一、進(jìn)口邊坡的穩(wěn)定分析計(jì)算
進(jìn)口邊坡為斜向結(jié)構(gòu)，一、二期開挖底線均在強(qiáng)松動(dòng)巖體下限以上，主要破壞形式為圓弧面滑動(dòng)，故只需按圓弧破壞面尋找最危險(xiǎn)滑弧，并求出穩(wěn)定系數(shù)。對三期及四期開挖，除可能在強(qiáng)松動(dòng)巖體內(nèi)發(fā)生圓弧面滑動(dòng)破壞外，邊坡還可能沿層面、層間擠壓帶或裂隙面發(fā)生平面滑動(dòng)破壞，計(jì)算時(shí)先按圓弧面滑動(dòng)破壞在三期和四期的開挖范圍內(nèi)找出最危險(xiǎn)滑弧，并結(jié)合實(shí)際裂隙面的位置，確定出三期、四期開挖的直線和折線滑動(dòng)破壞面，再對同一滑面取不同的強(qiáng)度參數(shù)（層面參數(shù)和巖體參數(shù)）分別計(jì)算出相應(yīng)的穩(wěn)定系數(shù)。
1、計(jì)算方法
對圓弧滑動(dòng)面，穩(wěn)定計(jì)算采用瑞典條分法，設(shè)計(jì)安全系數(shù)取K=1.2。
瑞典條分法法的基本假定是：
（1）剪切面是個(gè)圓弧，所以安全系數(shù)K可根據(jù)繞圓心的抵抗力矩與滑動(dòng)力矩的比來確定；
�。�2）計(jì)算中不考慮分條之間的相互作用力，所以每個(gè)分條底部的反力可以直接由該分條上的荷載算出。
對直線或折線滑動(dòng)面，穩(wěn)定計(jì)算采用傳遞系數(shù)法，并用Sarma法進(jìn)行較核，設(shè)計(jì)安全系數(shù)根據(jù)不同的計(jì)算工況取不同的值。
傳遞系數(shù)法是極限平衡條分法中的一種，也叫剩余推力法，其基本假設(shè)為條塊間的相互作用力的方向平行于上一條塊的底滑面，各條塊的剩余下滑力計(jì)算公式如下：
Fi=（Wisinαi+Qicosαi）-（cili/k+（Wicosαi-Ui-Qisinαi）fi/k）+Fi-1.ψi-1
式中：ψi-1=cos（αi-1-αi）-fisin（αi-1-αi）/k
上式中第一項(xiàng)表示本條的下滑力，第二項(xiàng)表示本條的抗滑力，第三項(xiàng)表示上一條塊傳下來的不平衡下滑力，ψi-1稱為傳遞系數(shù)，k為安全系數(shù)。
2、計(jì)算參數(shù)取值
邊坡的滑動(dòng)破壞形式可分為沿層面或裂隙面的破壞和在巖體內(nèi)的破壞，前者計(jì)算時(shí)，滑動(dòng)面按層面參數(shù)計(jì)算，抗剪強(qiáng)度指標(biāo)見表1.后者滑動(dòng)面按巖體參數(shù)計(jì)算，抗剪強(qiáng)度指標(biāo)見表2.
表1層面或裂隙面的強(qiáng)度參數(shù)
巖體類別C（kN/㎡）水上f水上C（kN/㎡）水下f水下容重（kN/m3）
強(qiáng)松動(dòng)巖體00.4500.3626.6
輕微松動(dòng)巖體500.55500.45626.6
未松動(dòng)巖體500.7500.58126.6
表2巖體的結(jié)構(gòu)面強(qiáng)度參數(shù)
巖體類別C（kN/㎡）水上f水上C（kN/㎡）水下f水下容重（kN/m3）
強(qiáng)松動(dòng)巖體500.5400.426.6
輕微松動(dòng)巖體2000.551600.4426.6
未松動(dòng)巖體4000.73200.5626.6
3、不同工程階段的計(jì)算工況及荷載組合
進(jìn)口邊坡的開挖分為一期、二期、三期、四期，四期以后為水庫的運(yùn)行期，根據(jù)現(xiàn)狀及水庫蓄水后的運(yùn)行特點(diǎn)，穩(wěn)定分析包括現(xiàn)狀天然條件，不同庫水位，考慮地震力時(shí)的不同庫水位及水庫水位變化（滲透壓力）等不同工況。其中運(yùn)行期不同庫水位考慮了正常蓄水位1380及蓄水位1340兩個(gè)特征水位，水庫水位變化主要是考慮由正常蓄水位1380降至1360的情況。各計(jì)算工況及荷載組合條件下的計(jì)算結(jié)果見表3。
表3不同工況及荷載組合條件下進(jìn)口邊坡穩(wěn)定計(jì)算計(jì)算成果
工程階段工況破壞形式參數(shù)取值計(jì)算方法穩(wěn)定系數(shù)設(shè)計(jì)安全系數(shù)剩余下滑力（T/M）
施工期一期開挖圓弧滑動(dòng)巖體參數(shù)瑞典條分法1.1221.2
二期開挖圓弧滑動(dòng)巖體參數(shù)瑞典條分法0.9911.2
三期開挖天然狀態(tài)圓弧滑動(dòng)巖體參數(shù)瑞典條分法1.1481.2
三期開挖天然狀態(tài)直線滑動(dòng)巖體參數(shù)傳遞系數(shù)
三期開挖天然狀態(tài)折線滑動(dòng)層面參數(shù)傳遞系數(shù)0.87841.22056
巖體參數(shù)1.18651.286.2
三期開挖自重+地下水層面參數(shù)0.86651.32129
