虑土石料力学参数、水文以及水力的因素的随机性，通过建立土石围堰边坡稳定性因素综合风险计算模型，进而分析影响土石围堰边坡稳定性的综合风险因素，通过对影响土石围堰边坡稳定性因素分析得出，影响土石围堰边坡稳定的最大风险状况出现在基坑开挖后的水位下降时间，而最容易滑坡面会因为水位下降速率的提高从而将位置从背水面转移到迎水面。同时也证明了在水位下降速率保持不变时，.土石围堰边坡稳定系数呈先减小后增大的变化趋势，且稳定系数的最小值以及最小值出现时间都与水位下降速率有着密切的联系。

【关键词】土石围堰；边坡稳定性；影响因素；研究分析

通常水利工程的土石围堰规模非常大，地质条件和施工也较为复杂，随着边坡失稳在近些年围堰工程中的频繁出现，不仅造成很大的灾难性破坏，还造成资金及资源的巨大损失，因此边坡的稳定性也成为急待解决的工程技术难题。而土石围堰工程的设计者及施工单位在进行土石围堰工程开工前，就要着重对作为施工参考指标的围堰边坡失稳风险率进行计算分析，从而保证土石围堰工程的顺利进行。土石围堰边坡的稳定性在实际过程中不仅受到石料力学性质的不稳定因素的影响，往往还与施工导流建筑物的泄流作用以及施工洪水等外界不确定因素有密切关系。若只单单考虑到某种单一因素对土石围堰边坡的稳定性的影响从而展开关于风险因素分析，就不能很準确的将土石围堰边坡的稳定状态进行描述，因此基于此可以通过建立综合多种不确定因素的风险计算模型对土石围堰边坡稳定性进行分析。

1.关于土石围堰边坡失稳的巨大危害

随着水电事业的蓬勃发展，水电工程也随之大力兴建，也使得参与修建的围堰工程也随之展开，但因为人们对围堰工程的不重视再加上围堰工程边坡失稳性较大，所以近些年来土石围堰工程的边坡失稳现象也发生得越来越多。围堰作为直接影响工程安全及进度的重要工程，若不对其加以重视很可能就会出现人身安全得不到保障、资金财产的严重损失。围堰边坡失稳所带来的后果可以说是毁灭性的。清江流域的一处围堰边坡失稳，直接造成超过18人失踪，其中有12名幼儿，6名成人，同时也给工程基坑造成了毁灭性破坏，对工程工期造成严重影响。

2.关于土石围堰边坡稳定性的影响因素分析

因为围堰工程属于临时建筑工程，因此在对围堰工程施工时，其填筑材料配级相当随意，碾压均匀要求也自然不高，因此直接导致在利用确定性极高的极限平均方法对围堰边坡稳定性进行评测时带来了非常大的麻烦以及计算误差。当洪水超过某种承载界限后，围堰受到的荷载力大于围堰抗力就会出现围堰边坡失稳现象。在这一过程中，围堰所承载的荷载滑动力矩被堰前水位所决定，而围堰所具有的抗力滑力矩则由组成堰体的材料性质所决定。因此以下就影响围堰边坡失稳的堰前水位和堰体材料展开分析。

（1）关于堰前水位对土石围堰边坡稳定性的影响

堰前水位其流量主要是通过施工导流建筑物的泄流实况以及施工洪水实况的记载规律进行演算后得到，再根据水文资料的实测数据，通过典型洪水过线计算法从而确定洪水过程线，洪峰最大流量通常为 随机抽样类型的平均值，关于其密度可用函数关系表达为：

函数方程中的β、α、 为 随机抽样类型的形状及刻度、位置参数， 为伽马函数，以此方程式也形象说明了堰前水位的变化。

（2）关于堰体材料对土石围堰边坡稳定性的影响

关于堰体具有的抗力滑力矩主要是被堰体材料的性质决定，而堰体材料则主要被内摩擦角、凝聚力以及容重等几个物理指标决定，在通常情况下，堰体容重的变化值基本很小，而堰体凝聚力以及内摩擦角的变化值就比较大，因此再考虑堰体的抗力滑力矩上主要考虑堰体凝聚力以及内摩擦角变化导致堰体的抗力滑力矩的变化。

3.关于土石围堰边坡稳定性综合风险模型的建立

若将堰前水位、堰体土石料力两个参数看做两个互不影响的独立随机变量，将土石围堰工程的边坡失稳现象当成某特定水位下的不可测随机事件，那么关于堰前水位与土石围堰工程的边坡失稳风险概率的关系用公式表现则为：

（公式中h为堰前水位；f（h）为堰前水位分布概率密度； 为堰前水位h土石围堰工程的边坡失稳的风险概率）

关于用以上公式计算特定水位下土石围堰工程的边坡失稳的风险概率有以下几个步骤：第一，确定对围堰边坡失稳产生影响的因素与其的逻辑关系，再输入围堰几何参数和材料数据的统计数值，再将模拟次数和水位分布类型输入；第二，对模拟计算输入的水位指下的滑动面最大危险值进行确定；第三，设置不确定定量抽样以及随机数群；第四，将分布不同组的变量进行随机数转换；第五，将已经随机数转换的变量带入其函数关系式中，从而计算围堰边坡稳定性；第六，通过判断准则，对计算模拟的围堰边坡失稳次数进行统计，从而得出确切答案。

4.对土石围堰边坡稳定性影响因素分析所得出结论

在通过对土石围堰边坡稳定性影响因素综合分析后，可以明显看出堰前水位以及堰体土石料力是影响土石围堰边坡稳定性的最主要因素。根据堰前水位计算公式，将堰前水位对风险的影响采用分区步长的方式进行计算，发现采用的计算分区步长值越小，得出的计算结果越精准，在采用的计算分区步长值取值小于10m的时候，通过计算得出的风险影响也趋近稳定甚至不发生变化。此时步长对于堰前水位的影响可忽略不计，这时可以在保持堰前水位对对土石围堰边坡稳定性影响因素不变的条件下，只单独计算堰体土石料力变化对石围堰边坡稳定性的影响作用，通过多次计算后取其数据的综合平均值。再通过对影响土石围堰边坡稳定性的各种相关因素综合进公式计算，也同样在多次计算后取数据的综合平均值，经过对比发现在综合考虑各种相关因素对土石围堰边坡稳定性的影响的风险率只有只单独计算堰体土石料力对土石围堰边坡稳定性的影响风险率的三分之一。因此，在进行围堰设计时，在以边坡稳定风险率为围堰工程设计标准时，要将对土石围堰边坡稳定性产生影响的各种因素综合考虑从而保证参考数据的准确性，这样一来，不仅能更好确定设计方案和规划投资成本以及界定导流系统风险，还能通过准确预测和避免风险从而节约工程量以及工程成本。

结束语

土石围堰边坡稳定性是保证施工安全以及施工工期的重要影响因素，所以做好土石围堰边坡稳定性保障工作极为重要。通过对影响土石围堰边坡稳定性的综合因素进行分析和研究，并得出相关结论：将水力、水文以及堰体土石料力在保证堰前水位参数不变的情况下综合计算边坡稳定性风险概率比只单独计算堰体土石料力因素要更加准确，也更能反映土石围堰边坡稳定状态。

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