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【摘要】拱坝是一种推力结构，坝肩山体的稳定是保证拱坝安全的必要条件。进行拱坝坝肩稳定分析时，充分考虑各种影响因素及采用合理完善的计算方法决定着稳定分析结果的可靠程度。本文概括介绍了几种在常用稳定计算方法中还未被给予足够关注的影响因素，以及近期被提出的新方法。
【关键词】拱坝坝肩；影响因素；计算方法
1.引言
拱坝是一种经济优越、结构合理且体型优美的坝型，有着较为广阔的发展前景。作为高次超静定结构，当坝体的某一部为发生局部开裂时，拱坝自身将会自行调整，使坝体应力得到重新分配，这一特点使得拱坝具有很强的超载能力。迄今为止，拱坝几乎没有因坝身出现问题而失事的。但是，由于拱是一种主要承受轴向压力的推力结构，坝体主要依靠两岸拱端的反力作用来维持稳定[1]。因此，相对于重力坝，拱坝对地形地质特别是两岸坝肩地质条件的要求较高，坝肩山体的稳定也就成了保证拱坝安全的必要条件。
地形地质、稳定分析以及施工布置等是影响拱坝坝肩稳定的主要因素。在拱坝设计中，必须对坝肩岩体进行周密的勘探和详细的稳定分析；在施工中，对基础必须进行认真的处理，以保证坝肩岩体的稳定；在运行中，必须经常监视和观测[2]。近年来，随着各种研究的普遍和深入，一些未曾被足够关注的影响因素，以及弥补现有分析方法中不足之处的计算方法逐渐被提出，为拱坝坝肩稳定的分析结果增加了更多的保证。以下对此做简单介绍和概括。
2.影响坝肩稳定的部分因素
2.1 拱圈形状
在拱坝建设中，应用较多的拱圈形式有单圆弧、抛物线及椭圆曲线。在拱坝设计中，河谷宽度取决于地形地质条件，反映拱圈形状的其他特征参数则由设计者选择。不同的拱圈几何形状，对拱圈应力和拱端岩体稳定性将会产生不同的影响。
对于单圆弧拱坝，最大拉、压应力一般出现在拱冠或拱端，这些部位T/L（T为拱圈厚度，L为相应高度处的河谷宽度）通常较小，若适当增大拱的中心角或厚度，将使拱应力大为改善；而在拱圈曲率半径不变的情况下，仅增加拱厚，不但不能改善坝肩的稳定性，相反还会更为不利。
对于抛物线型拱坝，在常用的T/L范围之内，合理调整F/L（F为抛物线顶点至端点沿河流方向的距离）值，可以显著改善拱应力。但在F不变的情况下，仅增加拱厚也只会带来不利影响[3]。
此外，当拱坝厚高比较小、断面较薄、坝肩开挖爬坡度较缓时，因接触面较小，基岩上部压重小，拱端推力沿建基面的滑动分力较大，易发生坝体沿建基面滑动的问题。
2.2 岩体的抗剪指标
在坝肩的抗滑稳定分析中，我们力求找到抗滑力最小的面，体现在数值上即是安全系数最小的面。在计算抗滑稳定安全系数时，抗剪指标对安全系数的影响较大，尤其对黏聚力的变化比较敏感。当岩体受成组节理切割时，岩体的抗剪强度存在强烈的各向异性。此外，在降雨、入渗情况下，黏聚力和摩擦系数都将会发生变化。因此用合理的方法选择和确定岩体的抗剪指标是很重要的，取值较大，则对安全不利，取值偏低则会加大处理工程量。
2.3 裂隙岩体渗流
渗流荷载是拱坝坝肩稳定分析中较为敏感的作用力。岩体是裂隙介质，土体是孔隙介质，两者存在本质上的区别，两者之中的渗流存在的巨大差异如下。
