浅析工程建设扰动对水利工程稳定性分析评价

张春敏

（重庆江源工程勘察设计有限公司，重庆 401147）

水利工程建设在防洪抗旱、生活用水和保护河湖健康方面起到了越来越重要的作用，促进了社会经济的发展[1-2]。因此，水利工程的安全关系着全体民众的生命财产安全[3]。随着经济的不断发展，涉河工程建设也越来越多，大量的穿河、跨河建筑物的修建，对原有水利工程的安全造成一定的影响，因此，定量评价扰动工程建设对原有水利工程的稳定性，对水利工程的安全运行与管理现代化及促进水利工程的可持续发展有着重要的意义[4-5]。

1 工程概况

扰动工程属于电力通道，水利工程属于小（二）型水库。电力通道从左岸拉管入土，右岸拉管出土，左右岸出入土位置设置工作井，拉管段投影长度154.5 m，施工段弧长165.74 m，采用电缆拉管19×φ225，MMP管，管径1 500 mm，拉管完成后采用膨胀性C20水泥砂浆填充。

2 计算方法和工况

2.1 计算方法

本文采用大型通用岩土有限元分析软件（MIDAS/GTS NX）对整体场地进行稳定性验算[6-7]。MIDAS/GTSNX（New experience of Geo-Technical analysis System）是一款针对岩土领域研发的通用有限元分析软件，不仅支持线性/非线性静力分析、线性/非线性动态分析、渗流和固结分析、边坡稳定分析、施工阶段分析等多种分析类型，还可以进行渗流-应力耦合、应力-边坡耦合、渗流-边坡耦合、非线性动力分析-边坡耦合分析，广泛运用于地铁隧道、边坡、基坑、桩基、水利工程、矿山工程等各种工程的建模分析中[7]。

2.2 计算工况

结合电力通道工程对水库整体边坡、局部边坡稳定性影响，得出以下几种工况：工况1，工程实施前，水库水位为正常蓄水位；工况2，工程实施前，水位为校核洪水位；工况3，工程施工振动作用下，水库水位为正常蓄水位；工况4，工程实施后，水库水位为正常蓄水位；工况5，工程实施后，水库水位为校核洪水位。

3 稳定性计算分析

3.1 整体边坡稳定性分析

不同工况下整体边坡稳定性见图1.

图1 整体边坡模型结果

工况1：主要产生塑性区，出现在局部边坡区域，而且其剪出口位置与正常蓄水位保持同一水平，整体稳定性为1.76，边坡保持稳定。

工况2：主要产生塑性区，出现在局部边坡区域，而且其剪出口位置略低于校核洪水位，整体稳定性为1.67，边坡保持稳定。

工况3：整体边坡模型产生塑性区，出现在局部边坡区域，其剪出口位置与正常蓄水位保持同一水平，整体稳定性为1.35，边坡基本保持稳定。

工况4：整体边坡模型在进行管道材料替换后，产生的塑性区域和剪出口位置与前3种工况相同，其整体稳定性为1.65，相对于未进行管道材料替换的前边坡，稳定性有所下降，但是边坡依旧保持稳定。

工况5：整体边坡模型完成管道施工后，即对管道材料进行替换，边坡稳定性为1.58，边坡保持稳定，其出现的塑性区主要在岩土分界线上，上部素填土参数较弱。

3.2 局部边坡稳定性分析

不同工况下局部边坡稳定性见图2.

图2 局部边坡模型结果

工况1作用下：主要产生塑性区，出现在边坡与水库库底交界处，而且其剪出口位置与正常蓄水位保持同一水平，局部稳定性为1.45，边坡保持稳定。

工况2作用下：主要产生塑性区，出现在边坡与水库库底交界处，而且其剪出口位置略低于校核洪水位，局部稳定性为1.42，边坡保持稳定。

工况3作用下：局部边坡模型产生塑性区，出现在局部边坡区域，其剪出口位置同样与正常蓄水位保持同一水平，整体稳定性为1.1，边坡基本保持稳定。

工况4作用下：局部边坡模型在进行管道材料替换后，产生的塑性区域和剪出口位置与前3种工况相同，其局部稳定性为1.43，相对于未进行管道材料替换的前边坡，稳定性有所下降，但是边坡依旧保持稳定。

工况5作用下：局部边坡模型完成管道施工后，即对管道材料进行替换，边坡稳定性为1.40，边坡保持稳定，其出现的塑性区主要在岩土分界线上，上部素填土参数较弱。

4 结果与讨论

对5种工况条件下整体边坡模型、局部边坡模型稳定性系数进行分析，分析结果见表1.

表1 各种工况下模型的稳定性系数

根据《建筑边坡工程技术规范（GB 50330—2013）》，本次边坡工程安全等级为二级，边坡类型为永久边坡，一般工况下边坡稳定安全系数为1.30，震动工况下边坡稳定安全系数为1.10，得出以下结论：①一般工况条件下（工况1，2，4，5），整体边坡稳定系数均大于1.30，整体边坡稳定。穿越工程施工前，随着水库水位的升高，边坡稳定系数减小但量不大；穿越工程施工后，随着水库水位的升高，边坡稳定系数减小但量不大。穿越工程施工前、后，对应水位的整体边坡稳定性均有所下降，但边坡仍可以保持稳定。②震动工况条件下（工况3），整体边坡稳定系数均大于1.10，整体边坡稳定。施工过程中，随着震动荷载的逐渐加大，边坡稳定性逐渐降低，但仍能保持稳定。③一般工况条件下（工况1，2，4，5），局部边坡稳定系数均大于1.30，局部边坡稳定。穿越工程施工前，随着水库水位的升高，边坡稳定系数减小但量不大；穿越工程施工后，随着水库水位的升高，边坡稳定系数减小但量不大。穿越工程施工前、后，对应水位的局边坡稳定性均有所下降，但边坡仍可以保持稳定。④震动工况条件下（工况3），局部边坡稳定系数均大于等于1.10，局部边坡稳定。施工过程中，随着震动荷载的逐渐加大，边坡稳定性逐渐降低，但仍能保持稳定。

［1］王桂芳.水利工程安全运行与管理现代化关系探讨［J］.科技创新与应用，2017（7）：224.

［2］张科.浅析水利工程安全施工管理［J］.经营管理者，2013（04）：326.

［3］谢良.浅析水利工程施工管理特点及质量控制策略［J］.农业科技与信息，2017（04）：111.

［4］伍平，向勇.天然气长输管道汉江穿跨越方案研究［J］.西华大学学报（自然科学版），2013，32（4）：94-96.

［5］阎庆华，孙玉杰，付超，等.长输管道河流穿跨越方案选择［J］.石油工程建设，2011，37（3）：1-3.

［6］郝艳娥，梁兴文，杨红霞.陕北延安靠崖式黄土窑洞静力性能及加固方法研究［J］.河南科学，2016，34（11）：1852-1857.

［7］张旭.有限元软件在河道整治工程中的应用［J］.东北水利水电，2015，33（11）：63-65.