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| 论《DQB》程序和《STAB》程序在土石坝安全鉴定中的应用 |
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| 来源：邵阳市水利水电勘测设计院 作者：王飚 日期：[2006-2-14] |
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[K]{h}={F}-[D]{q}(3)
在坝其无潜流时，其中[D]{q}项为零。
土坝渗流边界条件是：上、下游水位以下的入流和出流面用自由渗出段，其水头是已知的，属第一类边界；渗流自由面和不透水层面一样，没有流量从该面流入和流出；而非稳定渗流则有流量从自由面流进坝体，此流量是取二连续自由面之间的一块水体表示补给流量。此外自由面上尚应满足其水头等于位置高程的条件。
2．1．2渗流量的计算
渗流量是采用中线法计算的，可计算任意过流断面的流量，渗流量计算公式为：
△q=1/4△[bicI]kx0
上式是具有方向性的，计算流量断面是取划分单元的初始坐标的方向，故计算时要规定其正向，然后按上式对过流断面的单元逐个计算，然后相加得总渗流量。
2．1．3渗流自由面的确定
首先假定一渗流自由面位置。原则上依照渗流概念按“简化法”计算浸润线，同时对于不同排水设施的渗出段长度a,以及排水起点处的渗流水深h0作出粗估，尽量接近实际浸润线位置，以减少浸润线的修改迭代次数，节省机时，同时也可避免出错。
然后计算机程序将自由面结点计算中心水头值h*与其Z坐标比较，直到满足|Z-h*|<∑(∑为给定的计算精度)，此时则获正确的理论自由面位置。
自由选定是时，沿结点上下调正移动，为此要求结点上结点按顺序从上到下由小到大编号。为避免贫富的自由面位置过高，或自由面穿过非均质区及非稳定渗流自由面变化范围大时，使计算不能持续下去，程序采用丢结点（单元）的方法来处理，即自由面结点的计算水头h*小于其下结点Z坐标时，将该结点丢弃，取其下结点为自由面结蹼继续进行计算。
2．1．4渗出点的确定
自由面与坝坡的交点即渗出点，采用沿线面滑动或二次曲线相交法求得，根据不同情况选用。渗出点一般是作为未知水头结点处理。调正渗出点的过程中可以由程序自动改变信息，反复试求得出渗出点的正确位置。
程序的关键在于合理地确定渗流场的计算范围、边界性质及单元信息。
2.2《STQB》程序计算原理
2．2．1程序采用的强度指标
（1）不结不排水（三轴仪）或不固结快剪（直剪仪）简称Q剪，相应指标Cuu,Φuu;
（2）固结排水（三轴仪）或固结慢剪（直剪仪）简称R剪，相应指标C’cd,Φ’cd;
（3）固结不排水（三轴仪）或固结快剪（直剪仪）简称R剪，相应指标
（4）不固结不排水或固结不排水，测孔压（三轴仪），简称
（5）常用的现场强度试验所获得的强度指标为的C值，用代表，成果与R剪指标等效，值为现场被试验地点（坐标）的函数，程序要求将功赎罪按坐标网格输入，然后自动进行内插，确定滑弧面上各点的值即C值。
2．2．2有效应力法
有效应力法的强度表达式为：
强度指标和是根据剪切试验确定的，试验结果分别用于施工期、稳定渗流期、库水位降落期。
用于效应力法计算滑弧稳定时，孔隙水压力U值事先已求出，可按网格爱点输入，程序自动内插，确定滑弧面上各点的孔压值。如果孔隙水压在某一区哉内按静压分布，或浸润线较平缓，可近似假定等势线垂直，即孔压按静压分布，则只需输入浸润线位置即可，这种情况一般用于稳定渗流期。
2．2．3总应力法
总应力法是将土样在试验室模拟坝体实际工况条件下测定其强度指标，把超孔隙水压包涵在抗剪强度指标内的一种方法。本程序的总应力法能计算施工期及库水位骤降期限的坝坡稳定分析，施工期除用Q剪指标处，计算时与有效力法相同。
库存水位骤降时的总应力法有以下两种：
（1）采用现场快剪强度指标qm.;
（2）采用R-S组合强度包线。
2．2．4程序中地震惯性力的计算
按《水工建筑物抗震设计规范》SDJ10-78第16条和第23条规定计算。
2．2．5程序图形处理约定
土石坝断面被看成是由一系列边界线构成，土层不同界线及外边坡均看作边界线。程序规定任一铅直线均不得同时碰到两根浸润线，但在滑弧可能达到的范围内必须碰到一根浸润线；浸润线边界线都不允许是垂直线。当所计算的滑动坡外有水时，程序要求将水位线以下的外边坡线作为浸润线。
2．2．6滑动圆弧控制参数及布置方式
圆弧可计算一个或多个。计算多个圆弧时有两种布置方式：一是圆弧始终通过上、下交点，半径则按一定步长变化；二是以圆心及滑弧深度为中心，给予它们变化的步长后，程序将自动组合情况下的安全系数。如果某一圆弧不与坝坡相交，程序将自动识别，并打印出信息。
3 应用
在1998年邵阳市病险水库大坝安全鉴定工作中，编者成功地将《DQB》程序和《STAB》程序应用到邵东流光岭水库和大圳灌区东风水库两座中型大坝的安全鉴定中。由于以上二程序数据准备工作量小，计算速度快，节约了大量的时间，避免了手算的繁杂和不准确性，提高了计算成果的准确性和精确度。同时根据计算成果绘出的渗流网图（见图1）和稳定计算成果图（见图2），能够很形象直接地表达出大坝理论浸润线位置及各百分数等势线分布情况和滑动圆弧位置、滑弧深度及安全系数大小。在上述两座水库的安全鉴定会上得到了省水电厅大坝安全鉴定专家组成员的一致认可和通过。分页:[1] [2] |
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