1、石別電站進(jìn)水口邊坡穩(wěn)定性計(jì)算1 工程概況 引水隧洞布置在壩址左岸，進(jìn)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(jīng)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(zhì)凝灰?guī)r，全風(fēng)化帶厚45m強(qiáng)風(fēng)化層厚4 8m,弱風(fēng)化帶厚79m。取水口邊坡高達(dá)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(guān)重要，本文運(yùn)用專業(yè)軟件就施工期、 運(yùn)行期及地震作用等多種復(fù)雜工況對沉砂池邊坡二維典型剖面 的穩(wěn)定

2、性進(jìn)行分析， 評價(jià)在當(dāng)前設(shè)計(jì)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(hù)方案的效果。2 計(jì)算基本原理 假定巖土體的破壞是由于滑體內(nèi)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(zhǔn)則。滑面的形狀可以為平面、圓弧 面、對數(shù)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(yīng)力平衡方程，確定滑裂面上安全系數(shù) Fs 的大小。其中安 全系數(shù) Fs 值最小的滑面就是最危險(xiǎn)滑動面，其對應(yīng)的安全系數(shù)值即為該邊坡穩(wěn)定的安全系數(shù)值。 根據(jù)摩爾 - 庫倫條件應(yīng)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(jìn)行計(jì)算。由于公式兩端均含有Kc,故需要迭代求解。3 計(jì)算模型、計(jì)算參數(shù)及計(jì)算工況確定3.1 計(jì)算模型的建立根據(jù)水工設(shè)計(jì)布置，結(jié)合邊坡地質(zhì)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(jìn)行典型剖面穩(wěn)定性分析。典型剖面的工程地質(zhì)剖面圖見 進(jìn)水口邊坡工程地質(zhì)剖面圖（叫-叫），并據(jù)此建立了一維剛體極限平衡法計(jì)算模型， 剖面模型如圖 1 所示。根據(jù)邊坡地質(zhì)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(qiáng)、 弱風(fēng)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(jì)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(shè)置為約束邊界。3.2 計(jì)算參數(shù)及計(jì)算要求在靜動力計(jì)算中，邊坡巖（土）體均采用彈塑性模型，巖土 體物理力學(xué)參數(shù)見表 1石別水電站為清水江水電開發(fā)的第三級，為小（1）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(jù)水利水電工程邊坡設(shè)計(jì)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(shè)計(jì)安全系數(shù)應(yīng)不低于 1.05 ，短暫工況下安全系數(shù)不低于 1.05，偶然工況下安全系數(shù) 應(yīng)不低于 1.00 。3.3 計(jì)算荷載及計(jì)算工況邊坡設(shè)計(jì)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(yīng)根據(jù)計(jì)算方法正確選擇。 坡體上的建筑物作坡體自重 計(jì)。邊坡各部位地下水壓力應(yīng)根據(jù)水文地質(zhì)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(yīng)地震基本烈度為W度。3.4 計(jì)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(yīng)變問題處理。（2）對于巖石采用三角形六結(jié)點(diǎn)單元，線性函數(shù)的位移模 式進(jìn)行模擬。（3）忽略巖層交界面間膠結(jié)物質(zhì)的厚度，同時(shí)用界面單元模擬邊

6、坡結(jié)構(gòu)中出現(xiàn)的裂縫（4）當(dāng)作用在接觸面上某一點(diǎn)處的切向力達(dá)到該方向上的 最大抵抗能力時(shí)，巖層將沿該方向發(fā)生相對滑動。（5）在整個(gè)變形過程中，接觸面上各點(diǎn)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(xué)參數(shù)的反演分析天然條件下叫-叫剖面邊坡穩(wěn)定計(jì)算結(jié)果見圖2,計(jì)算結(jié)果表明安全系數(shù)為 2.153 。采用提供的巖土體物理力學(xué)參數(shù)計(jì)算得 到的安全系數(shù)大于安全規(guī)范值，說明自然邊坡比較穩(wěn)定 ; 而實(shí)際 邊坡同樣是比較穩(wěn)定的， 故認(rèn)為提供參數(shù)的物理力學(xué)參數(shù)是合理 的，因此可以使用所提的物理學(xué)力學(xué)參數(shù)進(jìn)行后續(xù)的穩(wěn)定計(jì)算。5 建議支護(hù)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(hù)完成狀態(tài)） 以及運(yùn)行期 （主要分析正常運(yùn)行、 正常運(yùn)行遇地震及庫水驟降工況） 下的邊 坡穩(wěn)定性， 驗(yàn)算是否符合三級邊坡穩(wěn)定要求， 同時(shí)對支護(hù)方案進(jìn) 行評價(jià)。5.1 開挖邊坡在無支護(hù)狀態(tài)下穩(wěn)定性分析從圖 3 在當(dāng)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(shù)為 1.055 ，根據(jù)滑坡防治工程設(shè)計(jì) 與施工技術(shù)規(guī)范 DZT0219-2006規(guī)定，邊坡處于整體暫時(shí)穩(wěn)定 變形狀態(tài)，潛在的推測最危險(xiǎn)滑動面位置： 滑弧穿過殘坡坡積層、 全風(fēng)化層并從全風(fēng)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(hù)措施。5.2 建議支護(hù)方案下邊坡穩(wěn)定性分析 本次計(jì)算中

8、所 采用的支護(hù)參數(shù)為：=25mm L=4.5m3m 3m系統(tǒng)錨桿， 6200 X 200鋼筋網(wǎng)，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(hù)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(shù)為 1 . 057 ，符合短暫工況下安全系數(shù)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(jì)算結(jié)果中可以看到, 由于錨桿尺寸短, 未能有效穿到強(qiáng)風(fēng) 化基巖,對邊坡安全系數(shù)提高不大。5.3 正常運(yùn)行期穩(wěn)定性分析 邊坡按建議支護(hù)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(shí)度）。計(jì)算結(jié)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(shù)為 1.062 ,符合持久工況下設(shè) 計(jì)安全系數(shù)應(yīng)不低于 1.151.05 的要求。由于最危險(xiǎn)滑弧還是 在上部全風(fēng)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(shù)并沒有實(shí)質(zhì)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(yīng)地震基本烈度為W度。運(yùn)行期如遇地震, 其計(jì)算結(jié)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(shù)為 1.025 ，大于 1.0 ，符合地震工況下的安全的要求。6 結(jié)論在當(dāng)前開挖坡比及支護(hù)方案下， 電站進(jìn)水口邊坡典型剖面在 不同工況下基于 Bishop 法得