（1）由于岩体的裂隙分布不均一，在研究岩体的渗流系数时，其样本单元体积要比土体大得多，甚至可能不存在。因此对于每个具体的岩体渗流问题，需使用恰当的模型进行渗流分析；（2）由于岩体中存在产状较为稳定的裂隙，使得渗流具有明显的各向异性。（3）与土体不同，裂隙岩体的概化流速与实际流速相差较大，水位上升将对岩体稳定产生不利；（4）由于裂隙过水能力与其开度的立方成比例，因此应力环境对裂隙渗流的影响也十分显著。因此，选用适当的计算模型分析岩体的渗流参数对于拱坝坝肩稳定分析具有重要意义[4]。
2.4 其他因素
当采用二维（水平）抗滑稳定分析坝肩稳定时，由于扬压力折减系数一般根据经验公式取定，不同的经验公式得到的扬压力折减系数对坝肩抗滑稳定安全系数的影响较大。因此，扬压力折减系数的取值也是值得关注的问题[5]。
此外，泄洪方式、施工开挖、爆破方法（由于振动而产生或扩大岩体裂隙）等也在一定程度上影响着坝肩岩体的稳定性。
3.改进和创新的坝肩稳定分析方法
3.1 拱坝坝肩抗滑承载能力极限状态的计算
计算拱坝坝肩岩体的稳定性时，传统的安全系数系数法不够科学，结构安全系数的增加并不能表示结构的安全性按比例的增加。因此，按照《水利水电工程结构可靠度设计统一标准》[6]，可在采用概率极限状态设计法，用可靠指标来度量可靠性，以分项系数设计表达式进行设计，来代替单一的安全系数设计。
在拱坝坝肩岩体抗滑稳定分析中，由于影响因素复杂，材料参数统计不完备，因此材料的分项系数难以确定。对于具体工程，可分析其安全系数与可靠度之间的对应关系，为分项系数的确定提供依据。可取多组可能的材料的分项系数，计算坝肩可靠度（用可靠指标来表示）及计入分项系数的抗滑稳定安全系数，当两者呈一一对应的线性关系，即加大结构的安全系数，结构的可靠度能按比例增加，然后统计线性回归残差最小的一组值即为可能取值[7]。
3.2利用变形资料评判拱坝稳定性
运行期的拱坝坝体和基础的工作状况会随时间呈动态变化。高拱坝的坝肩一般建有完善的位移和渗流监测系统，因此，如何结合实测资料分析拱座的实际安全度，有着重要的意义。
根据实测变形资料反分析得到坝体和坝基物理力学参数，利用反演的参数，通过强度折减法计算各种工况下坝肩临界稳定状态时的各监测点位移和相应的强度折减系数。在相同荷载工况下，稳定强度折减系数和考察点的位移值呈一一对应关系，且位移值是稳定强度折减系数的连续函数。将计算的位移值和相应的强度折减系数作为样本，通过建立相应的BP神经网络映射模型，可实现基于坝肩实测位移场的拱坝坝肩稳定安全度分析[8]。
4.结语
拱坝坝肩稳定是影响拱坝安全的关键点。实际工程中，由于地质条件复杂，坝肩岩体中各种连续或不连续的结构面的存在使得对岩体的正确模拟尤为困难，再加上荷载之间的相互影响和各种坝肩岩体稳定计算方法的不足，要得到更加合理可靠的分析结果，还需充分考虑到各种影响因素及其影响程度并完善计算方法。
参考文献：
[]林继镛.水工建筑物[M].北京:中国水利水电出版社,2006.
[2]王毓泰,周维垣,毛健全,等.拱坝坝肩岩体稳定分析[M].贵阳：贵州人民出版社,1983.
[3]李守义,杜效鹄,王选平.拱圈形状对应力和坝肩稳定的影响[J].西安理工大学报,1998,14(1).
[4]张有天.裂隙岩体渗流与拱坝坝肩稳定[J].西北水电,1992,(3).
[5]蒋德勇,陈健康,等.拱坝坝肩二维（水平）抗滑稳定分析[J].四川水利,2004,(6).
[6] GB50199-94,水利水电工程结构可靠度设计统一标准[S].
[7]刘国华,杨伟俊,范庆来.拱坝坝肩抗滑承载能力极限状态材料分项系数研究[J].中国农村水利水电2003,(11).
