坝基和坝肩稳定分析：运行期优化

一、计算条件

同本章第二节。

二、计算荷载

1.自重

岩体的容重取为γr=24.5k N/m3。

2.渗流

考虑山体地下水补充与绕坝渗流的共同影响来计算渗流场（参见本章第二节），并在稳定分析中考虑其影响：在上游库壁和下游尾水影响的两岸及河床，按静水压力计算作用于表面块体单元的荷载；弹粘塑性块体单元法分析时，所有结构面的法向应力均减去渗透压强，按有效应力进行应力应变分析和稳定分析；刚体极限平衡分析时，滑动面上的渗透压强积分后作为外力施加。

3.拱坝推力

按拱梁分载法计算结果输入。

4.荷载模拟顺序

（1）弹粘塑性块体单元法分析。首先考虑天然地下水渗流场，施加岩体自重，近似模拟天然地应力场；然后，施加拱坝推力，并考虑库水位和渗流场的改变，分析岩体的应力、变位及稳定性。

（2）刚体极限平衡法分析。所有荷载都同时施加。

三、主要计算成果及分析

1.应力、应变和屈服

图2-8-8和图2-8-9分别是高程1090.00m平切面上的位移矢量和块体单元变位图。变位的趋势是：坝基面因受推力作用，变位指向山体和下游；坝基面下游的抗力体受推力作用，变位以指向下游为主，偏向河床。这符合一般常识。左岸最大变位约为0.030m，发生于高程1090.00～1010.00m；右岸最大变位约为0.020m，也发生于高程1090.00～1010.00m。左岸的变位大于右岸。

检查各结构面的屈服情况发现，在正常荷载作用下，上游的F7断层屈服区较大，而下游的F5断层几乎没有屈服区，同时，在两岸的顺河陡倾节理和中缓倾节理上都有一定程度的屈服区，主要分布在3号山梁、4号山梁以及坝肩的下游开挖面附近。各结构面的屈服区都不大，且未形成连通屈服通道。

2.安全系数(www.xing528.com)

分别用弹粘塑性块体单元法和刚体极限平衡法分析了坝基和坝肩的稳定安全系数，表2-8-4列出了安全度较小或比较重要的15种滑动块体单元组合及对应的安全系数。各组合的准确位置都可以根据表2-8-4列出的块体单元边界结构面，比照块体单元系统平面图2-8-1得出。图2-8-10和图2-8-11表示了第2滑动块体单元组合的平面和空间位置。

图2-8-8　高程1090.00m位移矢量

图2-8-9　高程1090.00m块体单元变位

表2-8-4　滑动块体单元组合及对应的安全系数

3.主要结论

（1）弹粘塑性块体单元法考虑了自重初应力和变形引起的应力调整，而刚体极限平衡法则将自重和外荷同时施加。因此，对于同一种块体单元组合，弹粘塑性块体单元法与刚体极限平衡法判别的失稳机理可能不同，相应的安全系数也有所差别。

（2）若弹粘塑性块体单元法和刚体极限平衡法判别的滑动类型相同，则弹粘塑性块体单元法所得安全系数一般比刚体极限平衡法偏小，原因是刚体极限平衡法采用了滑动面反力法向分解假定。

（3）若弹粘塑性块体单元法的滑动类型是多面滑动，而刚体极限平衡法的滑动类型是单面滑动，则弹粘塑性块体单元法所得安全系数一般比刚体极限平衡法偏大。反之亦然。

（4）对工程有重大影响的破坏模式，如代表大台阶破坏的块体单元组合，在目前所取用的参数下，安全系数基本满足要求。

图2-8-10　第2滑动块体单元组合的平面位置

图2-8-11　滑动块体单元组合2的空间位置