摘要：通过正交试验，对某电站岩质高边坡的地质参数进行反演分析，之后利用FLAC3D进行正分析，获得位移计算值，并与实际监测值进行对比，得到可供边坡稳定分析的较为合理的计算参数。论文结果在某电站边坡的应用结果表明，该方法可以用于实际工程当中。
关键词：正交试验；岩质高边坡；反演分析
1引言
边坡稳定性[1]~[2]分析是岩土工程领域十分重要的课题，其分析方法大致可以分为极限平衡分析、有限元数值分析及不确定性分析三大类。随着边坡稳定性分析理论的逐步完善，各方法计算参数选取变得尤为重要。根据大量的理论研究及工程实际算例表明，在边坡的稳定性分析中，由于计算参数的选取不合理而引起的精度偏差比之选取不同方法的引起的计算偏差要大的多。
本文结合某电站高边坡勘探揭示的地质条件，采用正交试验[3]~[4]对左岸部分岩体参数进行反演，根据反演的参数采用FLAC3D[5]进行正分析，获得变形监测点的位移计算值，通过与实际监测位移对比，获得了可用于边坡稳定性分析的计算参数。
2项目概况
2.1工程区地质条件
某电站左岸坝肩及EL.1885m以上边坡部位为典型的反向坡，岩层走向与谷坡走向基本一致，倾向坡里，倾角30～40°。约EL.1800m以上由杂谷脑组第三段1～6层砂板岩组成，坡度40～50°；约EL.1800m以下由杂谷脑组第二段5～8层大理岩组成，坡度50～70°。在微地貌上1750m高程以上梁沟相间，Ⅱ、Ⅴ勘探线为相对突出的山梁，之间为槽谷状地形，相对切割深度20～80m。
第三段第1、3、5层主要为粉砂质板岩，薄层状结构，第2、4、6层主要为变质砂岩组成夹少量粉砂质板岩，中厚～厚层状结构。第二段第5、7、8层大理岩以厚层块状结构为主，层面裂隙不发育，第6层大理岩以薄～中厚层结构为主，层面裂隙及层间挤压错动带发育。岩层产状N15～35°E，NW∠30～45°，走向与开挖边坡基本一致，倾向坡里，属典型的反向坡，层面裂隙及层间挤压错动带对坡体稳定不起控制作用。
2.2监测布置及监测成果
左坝肩1885m-1960m高程布置有监测断面（桩号0+149.815m），在该断面1916.2m高程及1886.2m高程分别布置有M8、M9两支多点位移计观测边坡浅表层岩体的变形。监测点布置图如图1所示，监测成果见表1。
表1 左坝肩M8、M9多点位移计监测成果
3参数反演分析
3.1反演样本构造
根据试验和现场实测资料，确定左岸边坡岩体待反演的四个参数的取值范围：
Ⅳ2类砂板岩变形模量E1(1~3GPa)
Ⅳ1类砂板岩变形模量E2（2~3GPa）
Ⅲ1类砂板岩E3（9~12GPa）
Ⅲ1类大理岩E4（11~14GPa）。
图1 左坝肩M8、M9多点位移计布置图
在样本试验阶段，对每个参数区其可能的取值区间内的3个水平，如表2所示，
表2 反演样本构造
3.2正交试验
3.2.1设计原理
正交试验的原理是利用统计学与几何正交性原理从大量的试验点中选取部分具有代表性的点，这些点均衡分散、齐整可比，继而建立“正交表”合理安排试验分析。其中，正交表是源于正交拉丁方格而来，正交表的某一列对应于研究问题的某个影响因素，影响因素的水平个数要同该因素所在列数的水平数相同。
设A、B、C…表示各影响因素，r表示各影响因素的对应水平数；Ai表示影响因素A的第i个水平值（i=1，2…r），Xij表示第j个影响因素的第i个水平值（j=A，B…），Yij在Xij下进行正交试验而得到的随机变量值，当进行n次正交试验后则将得到n个试验值Yijm，其中m=1，2…n。
影响因素j在i水平下的统计参数值
Kij=
式中，n—影响因素j在i水平下的试验次数；
Yijm—影响因素j在i水平下的第m个试验值。也就是说，Kij值等于某影响因素j在各水平下的试验结果之和。
为表示影响因素对边坡稳定性的敏感度大小，特引入正交试验的极差
Rj=max{K1j，K2j…Krj}—min{K1j，K2j…Krj}
某影响因素的极差Rj越小就说明该因素对试验结果的影响就越低，也就是当该因素发生变化时对所研究问题的结果影响不大。
3.2.2结果分析
依据正交试验设计原理，左岸给出9组试验组合方案，采用L9（34）正交表（表示4个3水平因素，共9行）。对于每一组试验组合，作正分析计算方案，找出对应于上述所选用的用于反演的2个监测点的横河向位移计算值，将其与对应的参数组合在一起，作为一个学习样本。这样共得到9个样本。见表4.6。