巖體參數(shù)1.16081.3250.6
四期開挖天然狀態(tài)直線滑動(dòng)層面參數(shù)傳遞系數(shù)0.78491.23568
直線滑動(dòng)層面參數(shù)sarma法0.78911.2
四期開挖天然狀態(tài)折線滑動(dòng)層面參數(shù)傳遞系數(shù)0.91281.23165.3
巖體參數(shù)1.17781.2245.6
四期開挖自重+地下水層面參數(shù)0.79561.35218.6
巖體參數(shù)1.0241.32870.8
天然工況楔體滑動(dòng)1.3
巖體自重+地下水直線滑動(dòng)層面參數(shù)傳遞系數(shù)0.72171.34604
直線滑動(dòng)層面參數(shù)sarma法0.72661.3
運(yùn)行期正常蓄水位1380直線滑動(dòng)層面參數(shù)傳遞系數(shù)0.74121.34004.9
直線滑動(dòng)層面參數(shù)sarma法0.741.3
折線滑動(dòng)層面參數(shù)傳遞系數(shù)0.78491.34784.7
巖體參數(shù)傳遞系數(shù)1.01551.32660.4
蓄水位1380+8度地震直線滑動(dòng)層面參數(shù)傳遞系數(shù)0.46871.16747.5
折線滑動(dòng)層面參數(shù)傳遞系數(shù)0.50781.18593.2
巖體參數(shù)0.67991.16144.6
正常蓄水位1340折線滑動(dòng)層面參數(shù)傳遞系數(shù)0.83361.34714
巖體參數(shù)1.06521.32384.4
蓄水位1340+8度地震直線滑動(dòng)層面參數(shù)傳遞系數(shù)0.51481.16798
折線滑動(dòng)層面參數(shù)0.55951.18348.8
巖體參數(shù)0.73491.15669.9
1380驟降至1340直線滑動(dòng)層面參數(shù)傳遞系數(shù)0.65431.13931.9
折線滑動(dòng)層面參數(shù)0.70681.14415.5
巖體參數(shù)0.94341.11776.4
傳遞系數(shù)三期開挖直線滑面及折線滑面的計(jì)算簡圖見施工圖，兩種滑面情況下強(qiáng)度參數(shù)取值時(shí)，若為層面參數(shù)，則C、f值分別取表1中的值，若為巖體參數(shù)，則C、f值取表2中的值。四期開挖直線滑面及折線滑面、運(yùn)行期各工況情況下的計(jì)算簡圖見圖。
二、出口邊坡的穩(wěn)定分析計(jì)算
出口邊坡的計(jì)算方法均采用Sarma法，參數(shù)取值同進(jìn)口邊坡，計(jì)算工況為：
1、施工期
因一、二期開挖均位于強(qiáng)松動(dòng)巖體內(nèi)，破壞形式為圓弧滑動(dòng)，故用瑞典條分法可尋找出圓弧滑動(dòng)的最危險(xiǎn)滑面并求得最小穩(wěn)定系數(shù)。到了三、四期開挖，開挖底線已進(jìn)入完整巖體，破壞形式可能為沿裂隙面的折線滑動(dòng)破壞，計(jì)算時(shí)先在從坡頂?shù)饺�、四期開挖底線范圍內(nèi)用圓弧法尋找出最危險(xiǎn)滑弧，再根據(jù)此滑弧位置并結(jié)合實(shí)際情況，確定出平面折線滑動(dòng)的滑面位置。
2、運(yùn)行期
運(yùn)行期根據(jù)四期開挖確定的折線滑面，只考慮巖體自重+地下水與巖體自重+地下水+8度地震兩種情況。
出口邊坡穩(wěn)定分析計(jì)算成果見表4.
表4不同工況及荷載組合條件下出口邊坡穩(wěn)定計(jì)算計(jì)算成果
工程階段工況破壞形式參數(shù)取值計(jì)算方法穩(wěn)定系數(shù)設(shè)計(jì)安全系數(shù)
施工期一期開挖圓弧滑動(dòng)巖體參數(shù)瑞典條分法1.2061.2
二期開挖圓弧滑動(dòng)巖體參數(shù)瑞典條分法0.971.2
三期開挖圓弧滑動(dòng)巖體參數(shù)瑞典條分法1.7431.2
折線滑動(dòng)層面參數(shù)Sarma法1.15161.2
折線滑動(dòng)巖體參數(shù)Sarma法
四期開挖圓弧滑動(dòng)巖體參數(shù)瑞典條分法1.6251.2
折線滑動(dòng)層面參數(shù)Sarma法1.23071.2
折線滑動(dòng)巖體參數(shù)Sarma法1.74771.2
運(yùn)行期巖體自重+地下水折線滑動(dòng)層面參數(shù)Sarma法1.12741.2
折線滑動(dòng)巖體參數(shù)Sarma法1.58691.2
巖體自重+地下水+8度地震折線滑動(dòng)層面參數(shù)Sarma法0.98231.1
3、地震力的計(jì)算
地震力的計(jì)算采用以下公式：
Qi=KQ×Wi
上式中：Wi為分條重量，KQ為水平地震加速度系數(shù)，Qi為分條上的水平地震力。
以上計(jì)算結(jié)果，對8度地震，取KQ=0.2.
