向家壩地下廠房進水口邊坡穩(wěn)定性分析及邊坡加固措施

1、向家壩地下廠房進水口邊坡穩(wěn)定性分析及邊坡加固措施摘要：運用波前法進展有限元法求解，對向家壩地下廠房進水口邊坡進展了三維非線性有限元計算分析，對其穩(wěn)定性進展平安評價，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非常重要的問題。在開挖的過程中，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，并提出有針對性的工程處理措施，是工程順利進展的保證。本文以向家壩地下廠房進水口邊坡為例，通過三維非線性有限元計算分析，對進水口邊坡的整體穩(wěn)定進展平安評價，并提出邊坡加固的工程處理措施。二、邊坡開挖方式

2、和分析方法向家壩地下廠房進水口邊坡開挖方式為分層開挖、逐層開挖逐層加固。計算方法為波前法求解的有限元方法。單元編號時先對非開挖單元進展編號，然后是后開挖的單元，最后才是最先開挖的單元。這樣就保證了在分析每步開挖后的巖體構(gòu)造時，剩下單元和結(jié)點的編號仍然是連續(xù)的，且和初始單元和結(jié)點編號一致。三、計算工況及荷載組合本次研究分別對施工期、運行期等多種工況進展計算。計算工況對應(yīng)的荷載組合如表1所示。計算荷載包括：水荷載(包括地下水和水庫蓄水)、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計算工況及荷載組合計算工況荷載組合庫水位工況1(施工開挖)A2+A5

3、工況2運行期考慮地震作用A1+A2+A3+A5380.0工況3正常運行A1+A2+A5380.0工況4考慮滲流作用A1+A2+A3+A5+A6380.0工況5運行采取加固措施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；二計算假定：(1)在進水口邊坡面上低于相應(yīng)水位的節(jié)點滿足第一類邊界條件，即滿足滲流分析中的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、計算成果1工況1計算結(jié)果1位移計算成果邊坡坡面上最大回彈位移為9.85，位于號機縱剖面附近。引水隧洞進水口底板處出現(xiàn)整個開挖面位移最大位置，其最大值到達20.08。2應(yīng)力計算成果進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在開挖完畢后，下閘蓄水至380.0高程時，水荷載作用在進水口邊坡巖體上產(chǎn)生的變形和應(yīng)力分

5、布如下所述：1位移計算成果進水口邊坡底板的最大位移為17.318，比施工開挖時減少2.76。進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對進水口邊坡進展計算分析，并將其計算結(jié)果與工況2進展比照分析。位移結(jié)果顯示，在不考慮地震荷載時，邊坡面上的最大位移為7.88，小于運行期考慮地震荷載時的最大位移9.15。進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。就整個進水口邊坡坡面的位移變化趨勢來看，位移的變化主要出如今地震荷載所加的方向上，進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要校從拉應(yīng)力的分布形態(tài)來看，當運行期不考慮地震荷載時，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邊坡坡面巖體出現(xiàn)的拉應(yīng)力要有所減校計算結(jié)果說明，地震荷載對進水口邊坡的平安系數(shù)有一定的不利影響，但是從數(shù)值變化來看，影響不是很大。4工況4工況4是在開挖完畢后，下閘蓄水至380.0高程時，計算分析滲流作用對進水口邊坡巖體位移變形和應(yīng)力分布的影響，并計算運行期間水位從正常蓄水位驟降至死水位時對邊坡位移、穩(wěn)定的影響

7、。根據(jù)有限元計算成果，水位由河床常年水位上升到正常蓄水位，在滲流場作用下邊坡巖體上產(chǎn)生的位移方向與邊坡開挖產(chǎn)生的位移方向相反，對邊坡的影響是有利的。而當水位從正常蓄水位驟降至死水位時，邊坡巖體位移的改變值相對較大，最大值有0.8左右。雖然從位移上看，水位驟降對邊坡的整體穩(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)生的靜水和動水壓力對節(jié)理較發(fā)育邊坡巖體的塊體穩(wěn)定威脅較大。5工況5本工況為正常運行期進水口邊坡穩(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。計算結(jié)果顯示，考慮錨固和水荷載時，進水口邊坡坡面上

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)來看，邊坡坡面巖體上沒有出現(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，進水口邊坡在正常運行期內(nèi)，具有良好的整體穩(wěn)定性。六、有限元計算結(jié)果分析根據(jù)計算成果，對向家壩地下廠房進水口邊坡的變形特點和應(yīng)力分布規(guī)律作如下總結(jié)：(1)在施工開挖時，進水口邊坡坡面變形表現(xiàn)為開挖引起的卸荷回彈，但其值不大，最大

9、位移值為9.85。整個進水口邊坡開挖區(qū)域位移變形最大的位置在進水口底板處，其最大位移值到達20.08。(2)進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)及時進展加固，防止出現(xiàn)部分失穩(wěn)。(3)在向家壩進水口邊坡開挖和加固過程中，沒有過大的拉應(yīng)力和塑性變形區(qū)。進水口邊坡大多數(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)，邊坡開挖卸荷顯著的深度為38米。說明向家壩進水口邊坡開挖是穩(wěn)定的，其開挖加固順序是合理的。七、進水口邊坡處理措施有限元法分析計算的結(jié)果說明，在考慮了邊坡開挖

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)暴雨或水庫水位驟降等因素對邊坡穩(wěn)定性的影響后，邊坡位移不大，其整體穩(wěn)定是有保證的。但在開挖過程中，邊坡部分受地質(zhì)優(yōu)勢面、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)計算分析的結(jié)果和已建工程的理論經(jīng)歷，進水口邊坡采取了以下工程處理措施來保證邊坡運行的平安：a)邊坡開挖時采用先進的控制爆破技術(shù)。b)開挖邊坡周邊設(shè)置截水溝。開挖邊坡高程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)右岸進水口邊坡涉及有煤層開采的區(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巖層范圍的各級馬道設(shè)置2000KN的預(yù)應(yīng)力