摘要：本文通过列举实例分析水库水利工程土石坝边坡失稳的原因，对其可靠性要求和基本的方法进行研究与探讨，最终确定设计方案，以供参考。
关键词：土石坝边坡；稳定可靠度；设计方案
在所有结构工程领域，采用可靠度理论与方案进行分析与设计已经成为了当前的一种趋势，而关于《水利水电工程结构可靠度设计统一标准》的可靠度理论已经在很多混凝土结构、混凝土重力坝等项目结构中得到广泛应用，但在土石坝工程中应用成功案例并不多，必须加大力度提高大坝安全度。
1.水利工程情况简述
某水库水利工程土石坝是一个小型的水库，坝高近30m，总的库容量为125万立方米。其边坡稳定性状况如下：岩体主要为薄层状与中厚层状的砂质泥岩，岩层产状较为平缓，在开挖基坑的过程中形成边坡，表现为切向坡。泥岩和砂质泥岩都属于浅表层网状风化，局部还有因为风化而剥落的情况，与之相对的左右坝肩岩石则具有很好的稳定性。根据《水利水电工程施工组织设计规范》的相关标准与规定，坝前拦洪库容不超过0.1亿立方米，在施工过程中的坝体临时度汛洪水标准，土石坝坝体施工过程中的度汛标准则是20年~50年一遇洪水。由于这个水库水利工程整体的规模不大，所以可以取其中较低的值，为20年一遇洪水当作其施工过程度汛洪水标准，流量接近60立方米每秒。
2.土石坝边坡失稳的原因分析
土石坝出现滑坡的情况主要由于岩石土体的位置出现了剪切式的破坏而导致，在经过现场的科学测试以及试验得出结果，滑动面平均剪力和岩土体抗剪的强度是一样的，于是就出现滑动破坏的情况，即滑坡现象产生。根据滑坡产生的机理可知，滑坡影响主要因素是滑动力和抗滑力，如果抗滑力保持不变，那么在增加滑动力超过抗滑力以后，滑坡现象就会立刻发生，而如果滑动力保持不变，那么减少抗滑力到接近滑动力的过程中，滑坡的情况也会出现[1]。土石坝滑坡的情况是很多因素共同作用产生的结果，是一种失稳破坏现场的滑坡情况，且通常涉及因素非常复杂。在相关的试验和过往经验中可知，增加滑动力以及抗滑力本身的不足都会导致土石坝出现滑坡，且这是最基本的因素，而抗滑力和滑动力都是由于雨水渗入或是工程本身施工工艺应用存在缺陷，导致坝体表面或内部出现孔隙压力。与孔隙压力有关的抗剪强度也成为滑动力和抗滑力发生变化的因素[2]。由此可见，避免滑坡情况出现的有效措施，就是要做好滑坡的勘探、工程的观测以及相关土工试验的测试工作，确保工作人员能够全面掌握土石坝滑坡发生的性质和原因，以此来制定与工程情况相符的滑坡加固方案，保障土石坝的稳定性。
3.土石坝边坡稳定可靠性含义及基本方法
3.1土石坝边坡稳定可靠性含义
土石坝边坡稳定可靠性依靠的是结构可靠性的相关理论，由于结构可靠性理论是分析多种因素共同作用下的安全问题，所以土石坝边坡的稳定可靠性也与结构的耐久性、安全性以及适用性相关[3]。结构可靠性为结构在规定条件与时间下完成预定功能的能力，而在实际的应用中，为了更好地定量分析和计算结构，并确定结构可靠性的相关数量指标，就必须引入可靠性有关理论，明确结构可靠度的具体含义。
工作人员在实际从事的土石坝边坡工程设计研究中，其设计和建筑的目的就在于符合当前经济发展情况，确保土石坝边坡功能在规定的期限和环境条件下具有符合要求的可靠程度，并在工程建筑后发挥所需功能。鉴于以上对结构可靠性的分析，土石坝边坡的稳定可靠性是将可靠度当作度量的主要指标，是边坡稳定可靠性的概率度量，这是因为在任何情况下，工程边坡的要求以及对工程应用的功能和能力，都需要通过计算概率的方法进行度量，只有这样才能确保满足工程安全稳定的要求，并促进功能建设功能的发挥。
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3.2土石坝边坡工程可靠性分析方法
3.2.1蒙特卡洛法
这种方法也可以称作统计模拟方法，是上世纪40年代伴随科技发展与电子计算机发明而被提出来的一种通过计算统计概率作为理论指导的数值计算方法，根据使用随机数解决计算过程中存在的问题，与其对应的方法还有确定性算法。
