向家壩地下廠(chǎng)房進(jìn)水口邊坡穩(wěn)定性分析及邊坡加固措施

1、向家壩地下廠(chǎng)房進(jìn)水口邊坡穩(wěn)定性分析及邊坡加固措施摘要：運(yùn)用波前法進(jìn)展有限元法求解，對(duì)向家壩地下廠(chǎng)房進(jìn)水口邊坡進(jìn)展了三維非線(xiàn)性有限元計(jì)算分析，對(duì)其穩(wěn)定性進(jìn)展平安評(píng)價(jià)，并提出相應(yīng)的邊坡加固措施。關(guān)鍵詞：邊坡穩(wěn)定邊坡開(kāi)挖有限元法邊界條件邊坡加固一、前言邊坡穩(wěn)定與否在土木工程中是一個(gè)非常重要的問(wèn)題。在開(kāi)挖的過(guò)程中，由于邊坡構(gòu)造的改變而使其應(yīng)力狀態(tài)發(fā)生變化，常常會(huì)導(dǎo)致邊坡失穩(wěn)。因此預(yù)先做好邊坡的穩(wěn)定性分析，并提出有針對(duì)性的工程處理措施，是工程順利進(jìn)展的保證。本文以向家壩地下廠(chǎng)房進(jìn)水口邊坡為例，通過(guò)三維非線(xiàn)性有限元計(jì)算分析，對(duì)進(jìn)水口邊坡的整體穩(wěn)定進(jìn)展平安評(píng)價(jià)，并提出邊坡加固的工程處理措施。二、邊坡開(kāi)挖方式

2、和分析方法向家壩地下廠(chǎng)房進(jìn)水口邊坡開(kāi)挖方式為分層開(kāi)挖、逐層開(kāi)挖逐層加固。計(jì)算方法為波前法求解的有限元方法。單元編號(hào)時(shí)先對(duì)非開(kāi)挖單元進(jìn)展編號(hào)，然后是后開(kāi)挖的單元，最后才是最先開(kāi)挖的單元。這樣就保證了在分析每步開(kāi)挖后的巖體構(gòu)造時(shí)，剩下單元和結(jié)點(diǎn)的編號(hào)仍然是連續(xù)的，且和初始單元和結(jié)點(diǎn)編號(hào)一致。三、計(jì)算工況及荷載組合本次研究分別對(duì)施工期、運(yùn)行期等多種工況進(jìn)展計(jì)算。計(jì)算工況對(duì)應(yīng)的荷載組合如表1所示。計(jì)算荷載包括：水荷載(包括地下水和水庫(kù)蓄水)、巖體自重、地震荷載、巖錨荷載以及地應(yīng)力作用等，用A1A6表示。工況及荷載組合如下表1所示：表1計(jì)算工況及荷載組合計(jì)算工況荷載組合庫(kù)水位工況1(施工開(kāi)挖)A2+A5

3、工況2運(yùn)行期考慮地震作用A1+A2+A3+A5380.0工況3正常運(yùn)行A1+A2+A5380.0工況4考慮滲流作用A1+A2+A3+A5+A6380.0工況5運(yùn)行采取加固措施A1+A2+A4+A5380.0A1水荷載；A2構(gòu)造自重；A3地震荷載；A4巖錨荷載；A5地應(yīng)力作用；A6浸透力作用。四、邊界條件和計(jì)算假設(shè)一邊界條件：(1)在X方向的邊界上，采用約束X方向位移；(2)在Y方向的邊界上，采用約束Y方向位移；(3)在Z=60.0平面上，采用約束Z方向位移；二計(jì)算假定：(1)在進(jìn)水口邊坡面上低于相應(yīng)水位的節(jié)點(diǎn)滿(mǎn)足第一類(lèi)邊界條件，即滿(mǎn)足滲流分析中的Dirihlet條件，故取固定水頭，其值為相應(yīng)的

