石別電站進水口邊坡穩(wěn)定性計算

1、石別電站進水口邊坡穩(wěn)定性計算1 工程概況 引水隧洞布置在壩址左岸，進水口邊坡地形在上部岸坡較 緩，自然坡度為1216 ;公路下方岸坡較陡，自然坡度為 3542。邊坡無基巖出露，經鉆探揭露，覆蓋層為第四系殘 坡積碎石土，厚度為10.812.6m。下伏地層為二疊系上統(tǒng)玄武 巖組（P2p ）玄武質凝灰?guī)r，全風化帶厚45m強風化層厚4 8m,弱風化帶厚79m。取水口邊坡高達40m,屬于較高的巖土合邊坡，邊坡分三臺 開挖，開挖坡比從上往下分別為 1：1，1：0.75 和1：0.5。邊 坡的穩(wěn)定性對工程而言至關重要，本文運用專業(yè)軟件就施工期、 運行期及地震作用等多種復雜工況對沉砂池邊坡二維典型剖面 的穩(wěn)定

2、性進行分析， 評價在當前設計開挖坡比情況下邊坡靜力工 況下的穩(wěn)定安全度及建議支護方案的效果。2 計算基本原理 假定巖土體的破壞是由于滑體內滑面上發(fā)生滑動而造成的， 滑動體被看成是剛體， 不考慮其變形， 滑面上巖土體處于極限平 衡狀態(tài)，并滿足摩爾一庫倫準則。滑面的形狀可以為平面、圓弧 面、對數螺旋面或其它不規(guī)則面， 然后通過由滑裂面形成的隔離 體的應力平衡方程，確定滑裂面上安全系數 Fs 的大小。其中安 全系數 Fs 值最小的滑面就是最危險滑動面，其對應的安全系數值即為該邊坡穩(wěn)定的安全系數值。 根據摩爾 - 庫倫條件應有： 由每一土條豎向力的平衡得 聯(lián)合兩式：得出按滑動體對圓心的力矩平衡可有上式

3、右端的 Ni 需要按式（ 2-3 ）進行計算。由于公式兩端均含有Kc,故需要迭代求解。3 計算模型、計算參數及計算工況確定3.1 計算模型的建立根據水工設計布置，結合邊坡地質條件， 本此研究選取坡高最大的典型邊坡剖面（叫-叫）采用Slide巖土邊坡分析軟件進行典型剖面穩(wěn)定性分析。典型剖面的工程地質剖面圖見 進水口邊坡工程地質剖面圖（叫-叫），并據此建立了一維剛體極限平衡法計算模型， 剖面模型如圖 1 所示。根據邊坡地質特征及巖 土體分層情況，選取沖坡積層、崩坡積層、下伏基巖的全、強、 弱風化、微至新鮮程度作為分區(qū)邊界建立軟件二維剛體極限平衡 法計算模型， Slide 提供模型的基本框架并將模型

4、的左右邊界和 底邊界設置為約束邊界。3.2 計算參數及計算要求在靜動力計算中，邊坡巖（土）體均采用彈塑性模型，巖土 體物理力學參數見表 1石別水電站為清水江水電開發(fā)的第三級，為?。?）型工程，以發(fā)電為主。各建筑物級別分別為：永久性主要建筑物為 4 級， 次要建筑物為 5 級。根據水利水電工程邊坡設計規(guī)范 （DL/T 5353-2006 ）第5.0.1、5.0.4 條規(guī)定，本工程邊坡屬 A類樞紐工 程區(qū)邊坡，其級別為山級。持久工況下設計安全系數應不低于 1.05 ，短暫工況下安全系數不低于 1.05，偶然工況下安全系數 應不低于 1.00 。3.3 計算荷載及計算工況邊坡設計需考慮的荷載包括自重

5、、 岸邊外水壓力、 地下水壓 力、加固力、地震作用等。巖（土）體的自重地下水位以上采用天然重度，在地下水位 以下， 則應根據計算方法正確選擇。 坡體上的建筑物作坡體自重 計。邊坡各部位地下水壓力應根據水文地質資料和地下水位長期 觀測資料確定。 采用地下水最高水位作為持久狀態(tài)水位。 電站擋 水建筑物為四級， 50年超越概率 10%的場地地表峰值加速度為 0.05g，相應地震基本烈度為W度。3.4 計算假定在邊坡的穩(wěn)定性模擬分析中，作如下假定：（1）按彈塑性平面應變問題處理。（2）對于巖石采用三角形六結點單元，線性函數的位移模 式進行模擬。（3）忽略巖層交界面間膠結物質的厚度，同時用界面單元模擬邊

