水利工程边坡稳定性研究

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翻新时间：2013-12-18

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水利工程边坡稳定性研究

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边坡形态规模与变形机理分析

1边坡的形态规模 2边坡变形机理分析稳定性分析

1边坡计算模型

对重庆市金佛山水利工程坝址区左岸岩质高边坡稳定性采用有限元强度折减法,分析天然、开挖、加固状态的边坡稳定性。饱和状态模拟开挖前后遇强降雨的土体饱和情况,加固之后考虑竣工期和蓄水期两种情况。据王俊杰,等[2]提出的边坡简化计算方法和陈锦璐,等[3]在网格、边界条件对有限元计算结果的影响分析研究,将边坡剖面简化并划分网格,如图3。

2计算参数

结构模型采用摩尔库伦屈服准则,采用非关联流动法则(剪胀角φ=0)。屈服准则假定:作用在某一点的剪应力等于该点的抗剪强度时,该点发生破坏,剪切强度与正应力呈线性关系。摩尔库伦模型是基于材料破坏时应力状态的莫尔圆提出的,破坏线是与莫尔圆相切的直线,强度准则为:τ=c-σtanφ

(1)式中:τ为剪切强度;σ为正应力;c为材料黏聚力;φ为材料内摩擦角。相应的计算参数见表1。

3失稳破坏判定准则

目前,判断边坡失稳破坏的标准通常包括:有限元数值计算的不收敛、塑性区的贯通、广义剪应变的贯通等[4]。吕庆,等[5]认为在小应变假设中用数值计算不收敛作为判据,但是,计算不收敛的原因比较多,如荷载过大,计算单元有奇异等。因此,以此为判据适用范围有一定的限制。栾茂田,等[6]建议采用塑性应变贯通作为判据,以此作为判据时主观因素占很大成分,未排除弹性塑性应变的影响,破坏界限比较模糊。分析边坡失稳破坏的主要特征可知,不管其内部的变形机理是广义剪应变还是塑性应变,其最终结果是产生位移,位移是边坡内部作用的外在表现。滑动主要是由剪应变和位移造成的。随着强度参数的不断折减,边坡上的位移矢量和剪应变不断向坡脚处增大,因此,以坡顶特征点位移突变为失稳判据,意义明确,界限清晰。

4计算结果分析鉴于上述分析,建议清除表层强风化、强卸荷岩体,开挖坡度应小于外倾结构面的最小倾角并保护好开挖面,及时锚喷支护。岩质高边坡的上部还存在韩家店组(S2h)的页岩,以黏土矿物为主,抗风化能力差。在天然含水量的情况下新鲜岩石层面结合尚牢,遇水软化,湿水后易崩解。因此,建议上部采用10cm厚混凝土喷锚支护,下部有宽张裂隙带J2,是岩体风化和卸荷的产物,有方解石填充,采用锚杆锚固,并用自密实混凝土填充,保证岩体的完整性,防止此卸荷裂隙扩张。加固后边坡采用简化计算方法,在加固区域分别采用提高岩体强度指标以代替加固区域的强度参数,根据工程经验,加固区岩体强度参数提高20%。加固后边坡天然和饱和含水状态安全系数分别为1.85和1.78,均比未加固时有明显提高,加固效果显着。

结论

从边坡形态规模、变形机理及安全性方面,对金佛山左岸岩质高边坡进行了分析评价,得出以下结论。

1)边坡前缘的强风化、强卸荷岩体属潜在不稳定块体,建议清除表层强风化、强卸荷岩体,开挖坡度小于外倾结构面最小倾角并保护好开挖面、及时锚喷支护;弱卸荷带以内岩体受卸荷作用影响小,完整性和稳定性较好,边坡现状整体稳定,发生大规模破坏可能性极小。

2)左岸岩质高边坡是一个深层、顺层、复合机制成因的潜在滑坡,下部为顺层牵引-塑流性质、上部为压致拉裂推移式。(本文作者:王俊杰、邱珍锋单位:重庆交通大学)