[8]郑东健,李凤珍,赵斌.基于变形资料的拱坝坝肩稳定安全度分析[J].河海大学学报,2008,36(5).
【关键词】拱坝坝肩；影响因素；计算方法
1.引言
拱坝是一种经济优越、结构合理且体型优美的坝型，有着较为广阔的发展前景。作为高次超静定结构，当坝体的某一部为发生局部开裂时，拱坝自身将会自行调整，使坝体应力得到重新分配，这一特点使得拱坝具有很强的超载能力。迄今为止，拱坝几乎没有因坝身出现问题而失事的。但是，由于拱是一种主要承受轴向压力的推力结构，坝体主要依靠两岸拱端的反力作用来维持稳定[1]。因此，相对于重力坝，拱坝对地形地质特别是两岸坝肩地质条件的要求较高，坝肩山体的稳定也就成了保证拱坝安全的必要条件。
地形地质、稳定分析以及施工布置等是影响拱坝坝肩稳定的主要因素。在拱坝设计中，必须对坝肩岩体进行周密的勘探和详细的稳定分析；在施工中，对基础必须进行认真的处理，以保证坝肩岩体的稳定；在运行中，必须经常监视和观测[2]。近年来，随着各种研究的普遍和深入，一些未曾被足够关注的影响因素，以及弥补现有分析方法中不足之处的计算方法逐渐被提出，为拱坝坝肩稳定的分析结果增加了更多的保证。以下对此做简单介绍和概括。
2.影响坝肩稳定的部分因素
2.1 拱圈形状
在拱坝建设中，应用较多的拱圈形式有单圆弧、抛物线及椭圆曲线。在拱坝设计中，河谷宽度取决于地形地质条件，反映拱圈形状的其他特征参数则由设计者选择。不同的拱圈几何形状，对拱圈应力和拱端岩体稳定性将会产生不同的影响。
对于单圆弧拱坝，最大拉、压应力一般出现在拱冠或拱端，这些部位T/L（T为拱圈厚度，L为相应高度处的河谷宽度）通常较小，若适当增大拱的中心角或厚度，将使拱应力大为改善；而在拱圈曲率半径不变的情况下，仅增加拱厚，不但不能改善坝肩的稳定性，相反还会更为不利。
对于抛物线型拱坝，在常用的T/L范围之内，合理调整F/L（F为抛物线顶点至端点沿河流方向的距离）值，可以显著改善拱应力。但在F不变的情况下，仅增加拱厚也只会带来不利影响[3]。
此外，当拱坝厚高比较小、断面较薄、坝肩开挖爬坡度较缓时，因接触面较小，基岩上部压重小，拱端推力沿建基面的滑动分力较大，易发生坝体沿建基面滑动的问题。
2.2 岩体的抗剪指标
在坝肩的抗滑稳定分析中，我们力求找到抗滑力最小的面，体现在数值上即是安全系数最小的面。在计算抗滑稳定安全系数时，抗剪指标对安全系数的影响较大，尤其对黏聚力的变化比较敏感。当岩体受成组节理切割时，岩体的抗剪强度存在强烈的各向异性。此外，在降雨、入渗情况下，黏聚力和摩擦系数都将会发生变化。因此用合理的方法选择和确定岩体的抗剪指标是很重要的，取值较大，则对安全不利，取值偏低则会加大处理工程量。
2.3 裂隙岩体渗流
渗流荷载是拱坝坝肩稳定分析中较为敏感的作用力。岩体是裂隙介质，土体是孔隙介质，两者存在本质上的区别，两者之中的渗流存在的巨大差异如下。
（1）由于岩体的裂隙分布不均一，在研究岩体的渗流系数时，其样本单元体积要比土体大得多，甚至可能不存在。因此对于每个具体的岩体渗流问题，需使用恰当的模型进行渗流分析；（2）由于岩体中存在产状较为稳定的裂隙，使得渗流具有明显的各向异性。（3）与土体不同，裂隙岩体的概化流速与实际流速相差较大，水位上升将对岩体稳定产生不利；（4）由于裂隙过水能力与其开度的立方成比例，因此应力环境对裂隙渗流的影响也十分显著。因此，选用适当的计算模型分析岩体的渗流参数对于拱坝坝肩稳定分析具有重要意义[4]。