4、水位值；(2)在Z=60.0平面上，采用隔水層邊界；五、計(jì)算成果1工況1計(jì)算結(jié)果1位移計(jì)算成果邊坡坡面上最大回彈位移為9.85，位于號(hào)機(jī)縱剖面附近。引水隧洞進(jìn)水口底板處出現(xiàn)整個(gè)開(kāi)挖面位移最大位置，其最大值到達(dá)20.08。2應(yīng)力計(jì)算成果進(jìn)水口邊坡坡面部分區(qū)域第一主應(yīng)力出現(xiàn)拉應(yīng)力，在軟弱夾層處出現(xiàn)0.851.08Pa的較大拉應(yīng)力，其它部位拉應(yīng)力很小或無(wú)拉應(yīng)力。邊坡巖體第三主應(yīng)力仍處于受壓狀態(tài)，坡面處壓應(yīng)力較小，其值在0.853.73Pa之間，隨著坡面深度的增加，壓應(yīng)力值也逐漸增加。轉(zhuǎn)貼于論文聯(lián)盟.ll.2工況2在開(kāi)挖完畢后，下閘蓄水至380.0高程時(shí)，水荷載作用在進(jìn)水口邊坡巖體上產(chǎn)生的變形和應(yīng)力分

5、布如下所述：1位移計(jì)算成果進(jìn)水口邊坡底板的最大位移為17.318，比施工開(kāi)挖時(shí)減少2.76。進(jìn)水口邊坡坡面上位移的變化量要小于底板，最大僅在1左右。邊坡上的最大位移值為9.15。2應(yīng)力計(jì)算成果邊坡坡面上巖體的應(yīng)力變化較小，坡腳的應(yīng)力變化也只有0.5Pa左右。應(yīng)力分布規(guī)律根本與工況1一樣。3工況3工況3是在工況2的根底上不考慮地震荷載時(shí)對(duì)進(jìn)水口邊坡進(jìn)展計(jì)算分析，并將其計(jì)算結(jié)果與工況2進(jìn)展比照分析。位移結(jié)果顯示，在不考慮地震荷載時(shí)，邊坡面上的最大位移為7.88，小于運(yùn)行期考慮地震荷載時(shí)的最大位移9.15。進(jìn)水口底板處的最大位移略有加大，為17.634，工況2下為17.318，是由該處位移Y方向分量

6、與地震荷載方向相反所致。就整個(gè)進(jìn)水口邊坡坡面的位移變化趨勢(shì)來(lái)看，位移的變化主要出如今地震荷載所加的方向上，進(jìn)水口邊坡坡面巖體位移表現(xiàn)為Y方向位移分量較考慮地震荷載時(shí)要校從拉應(yīng)力的分布形態(tài)來(lái)看，當(dāng)運(yùn)行期不考慮地震荷載時(shí)，最大拉應(yīng)力仍然出如今軟弱夾層處，為1.26Pa左右，相比考慮地震荷載時(shí)邊坡坡面巖體出現(xiàn)的拉應(yīng)力要有所減校計(jì)算結(jié)果說(shuō)明，地震荷載對(duì)進(jìn)水口邊坡的平安系數(shù)有一定的不利影響，但是從數(shù)值變化來(lái)看，影響不是很大。4工況4工況4是在開(kāi)挖完畢后，下閘蓄水至380.0高程時(shí)，計(jì)算分析滲流作用對(duì)進(jìn)水口邊坡巖體位移變形和應(yīng)力分布的影響，并計(jì)算運(yùn)行期間水位從正常蓄水位驟降至死水位時(shí)對(duì)邊坡位移、穩(wěn)定的影響

7、。根據(jù)有限元計(jì)算成果，水位由河床常年水位上升到正常蓄水位，在滲流場(chǎng)作用下邊坡巖體上產(chǎn)生的位移方向與邊坡開(kāi)挖產(chǎn)生的位移方向相反，對(duì)邊坡的影響是有利的。而當(dāng)水位從正常蓄水位驟降至死水位時(shí)，邊坡巖體位移的改變值相對(duì)較大，最大值有0.8左右。雖然從位移上看，水位驟降對(duì)邊坡的整體穩(wěn)定性影響不是很大，但是由于巖體里面的水不能及時(shí)排除出，一方面使邊坡巖體的容重增大，增加了巖體的下滑力；另一方面，裂隙中水流所產(chǎn)生的靜水和動(dòng)水壓力對(duì)節(jié)理較發(fā)育邊坡巖體的塊體穩(wěn)定威脅較大。5工況5本工況為正常運(yùn)行期進(jìn)水口邊坡穩(wěn)定性分析，考慮的荷載有地應(yīng)力、重力、水荷載、錨固荷載等。計(jì)算結(jié)果顯示，考慮錨固和水荷載時(shí)，進(jìn)水口邊坡坡面上