4、計(jì)算結(jié)果分析
�。�1）對進(jìn)口邊坡，一、二期開挖均采用圓弧滑動(dòng)面、巖體參數(shù)用瑞典條分法計(jì)算，求得的穩(wěn)定系數(shù)分別為1.122，0.991，都不能滿足設(shè)計(jì)要求的安全系數(shù)K=1.2的要求，所以一、二期開挖時(shí)邊坡處于欠穩(wěn)定狀態(tài)。
三期開挖天然狀態(tài)下，圓弧滑動(dòng)面、巖體參數(shù)計(jì)算結(jié)果為1.148.用傳遞系數(shù)法對折線滑面、巖體參數(shù)與層面參數(shù)的計(jì)算結(jié)果分別為1.1865、0.8784，若要滿足K=1.2的要求，則兩種參數(shù)下的剩余下滑力分別為86.2T/M和2056T/M.三期開挖取層面參數(shù)計(jì)算時(shí)，結(jié)果不能滿足設(shè)計(jì)要求，其它兩種情況下邊坡處于基本穩(wěn)定狀態(tài)。
四期開挖直線滑面取層面參數(shù)時(shí)，天然工況K=0.7849，Ks=0.7891（K-傳遞系數(shù)法計(jì)算的穩(wěn)定系數(shù)值，Ks-Sarma法計(jì)算的穩(wěn)定系數(shù)值），巖體自重+地下水工況下K=0.7217，Ks=0.7266，正常蓄水位1380情況下，K=0.7412，Ks=0.74，1380+8度地震情況下，K=0.4687，1340+8度地震情況下，K=0.5148，庫水位從1380驟降至1360工況下，K=0.6543，穩(wěn)定系數(shù)最大0.7891，最小0.4687，最大單寬剩余下滑推力6798T/M，最小3568T/M，平均5195T/M.由以上計(jì)算結(jié)果可知，四期開挖直線滑面取層面參數(shù)時(shí)，各工況下的穩(wěn)定系數(shù)值均不能達(dá)到設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)，邊坡處于不穩(wěn)定狀態(tài)。若要將穩(wěn)定安全系數(shù)提高到設(shè)計(jì)值，所需支護(hù)力見所附圖表。
四期開挖折線滑面取層面參數(shù)時(shí)（以下計(jì)算均采用傳遞系數(shù)法），天然工況K=0.9128，巖體自重+地下水工況下K=0.7956，正常蓄水位1380情況下，K=0.7849，1380+8度地震情況下，K=0.5078，正常蓄水位1340情況下，K=0.8336，1340+8度地震情況下，K=0.5595，庫水位從1380驟降至1360工況下，K=0.7068，由以上計(jì)算結(jié)果可知，四期開挖折線滑面取層面參數(shù)時(shí)，各工況下的穩(wěn)定系數(shù)值仍不能達(dá)到設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)，邊坡處于不穩(wěn)定狀態(tài)。若要將穩(wěn)定安全系數(shù)提高到設(shè)計(jì)值，所需支護(hù)力見所附圖表。
四期開挖折線滑面取巖體參數(shù)時(shí)，天然工況K=1.1778，巖體自重+地下水情況下K=1.024，正常蓄水位1380情況下，K=1.0155，1380+8度地震情況下，K=0.6799，正常蓄水位1340情況下，K=1.0652，1340+8度地震情況下，K=0.7349，庫水位從1380驟降至1360工況下，K=0.9434，由以上計(jì)算結(jié)果可知，四期開挖折線滑面取巖體參數(shù)時(shí)，除地震及水位驟降工況下穩(wěn)定系數(shù)完全不能滿足設(shè)計(jì)要求的K=1.1外，其它工況下的穩(wěn)定系數(shù)值基本能達(dá)到設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)，邊坡處于基本穩(wěn)定狀態(tài)。
�。�2）對出口邊坡，根據(jù)上表4的計(jì)算結(jié)果，除二期開挖、三期開挖折線滑面取層面參數(shù)、運(yùn)行期巖體自重+地下水折線滑面取層面參數(shù)及庫水位從1380驟降至1360四種工況下穩(wěn)定系數(shù)不能滿足要求外，其它工況穩(wěn)定系數(shù)均大于設(shè)計(jì)要求值，故出口邊坡整體處于穩(wěn)定狀態(tài)。