2.4 其他因素
当采用二维（水平）抗滑稳定分析坝肩稳定时，由于扬压力折减系数一般根据经验公式取定，不同的经验公式得到的扬压力折减系数对坝肩抗滑稳定安全系数的影响较大。因此，扬压力折减系数的取值也是值得关注的问题[5]。
此外，泄洪方式、施工开挖、爆破方法（由于振动而产生或扩大岩体裂隙）等也在一定程度上影响着坝肩岩体的稳定性。
3.改进和创新的坝肩稳定分析方法
3.1 拱坝坝肩抗滑承载能力极限状态的计算
计算拱坝坝肩岩体的稳定性时，传统的安全系数系数法不够科学，结构安全系数的增加并不能表示结构的安全性按比例的增加。因此，按照《水利水电工程结构可靠度设计统一标准》[6]，可在采用概率极限状态设计法，用可靠指标来度量可靠性，以分项系数设计表达式进行设计，来代替单一的安全系数设计。
在拱坝坝肩岩体抗滑稳定分析中，由于影响因素复杂，材料参数统计不完备，因此材料的分项系数难以确定。对于具体工程，可分析其安全系数与可靠度之间的对应关系，为分项系数的确定提供依据。可取多组可能的材料的分项系数，计算坝肩可靠度（用可靠指标来表示）及计入分项系数的抗滑稳定安全系数，当两者呈一一对应的线性关系，即加大结构的安全系数，结构的可靠度能按比例增加，然后统计线性回归残差最小的一组值即为可能取值[7]。
3.2利用变形资料评判拱坝稳定性
运行期的拱坝坝体和基础的工作状况会随时间呈动态变化。高拱坝的坝肩一般建有完善的位移和渗流监测系统，因此，如何结合实测资料分析拱座的实际安全度，有着重要的意义。
根据实测变形资料反分析得到坝体和坝基物理力学参数，利用反演的参数，通过强度折减法计算各种工况下坝肩临界稳定状态时的各监测点位移和相应的强度折减系数。在相同荷载工况下，稳定强度折减系数和考察点的位移值呈一一对应关系，且位移值是稳定强度折减系数的连续函数。将计算的位移值和相应的强度折减系数作为样本，通过建立相应的BP神经网络映射模型，可实现基于坝肩实测位移场的拱坝坝肩稳定安全度分析[8]。
4.结语
拱坝坝肩稳定是影响拱坝安全的关键点。实际工程中，由于地质条件复杂，坝肩岩体中各种连续或不连续的结构面的存在使得对岩体的正确模拟尤为困难，再加上荷载之间的相互影响和各种坝肩岩体稳定计算方法的不足，要得到更加合理可靠的分析结果，还需充分考虑到各种影响因素及其影响程度并完善计算方法。
参考文献：
[]林继镛.水工建筑物[M].北京:中国水利水电出版社,2006.
[2]王毓泰,周维垣,毛健全,等.拱坝坝肩岩体稳定分析[M].贵阳：贵州人民出版社,1983.
[3]李守义,杜效鹄,王选平.拱圈形状对应力和坝肩稳定的影响[J].西安理工大学报,1998,14(1).
[4]张有天.裂隙岩体渗流与拱坝坝肩稳定[J].西北水电,1992,(3).
[5]蒋德勇,陈健康,等.拱坝坝肩二维（水平）抗滑稳定分析[J].四川水利,2004,(6).
[6] GB50199-94,水利水电工程结构可靠度设计统一标准[S].
[7]刘国华,杨伟俊,范庆来.拱坝坝肩抗滑承载能力极限状态材料分项系数研究[J].中国农村水利水电2003,(11).
[8]郑东健,李凤珍,赵斌.基于变形资料的拱坝坝肩稳定安全度分析[J].河海大学学报,2008,36(5).