6、坡結構中出現(xiàn)的裂縫（4）當作用在接觸面上某一點處的切向力達到該方向上的 最大抵抗能力時，巖層將沿該方向發(fā)生相對滑動。（5）在整個變形過程中，接觸面上各點的位移滿足變形相 容條件，即發(fā)生接觸的變形體不相互侵入。4 邊坡巖（土）體物理力學參數的反演分析天然條件下叫-叫剖面邊坡穩(wěn)定計算結果見圖2,計算結果表明安全系數為 2.153 。采用提供的巖土體物理力學參數計算得 到的安全系數大于安全規(guī)范值，說明自然邊坡比較穩(wěn)定 ; 而實際 邊坡同樣是比較穩(wěn)定的， 故認為提供參數的物理力學參數是合理 的，因此可以使用所提的物理學力學參數進行后續(xù)的穩(wěn)定計算。5 建議支護方案下高邊坡穩(wěn)定性分析本節(jié)主要研究施工期 （

7、邊坡開挖支護完成狀態(tài)） 以及運行期 （主要分析正常運行、 正常運行遇地震及庫水驟降工況） 下的邊 坡穩(wěn)定性， 驗算是否符合三級邊坡穩(wěn)定要求， 同時對支護方案進 行評價。5.1 開挖邊坡在無支護狀態(tài)下穩(wěn)定性分析從圖 3 在當前開挖狀態(tài)下典型剖面穩(wěn)定性分析示意圖可以 看出，邊坡穩(wěn)定的安全系數為 1.055 ，根據滑坡防治工程設計 與施工技術規(guī)范 DZT0219-2006規(guī)定，邊坡處于整體暫時穩(wěn)定 變形狀態(tài)，潛在的推測最危險滑動面位置： 滑弧穿過殘坡坡積層、 全風化層并從全風化層中滑出。在施工過程中容易發(fā)生滑動現(xiàn) 象，開挖過程中必須采取合理的支護措施。5.2 建議支護方案下邊坡穩(wěn)定性分析 本次計算中

8、所 采用的支護參數為：=25mm L=4.5m3m 3m系統(tǒng)錨桿， 6200 X 200鋼筋網，直徑50mm排冰孔間排距為2m,傾角為5 （或與坡面垂直），排水孔外面采用=50mmPV排水管，深入邊坡10cm 外露20cm,噴15cm厚C20混凝土。從圖 4 建議支護方案下典型剖面穩(wěn)定性分析示意圖可以看 出，邊坡穩(wěn)定的安全系數為 1 . 057 ，符合短暫工況下安全系數不 低于1.101.05的要求，能滿足施工期的穩(wěn)定，但很接近1.05 , 且從計算結果中可以看到, 由于錨桿尺寸短, 未能有效穿到強風 化基巖,對邊坡安全系數提高不大。5.3 正常運行期穩(wěn)定性分析 邊坡按建議支護方案完成邊坡治理

9、后下挖至取水口建基面且待取水口建筑物澆筑完成后, 在取水口的混凝土邊墻與坡腳間 回填石渣（ 93%壓實度）。計算結果見圖 5,從圖 5 穩(wěn)定性分析 示意圖看出,邊坡穩(wěn)定的安全系數為 1.062 ,符合持久工況下設 計安全系數應不低于 1.151.05 的要求。由于最危險滑弧還是 在上部全風化穿出, 在下部澆筑混凝土及回填碎石土后只是增加 底腳的穩(wěn)定性,對上部邊坡安全系數并沒有實質性的提高。5.4 地震工況下穩(wěn)定性分析電站擋水建筑物為四級, 50年超越概率 10%的場地地表峰值加速度為0.05g，相應地震基本烈度為W度。運行期如遇地震, 其計算結果見圖 6，從圖 6 穩(wěn)定性分析示意圖看出，邊坡穩(wěn)定的 安全系數為 1.025 ，大于 1.0 ，符合地震工況下的安全的要求。6 結論在當前開挖坡比及支護方案下， 電站進水口邊坡典型剖面在 不同工況下基于 Bishop 法得