土石坝边坡稳定性分析的应用研究

孙作壮

摘  要：土石坝是指由土料、石料或混合料，经过抛填、碾压等方法堆筑而成的具有挡水功能的坝体建筑，随着现代科学技术的不断进步与发展，土石坝建设技术逐渐得到优化完善，在我国水利工程当中被广泛地推广与应用。由于土石坝对国民经济与安全具有明确的重要意义，所以，在实际建设当中，则需要结合现代化工程理念和技术，提高土石坝边坡的稳定性，切实发挥土石坝的真正价值，所以该文针对土石坝边坡稳定性进行分析，并提出分析结果在土石坝设计工作中的应用。

关键词：土石坝边坡  稳定性  分析  应用

中图分类号：TV223;TV641    文献标识码：A 文章编号：1672-3791（2020）02（a）-0040-02

在当前水利工程当中，土石坝边坡的建设与应用更加具有优势，不仅可以就地取材进行建设，极大程度的降低了材料成本和运输成本，而且土石坝边坡施工更加简单，所需要进行的工序较少，便于缩短工期的同时，在建成完毕后还可以随时地进行调整。但由于土石坝边坡主要由土料石料构成，所以一旦发生自然灾害，或是由于坝体长期处于超负荷状态当中，都会对土石坝边坡的稳定性造成影响，所以针对于此，则应当在建设期间进行充分的研究和合理的设计。

1  土石坝的作用和边坡稳定性含义

1.1 土石坝的主要作用

在目前我国多数水利工程当中，土石坝的建设应用具有以下3个方面的作用：（1）防洪保安。洪水最为严重自然灾害之一，一旦发生，轻则影响农业生产，造成河流泛滥淹没庄稼，重则对社会公众的人身安全和财产安全造成威胁，所以防洪工作一直是我国国家与政府的主要工作目标之一，通过土石坝的建设，能够有效提高水利工程抵御灾害的能力，进而在自然灾害发生期间，提高防护工作的可靠性，一旦灾害蔓延，土石坝也会为周边群众提供疏散时间。（2）保障供水。水资源是人类社会生活生产所主要依赖的资源，所以如何有效提高对水资源的利用率，确保合理科学供水，有助于社会的发展与进步，而大坝作为调节配置河流水量的重要基础设施建设，对保障饮水安全和粮食产量等方面起到重要作用。（3）促进电力事业发展。随着时代的不断发展，电子信息化技术逐渐改变了人類社会的生活模式，电力能源的重要意义也随之凸显，但在传统的火力发电模式中，由于过分依赖燃煤资源。

1.2 土石坝边坡稳定性的含义

边坡的稳定性主要针对边坡结构而言，而由于土石坝边坡具有一定的特殊性和复杂性，影响其结构的因素众多，所以则需要综合分析。从专业角度来看，结构的稳定性被定义为结构在规定条件和规定时间内完成预定功能的能力，所以土石坝边坡的稳定性与安全性、实用性和耐久性息息相关，而在实际应用当中，为了能够定量地进行分析和计算，则将所有元素综合在稳定性的概念之中，以便于操作计算。

2  土石坝边坡的特点和失稳原因

2.1 土石坝边坡特点

为了能够深入了解影响土石坝边坡稳定性的主要原因，则需要结合土石坝边坡的特点进行分析，大致有以下几个方面：（1）土石坝边坡的形态通常较为单一，以剪切破坏为主，滑裂面为圆弧形或圆弧与夹泥层的组合。（2）土石坝边坡的结构简单，所以边坡滑动面的位置通常未知，所计算出的最危险滑动面与实际观察的存在差异。（3）土石坝边坡内部剪应力达到抗剪强度是造成边坡变形破坏的主要原因。

2.2 影响土石坝边坡稳定性的主要原因

通过对我国土石坝边坡稳定性遭受破坏的实际案例进行分析，结合行业相关工作经验，可以得知，土石坝发生滑坡主要是由于岩土边界产生剪切破坏，滑动面上的平均剪应力等于岩土体的抗剪强度，致使土石坝边坡出现滑动破坏，也就是滑坡，所以针对于此，可以总结出滑坡与滑动力和抗滑力具有明显的关联性。滑动力与抗滑力在土石坝边坡的实际应用当中，主要受到坝体质量、水渗透程度、自然灾害等因素的影响。

