4  贮灰坝稳定性分析

    利用ANSYS提供的APDL语言编制程序，将渗流计算得到的浸润线的位置坐标提取出来，在贮灰坝稳定分析中，把浸润线的位置坐标作为初始条件输入，水线以下的粉煤灰等材料的材料属性按照饱和状态下的考虑，水线以上的各种材料的材料属性按自然状态下的予以考虑。采用在工程中广泛应用的瑞典圆弧法，毕肖普法，简布法^[4][5]，三种方法对初期坝延伸部分、初期坝、一级子坝、二级子坝、三级子坝、以及坝整体，进行了安全系数的计算。计算时采用的坐标系为笛卡尔坐标系，坐标原点取在拟建三级子坝坝顶中点处。

4.1  贮灰坝有限元模型的建立

    由于Civil FEM是以ANSYS为基础开发出来的^[6]，支持ANSYS的文件格式，故可将用于渗流分析的有限元模型导入到Civil FEM，重新赋予材料属性，避免重复建模。在Civil FEM中，依次确定圆弧法圆心的搜索区域，相应的搜索半径，以及浸润线的坐标。

4.2 坝体稳定性分析     

    图4.1 初期坝的安全系数分布图

    根据以往的工程实例，在进行7-7剖面计算时，选择了比较大的圆心搜索区域，结合不同的圆弧半径，确定了一系列的圆心位置，圆弧半径。计算工况选取干滩长度为80m，排渗条件正常。在满足计算精度的要求下，仅对所选用的圆心位置区域，进行了一次搜索。根据一次搜索的计算结果，判断出绝大多数区域所对应的贮灰坝的安全系数均大于1.2，故对该选定区域没有进行二次搜索。各级子坝的局部稳定性以及坝整体的稳定性分析结果如表4.1所示，该表列出了所有可能滑移面中最小的安全系数。图4.1列出了初期坝应用简布法计算得出的可能的滑移面，以及对应的安全系数。

    表4.1 坝整体及各级子坝的安全系数

     在圆弧面的圆心位置的搜索区域中，结合安全系数分布图，可以看出，在初期坝以及各级子坝相应的区域范围内，安全系数等色图呈现有规律的间隔性分布，其中红色区域表示安全系数小于2，绝大数圆弧滑动面的安全系数大于1.2；黄色区域表示圆弧滑动面的安全系数大于2但小于10，而蓝色区域表示圆弧滑动面的安全系数大于10。各圆心位置所对应的安全系数分布图，通过线性插值而成渐变型分布。

    安全系数的计算结果表明，初期坝延伸部分的安全系数均大于10，初期坝以及各级子坝的安全系数位于1.2～2.0，坝整体的安全系数较高，均大于2。由于排渗管的排渗作用，初期坝以及各级子坝的局部稳定性将不受浸润线高度的影响。在各级子坝排渗管正常工作的前提下，干滩长度的变化对初期坝延伸部分，初期坝，各级子坝，以及坝整体的安全系数影响不大。

5  结论

    (1) 从渗流计算结果分析可以看出：当子坝上游和基底铺设土工膜时，由于坝体不透水，坝体浸润线位置受子坝排渗条件控制，所以要确保排渗设施完好。

    (2) 当排渗失效时，浸润线将出现在坝体底部，该处粉煤灰处于饱和状态，扬压力较大，对坝体稳定不利；当干滩长度较短时，排渗正常时，各级子坝下将保持较高的压力水头，对坝体稳定不利。

    (3) 渗流分析结果表明，当干滩的长度较长、子坝排渗正常时，按设计坝体断面，无论是初期坝还是子坝，均可以满足稳定要求。此时子坝坝体内无渗流，土体呈天然含水状态，具有较高的安全系数。

    (4) 在坝体静力稳定分析中，发现初期坝坝体稳定性的安全系数相对较低，建议在初期坝坝趾处进行适当的加固处理。

    [参考文献]

    [1]  吴克. 抚石化热电厂贮灰场三级子坝加高工程可行性报告，沈阳：辽宁电力勘测设计院，2005年9月

    [2]  倪栋，段进，徐久成.通用有限元分析ANSYS 7.0 实例精解[M]，北京：电子工业出版社，2003

    [3]  毛昶熙. 电模拟试验与渗流研究[M]，北京:水利出版社，1980

    [4]  赵明阶，何光春，王多垠. 边坡工程处治技术[M]，北京：人民交通出版社，2003

    [5]  钱家欢，殷宗泽.土工原理与计算，北京：中国水利水电出版社，1996

    [6]  ANSYS Inc, CivilFEM Theory Manual, SAS IP, 2003