3.2.2一次二阶矩法
这种方法应用的比较普遍，也可以称为水准Ⅱ法，主要采用输入任意变量的一阶原点矩均值以及二阶中心矩方差的方式计算极限状态下函数一阶原点矩与二阶中心矩，并以此来明确可靠度指标的相关定义，通过对可靠度指标对土石坝边坡可靠性进行评价，所以也属于一种可靠度的指标法。其中根据任意变量进行实际分布的情况还包括以下两种：第一种是在不需考虑任意变量实际分布的基础上，假定服从正态或数正态分布，导出相关可靠度的解析表达式以后，对边坡稳定可靠度展开合理的分析与计算。而分析土石坝边坡稳定可靠度时需要引入泰勒级数平均值，也就是中心点的方式展开，所以也可以叫做中心点法。第二种是对任意变量实际分布进行全面深入的考量以后，一旦确定是非正态分布，则将其当量正态化，并在设计点的位置进行迭代，用以对边坡可靠度指标进行计算，与其对应的方法是可靠指标法。
4.土石坝边坡稳定可靠度设计方案
在设计结构时，采用的可靠度理论为结构设计表达式。伴随着我国科技的不断发展，过去实施的土石坝设计规范已经无法与当前的要求相符，那么相关人员就必须根据概率极限设计法的要求与规定对其进行重新的修订，才能通过可靠指标对土石坝结构可靠度进行计算，并紧密结合工程的实际情况，采用五个分项系数设计式代替过去单一使用的安全系数设计方法。通常情况下，土石坝坝体的尺寸都比较大，所以在尺寸方面基本不会发生过大的变化，那么具体的工程与固定运行工况容量，以及浸润线的位置基本也不会发生变化。那么对于一个具体的土石坝工程项目产生实际作用的标准值，就以常规的定值进行处理。根据上述提到的标准与规定，通过运用极限状态设计方法设计工程，比如涉及的岩土材料和土基强度标准值等，都可以采用概率分布0.1的分位值进行处理。而在标准要求中还对重要的系数做了明确规定，比如1.1、1.0、0.9分别表示I级、Ⅱ级和Ⅲ级结构的重要系数。
此外，如果设计工况不同，那么制定的可靠指标和目标也不相同，这就需要对土石坝工程设计方案中包好的水库水位降落期内容、稳定渗流器等情况进行综合性的分析，选择不同数值当作对应的设计状态系。同时结合以往工程的设计经验，将上述的指标标准作为重要的方法与原则，结合具体的稳定渗流期和不利水位情况，选择1.0当作土石坝边坡工程设计的状况参数，选择0.95为施工期限，再将0.85作为水库水位落期，稳定渗流遇地震情况。对于工期结构系数的确定，要确保采用概率极限状态设计法的正确应用，设计出来的土石坝稳定可靠指标要比目标的可靠指标规定限值更高，并确保设计出来的土石坝断面和当前实行的规范设计较为接近，同时尽可能减小Ⅱ级和Ⅲ级土石坝工程量。如案例工程中所采用的稳定可靠度方法为：（1）机械人工开挖，土地回填为机械人工回填和夯实，土地的平整同样通过人机配合；（2）砌石工程中采用胶轮车运输岩石，在砌筑前通过洒水湿润，进行人工搅拌，确定砂浆配比，并确保嵌接牢固密实；（3）植物工程尽可能安排在雨季进行人工种植，注重苗木的适应能力和抗性能力。
5.结束语
综上所述，本文结合笔者多年的工作实践经验和实际案例，分析土石坝边坡稳定可靠度，明确对稳定可靠度产生影响的诸多因素，并在此基础上结合实际的工程情况制定针对性的方案和措施，为保障工程边坡的稳定性奠定坚实的基础。
参考文献：
[1]罗盈.土石坝边坡稳定可靠度分析与设计方案研究[J].水工建筑，2016，1（8）：16-18.
[2]刘忠臣.填土边坡稳定性的可靠度分析[J].地球科学：中国地质大学学报，2013，38（11）：616-624.
[3]罗正东，杨红波.基于响应面法的边坡稳定逆可靠度设计分析方法[J].水利学报，2013，2（7）：45-47.
论文作者:陈向阳
论文发表刊物:《基层建设》2017年第21期
论文发表时间:2017/11/1
标签：土石论文; 可靠论文; 稳定论文; 工程论文; 结构论文; 滑坡论文; 情况论文; 《基层建设》2017年第21期论文;