3  土石坝边坡稳定性分析的方法

在土石坝稳定性分析当中，不仅需要结合实际情况进行观察和判断，而且还需要精确的计算方法，提高土石坝边坡稳定性结果的可靠性。目前，多数土石坝边坡稳定性的分析方法有以下两种：（1）一次二阶矩法。这种方法主要是通过输入随机变量的一阶原点矩和二阶中心矩，以计算求出极限状态函数的一阶原点和二阶中心矩，进而对稳定性进行判断，所以这种方式也被称为稳定性指标法。在一次二阶矩法的实际操作当中，根据随机变量的分布可以分为不考虑随机变量的实际分布并进行假设的计算方式，即为中心点法，以及考虑随机变量的实际分布进行计算，即为可靠指标法。（2）蒙特卡洛法。蒙特卡洛发又称随机抽样法，主要是通过随机模拟和统计实验的方式，计算稳定性的近似数值，相比于一次二阶矩法，蒙特卡洛发更加具有随机性。

4  土石坝边坡稳定性的设计

由于当前土石坝边坡稳定性的设计工作存在一定单一性，所以，在工程开展当中难免会有所局限，为了能够提高设计工作质量，则需要综合考量有关土石坝边坡的整体参数，改善原有设计方式。在设计方法的优化改良中，应当按照关于概率极限设计法的有关规定进行修改，对土石坝边坡的结构重要性系数、设计状况系数、作用分项系数、材料性能分项系数和结构系数进行全面分析计算，并将可靠指标作为衡量土石坝结构稳定性的主要依据，加强土石坝稳定性设计工作的科学性和全面性。相比于土石坝边坡的规模来说，其中由于工程需求或是其他因素所造成的尺寸变动较小，所以可以将土石坝边坡工程中容重、浸润线的位置固定，进而可以对其标准值采用定值处理。由于不同土石坝边坡建设工程之间存在差异，所以，在设计工作当中，应当能够结合工程实际情况进行综合分析，提高设计工作精确程度，在设计工作开展时，针对稳定渗流期、水库水位降落期、施工期等工作状况，则需要有针对性地采取不同数值，进而提高土石坝工程设计方案精确程度。而设计工作对于土石坝结构系数的确定，应当采用概率极限状态设计法的应用当中，对土石坝所设计的稳定可靠指标在规定范围内。有关土石坝工程的设计工作，应当秉承经济性原则和安全性原则，在设计工作初期，对土石坝建设地址附近进行精确勘察，通过对土壤土质、水文环境和区位条件的综合分析，制定科学合理的设计方案，为了提高经济性，则需要设计工作尽可能以附近土料石料作为原材料，以便于就地取材，减少采购费用和运输费用，并且一些天然材料还具有更高的性能，能够有效提高土石坝的抗渗稳定性。由于土石坝的建设需要具备防洪安保等功能，所以设计工作还应当对蓄水、渗流等情况进行计算，通过确定土石坝在正常状况下的安全系数，能够得知土石坝的安全范围，进而以便于对设计方案进行调整，以及施工当中注意把控。由于土石坝工程具有一定的不确定性，为了避免这些因素影响工程质量，则需要设计环节能够通过计算的方式，形成直观结果奠定基础。

5  结语

虽然土石坝边坡稳定性受到多重因素影响，并且其中还存在大量不可控因素，但如果能够通过稳定性分析和计算等方式的应用，则能够极大程度地减少预算与实际之间的差值，进而逐渐提高土石坝边坡稳定性，为社会提供良好的服务。

参考文献

[1] 王维娜，殷秀海.土石坝边坡稳定性分析的应用研究[J].水利科技与经济，2009，15（2）：117-118.

[2] 郭常来，孔繁友，杨子荣.改进圆弧法在土石坝边坡稳定性研究中的应用[J].工业建筑，2005，35（S1）：540-542.

[3] 曾伟.数值流形法的改进及其在土石坝分析中的应用[D].大连理工大学，2014（4）：87-88.