工程邊坡穩(wěn)定性分析與綜合控制方法課件

1、大型水電工程邊坡穩(wěn)定性分析與綜合控制方法 報告人：姜清輝 武漢大學 2012.3.5.匯 報 提 綱大型水電工程邊坡1非貫通結構面的抗剪強度2錦屏邊坡工程應用實例4邊坡變形與穩(wěn)定分析方法31工程邊坡穩(wěn)定控制方法5攀枝花宜賓樂山二灘電站金沙江金沙江岷江大渡河長江雅礱江YibingPanzhihuaLeshang成都 昆明宜賓大理樂山攀枝花麗江瀾滄江金沙江雅礱江大渡河岷 江白鶴灘小灣糯扎渡溪洛渡向家壩錦屏一級烏東德.大型水電工程邊坡金沙江干流：規(guī)劃20個梯級雅礱江干流：規(guī)劃21個梯級大渡河干流：規(guī)劃22個梯級 中國西南地區(qū)位于青藏高原東部，高原的強烈隆升 金沙江、瀾滄江等深切成谷，導致邊坡地質環(huán)境

2、極其復雜獨特的大陸動力學背景和活躍的構造環(huán)境印度板塊歐亞板塊青藏高原河流的快速下切及強烈的河谷卸荷西南高邊坡獨特深部裂縫結構 主要特征地質環(huán)境復雜坡體結構復雜施工環(huán)境復雜運行環(huán)境復雜高強度開挖、大面積錨固、大范圍防滲庫水鄹變與泄洪霧化降雨大型水電工程邊坡大型水電工程邊坡 錦屏級水電站左岸高陡邊坡 左岸壩頭邊坡開挖高度為530m（21101580m），總開挖量為550萬m3，其中1885m以上約為191萬m3，1885m高程以下約為359萬m3，是目前水電工程開挖高度較大、開挖規(guī)模較大、穩(wěn)定條件最差的邊坡工程之一。底滑面:f42-9斷層;后緣切割面:煌斑巖脈(X);側向切割面:近SN向或NW向陡

3、傾角拉裂帶SL44-1；f5以外巖體為阻滑巖體； f42-9斷層剪出口最低高程約1790m。砂板巖大理巖左岸壩頭邊坡整體穩(wěn)定滑移模式開挖線大型水電工程邊坡大型水電工程邊坡 大崗山水電站高邊坡右岸順坡向卸荷裂隙發(fā)育，且埋深較大，以XL316-1為底滑面形成的潛在不穩(wěn)定塊體方量達500萬方，控制邊坡的整體穩(wěn)定與安全我國水電工程高邊坡主要特點邊坡高陡、工程規(guī)模巨大；坡體結構復雜、風化卸荷強烈；邊坡賦存的自然環(huán)境復雜；邊坡賦存的工程環(huán)境作用強烈；邊坡變形控制嚴格、穩(wěn)定性要求高；邊坡設計和施工要求高邊坡穩(wěn)定性已經成為工程關鍵技術難題（分析方法、設計理論、控制技術）大型水電工程邊坡.匯 報 提 綱工程概況

4、1非貫通結構面的抗剪強度2錦屏邊坡工程應用實例4邊坡變形與穩(wěn)定分析方法31工程邊坡穩(wěn)定控制方法5邊坡巖體的結構強度與強度參數 非貫通結構面的力學模型基本假定：巖橋和結構面概化成界面層，不考慮側向變形巖橋與結構面的強度均服從Mohr-Coulomb準則巖橋與結構面的彈性應變相等法向力學模型切向力學模型 非貫通結構面的結構強度 非貫通結構面的綜合抗剪強度參數邊坡巖體的結構強度與強度參數 數值試驗驗證及與Jennings準則對比Jennings的加權平均強度準則 ：邊坡巖體的結構強度與強度參數 工程應用SL44-1的抗剪強度參數連通率粘聚力(MPa)摩擦系數（結構強度模型）摩擦系數（Jennings