（1）确定试验因素的优水平和最优水平组合
分析A因素(Ⅳ2类砂板岩)各水平对试验指标的影响：由表4.6可以看出，A1的影响反映在第1、2、3号样本中，A2的影响反映在第4、5、6号样本中，A3影响反映在第7、8、9号样本中。
对于M8仪器：
A因素的1水平所对应的试验指标之和为：
KA1=y1+y2+y3=14+13.2+13.6=40.8，kA1=KA1/3=40.8/3=13.60
KA2=y4+y5+y6=7.9+6.4+7.4=21.7，kA2=KA2/3=21.7/3=7.23
KA3=y7+y8+y9=4.9+4.8+4.7=14.4，kA3=KA3/3=14.4/3=4.80
根据正交设计的特性，对A1、A2、A3来说，三组试验的试验条件是完全一样的，可进行直接比较。如果因素A对试验指标无影响时，那么kA1、kA2、kA3应该相等，但由上面的计算可见，kA1、kA2、kA3实际上不相等。说明，A因素的水平变动对试验结果有影响。因此，根据kA1、kA2、kA3的大小可以判断A1、A2、A3对试验指标的影响大小。由于试验指标为计算值与监测值的吻合度，对于M8仪器来说，计算值均大于监测值，因为kA3<kA2<kA1，所以可断定A3为A因素的优水平。
同理，可以计算出B2、C3、D1为B、C、D的优水平。因此对于M8多点位移计，A3B2C3D1为本试验的最优水平组合。而对于M9多点位移计，A2B1C1D3为最优水平组合。
表3 试验结果极差分析表
（2）确定因素的主次顺序
根据极差R的大小，可以判断各因素对试验指标的影响主次。对于M8仪器，由表3可见RA>RB>RC>RD，因此各因素对试验指标影响的主→次顺序是ABCD；对于M9仪器，由于RA>RB>RD>RC，所以M9各因素对试验指标影响的主→次顺序是ABDC。
（3）综合平衡确定最优反演参数
由于M8、M9单独分析得出的优化条件不一致，必须根据因素的影响主次，综合考虑，确定最优的反演参数。
对于因素A，可取A2或A3，当取A2时，M8值比取A3大50.6%，M9值比取A3大50.3%，要求M8值越接近3.8越好，M9值越接近9.8越好，所以A因素取A3，同理，B因素取B2，C因素取C3，D因素取D3，最终优组合为A3B2C3D3。
因此，得到左坝肩边坡力学参数的反演结果如表4所示。
表4 岩体力学参数反演结果
3.3实测位移值与计算值的对比
根据反演的参数进行正分析，得到变形监测点的位移值和实测位移值的对比，如表5所示。计算和监测位移均是位移增量和。
表5监测值与计算值对比表
4结论
从实测位移值与通过正交试验获得的反演参数并经过正分析得出的计算位移值的对比可以看出：
（1）对于M8、M9两支多点位移计测点，采用反演获得的岩体参数通过FLAC3D正向计算得出的相应开挖步的孔口位移增量和监测位移增量较为吻合，绝对误差在0.4～3.4mm之间，并且变形规律也是一致的。
（2）计算表明反演得到的岩体力学参数是比较合理的，可用于开挖边坡的变形分析。
本文通过正交试验获得边坡岩体力学反演参数，之后采用正分析后得到位移计算值，并与实际监测值进行对比，获得了可供边坡稳定分析的较为合理的计算参数，证明此种方法具有一定的适用性。
参考文献
[1]李宁，钱七虎.岩质高边坡稳定性分析与评价中的四个准则[J].岩石力学与工程学报，2010.(9):1754-1759.
[2]陈祖煜,汪小刚,杨健,等.岩质边坡稳定分析-原理、方法、程序[M].北京:中国水利水电出版社,2005.
[3]周东升，杨凤芸.基于正交试验的边坡稳定性影响因素敏感度分析[J].煤炭技术，2018,37(1):147~149.
[4]苏永华,李帅,方砚兵,苏雅.基于上限分析的边坡稳定可靠性评估[J].工程地质学报，2019,27(2):451~458.
[5]刘波，韩彦辉.FLAC原理、实例与应用指南[M].北京:人民交通出版社,2005.9.
作者简介
王一飞（1985-），男，甘肃兰州人，工程师，硕士，从事水利水电工程技术研究；
蒲云娟（1987-），女，四川成都人，高级工程师，硕士，从事水力学研究；
论文作者:王一飞,蒲云娟
论文发表刊物:《基层建设》2019年第25期
论文发表时间:2019/12/16
标签：正交论文; 因素论文; 位移论文; 参数论文; 水平论文; 板岩论文; 组合论文; 《基层建设》2019年第25期论文;