基于ABAQUS的某土石坝坝坡稳定性分析

由金玉 张磊 赵鑫

【摘  要】研究土石坝的稳定性，加强水利工程建设管理，对工程建设质量控制具有重要意义。论文以某土石坝为例，采用ABAQUS内嵌的强度折减法基于摩尔库仑本构模型对某土石坝进行稳定性计算，得出下游坝坡的安全系数和潜在滑裂面。研究表明：强度折减法运用到土石坝的坝坡稳定性计算是可行合理的，潜在滑裂面符合一般土石坝滑动面的变形规律，安全系数为1.40，该土石坝在蓄水期是稳定的。

【Abstract】Studying the stability of earth-rock dam and strengthening the management of water conservancy project construction is of great significance to the quality control of engineering construction. Taking an earth-rock dam as an example， the paper uses the strength reduction method embedded in ABAQUS to calculate the stability of an earth-rock dam based on the Molar Coulomb constitutive model， and obtains the safety factor and potential slip surface of the downstream dam slope. The results show that the strength reduction method is feasible and reasonable to calculate the stability of earth-rock dam slope， and the potential slip surface conforms to the deformation law of the general slip surface of earth-rock dam， and the safety factor is 1.40. The earth-rock dam is stable during the impoundment period.

【关键词】土石坝;强度折减法;稳定性;安全系数

【Keywords】earth-rock dam; strength reduction method; stability; safety factor

【中图分类号】TV223                                             【文献标志码】A                                                 【文章编号】1673-1069（2021）03-0175-02

1 引言

土石坝稳定性分析常用的方法主要是极限平衡法和有限元法。极限平衡法以毕肖普法、摩根斯顿-普赖斯法、Spencer法、Sarma法、楔形体法等[1-4]为代表，有限元法以强度折减法[5]为代表。随着土地本构模型（摩尔库仑模型、邓肯张模型、Drucker-Prager模型等）理论应用成熟和有限元软件开发应用，强度折减法越来越多地应用到工程实际，为工程设计提供印证，如边坡、坝坡、隧道、基坑等有限元分析，并趋于成熟。

近年来，国内学者对强度折减法的应用开展了大量工作：李小春[6]采用强度折减法对边坡的多滑面进行了模拟，认为该方法得到的多级滑动面与现场监测数据吻合较好。王曼等[7]采用ABAQUS软件的强度折减法分析了边坡的稳定性，确认其计算结果的合理性。王作伟等人[8]采用强度折减方法计算了边坡的极限上限，对比验证强度折减法与传统极限平衡法具有良好的适应性。雷艳等[9]采用强度折减法对土石坝坝坡进行稳定分析，得出的安全系数与塑型区域可为工程提供借鉴。以上研究均取得了较好的研究成果，表明强度折减法用于工程实际分析边坡、坝坡稳定性是可行合理的。故本文基于以上研究，采用ABAQUS软件结合强度折减法对某均质土石坝进行稳定性分析计算，并从水利工程建设管理的角度，浅析建设管理对工程质量的控制。

2 强度折减法

所谓强度折减法是指给一强度折减系数Fr[10]，采用公式（1）和（2）将土体抗剪强度指标进行降低，导致土体逐渐失稳，土体单元发生塑性变形，当临界失稳时，折减系数就是边坡对应的安全系数。具体公式如下所示：

3 土石坝稳定性分析

某均质土石坝，最大坝高100m，正常蓄水位在坝高90m处，坝顶宽8m，上下游坡比为1∶，坝体材料密度为2200kg/m3，強度参数如表1所示。首先在ABAQUS中建立模型，再赋予材料参数，划分网格，网格单元类型为C3D8R。然后定义各个模块，施加重力荷载和静水压力。最后定义初始应力场，开始分析直到计算不收敛为止。当前判断边坡失稳的有三个标准：一是迭代计算不收敛为标准;二是以边坡的特征位移拐点为标准;三是结构面塑性发生贯通区为标准[11，12]。当前研究选取边坡（坝坡）某一点位移发生突变与结构面塑性发生贯通区二者相结合判断安全系数。