8、最大位移為7.42，較工況3的7.88少了0.46，而坡面上位移平均減少1左右。進(jìn)水口底板回彈位移最大值為17.68，與工況3的17.634根本一致。從拉應(yīng)力的分布形態(tài)來(lái)看，邊坡坡面巖體上沒(méi)有出現(xiàn)1.2pa以上的較大拉應(yīng)力。由于錨固的作用，拉應(yīng)力值較工況3有所減小，馬道尖角處出現(xiàn)的拉應(yīng)力集中在0.4pa以下，坡面上最大拉應(yīng)力為1.18pa，仍然出如今軟弱夾層處。綜上所述，進(jìn)水口邊坡在正常運(yùn)行期內(nèi)，具有良好的整體穩(wěn)定性。六、有限元計(jì)算結(jié)果分析根據(jù)計(jì)算成果，對(duì)向家壩地下廠(chǎng)房進(jìn)水口邊坡的變形特點(diǎn)和應(yīng)力分布規(guī)律作如下總結(jié)：(1)在施工開(kāi)挖時(shí)，進(jìn)水口邊坡坡面變形表現(xiàn)為開(kāi)挖引起的卸荷回彈，但其值不大，最大

9、位移值為9.85。整個(gè)進(jìn)水口邊坡開(kāi)挖區(qū)域位移變形最大的位置在進(jìn)水口底板處，其最大位移值到達(dá)20.08。(2)進(jìn)水口邊坡坡面的部分區(qū)域出現(xiàn)拉應(yīng)力，在軟弱夾層處出現(xiàn)0.851.08Pa的較大拉應(yīng)力，在其它部位拉應(yīng)力很小甚至不出現(xiàn)拉應(yīng)力。在軟弱夾層附近出現(xiàn)較大拉應(yīng)力的區(qū)域應(yīng)及時(shí)進(jìn)展加固，防止出現(xiàn)部分失穩(wěn)。(3)在向家壩進(jìn)水口邊坡開(kāi)挖和加固過(guò)程中，沒(méi)有過(guò)大的拉應(yīng)力和塑性變形區(qū)。進(jìn)水口邊坡大多數(shù)區(qū)域處于壓應(yīng)力狀態(tài)，僅在邊坡馬道部分出現(xiàn)較小的拉應(yīng)力區(qū)，邊坡開(kāi)挖卸荷顯著的深度為38米。說(shuō)明向家壩進(jìn)水口邊坡開(kāi)挖是穩(wěn)定的，其開(kāi)挖加固順序是合理的。七、進(jìn)水口邊坡處理措施有限元法分析計(jì)算的結(jié)果說(shuō)明，在考慮了邊坡開(kāi)挖

10、、因施工爆破等可能造成的節(jié)理裂隙或卸荷裂隙貫穿、持續(xù)暴雨或水庫(kù)水位驟降等因素對(duì)邊坡穩(wěn)定性的影響后，邊坡位移不大，其整體穩(wěn)定是有保證的。但在開(kāi)挖過(guò)程中，邊坡部分受地質(zhì)優(yōu)勢(shì)面、層面切割形成不利的塊體組合，也可能產(chǎn)生部分失穩(wěn)。根據(jù)計(jì)算分析的結(jié)果和已建工程的理論經(jīng)歷，進(jìn)水口邊坡采取了以下工程處理措施來(lái)保證邊坡運(yùn)行的平安：a)邊坡開(kāi)挖時(shí)采用先進(jìn)的控制爆破技術(shù)。b)開(kāi)挖邊坡周邊設(shè)置截水溝。開(kāi)挖邊坡高程383以上，按照排、間距33梅花形布置帶反濾層的排水孔。在T33巖層范圍設(shè)置兩層排水廊道。)去除邊坡上部和附近的覆蓋層，開(kāi)挖邊坡高程380以下，設(shè)置系統(tǒng)錨桿282.52.5,L=8，噴混凝土15，掛鋼筋網(wǎng)8200；高程380以上設(shè)置系統(tǒng)錨桿2822,L=8，噴混凝土20，掛鋼筋網(wǎng)8250。d)右岸進(jìn)水口邊坡涉及有煤層開(kāi)采的區(qū)域或巖體較破碎的設(shè)置區(qū)域網(wǎng)格梁，煤洞范圍采取部分回填混凝土的措施,回填范圍約1020，同時(shí)布置帶反濾層的排水孔，采取合理的排水和防滲措施。在T33巖層范圍的各級(jí)馬道設(shè)置2000KN的預(yù)應(yīng)力