5、準則）20%0.660.760.7330%0.590.740.7040%0.520.710.6650%0.450.680.6360%0.380.650.5970%0.310.610.5680%0.240.570.52SL44-1松弛帶立面圖錦屏一級水電站左岸邊坡的整體穩(wěn)定性主要受煌斑巖脈X、底滑面F42-9以及深部卸荷裂隙SL44-1所控制， SL44-1發(fā)育在36層砂板巖中。邊坡巖體的結構強度與強度參數.匯 報 提 綱工程概況1非貫通結構面的抗剪強度2錦屏邊坡工程應用實例4邊坡變形與穩(wěn)定分析方法31工程邊坡穩(wěn)定控制方法5邊坡穩(wěn)定性三維極限平衡分析方法忽略條塊界面水平向剪力行界面滑坡推力角為邊

6、坡平均坡度主滑動方向唯一滿足3個靜力平衡條件收斂性較好三維美國陸軍工程師團法邊坡穩(wěn)定性三維極限平衡分析方法忽略條塊界面水平向剪力界面滑坡推力角為上個條塊傾角主滑動方向唯一滿足3個靜力平衡條件單純形算法求解三維剩余推力法忽略條塊界面水平向剪力行、列界面滑坡推力角為主滑動方向唯一滿足3個靜力平衡和2個力矩平衡單純形算法求解三維Morgenstern-Price方法三維Morgenstern-Price方法邊坡穩(wěn)定性三維極限平衡分析方法典型算例分析邊坡穩(wěn)定性三維極限平衡分析方法橢球滑面算例安全系數主滑方向簡化Bishop方法2.1351.571簡化Janbu方法1.9521.571不平衡推力法2.1

7、331.537陸軍師團方法2.1701.569Spencer方法2.1331.570ZhangXing方法2.1221.570楔形體算例安全系數主滑方向簡化Bishop方法1.6301.727簡化Janbu方法1.6381.728不平衡推力法1.6331.738陸軍師團方法1.6391.749Spencer方法1.6401.768理論解1.6401.762 基于地層信息系統(tǒng)的三維邊坡穩(wěn)定分析軟件將三維地層信息系統(tǒng)、極限平衡方法和可視化技術有機結合，研制了三維邊坡穩(wěn)定分析軟件（JSlope3D）三維簡化Bishop方法三維簡化Janbu方法三維陸軍工程師團方法三維剩余推力方法三維Morgenst

8、ern-Price方法用GIS方法建立滑坡體空間信息系統(tǒng)提出了建立真三維地層模型體元技術用發(fā)展了多種三維極限平衡分析方法 軟件登記號：2009SR046981，編錄水工設計手冊（第二版）作為邊坡穩(wěn)定分析推薦使用軟件邊坡穩(wěn)定性三維極限平衡分析方法提出了考慮地下水、爆破、加固、地震等多種荷載作用下的邊坡三維穩(wěn)定方法研制軟件JSlope-3D已應用于錦屏、大崗山、古樹包等16個水電工程邊坡和庫區(qū)滑坡治理該軟件被編錄水工設計手冊（第二版）作為邊坡穩(wěn)定分析推薦使用軟件，促進了行業(yè)科技進步三維邊坡穩(wěn)定分析軟件JSlope3D邊坡穩(wěn)定性三維極限平衡分析方法 邊坡開挖與錨固支護的模擬分步分期開挖的模擬方法邊坡

9、穩(wěn)定性三維有限元分析方法加錨巖體的等效本構模型滲流分析理論裂隙網絡滲流分析的Signorini型變分不等式提法定義試探函數集PVI :則與PDE提法等價的變分不等式(VI)提法可表述為：在VI中求一隨時間變化的函數，使得對VI，都有如下不等式成立 從理論上嚴格證明了VI提法的正確性，即VI提法與PDE提法的等價性確保了有自由面裂隙網絡滲流計算的高效性和準確性研究成果被中國科學發(fā)表，審稿專家認為“對復雜裂隙網絡滲流分析的一個突破性進展”.匯 報 提 綱工程概況1非貫通結構面的抗剪強度2錦屏邊坡工程應用實例4邊坡變形與穩(wěn)定分析方法31工程邊坡穩(wěn)定控制方法511920m便道1780m便道PD12PD

10、40PD18PD04PD16PD46PD38左岸壩肩開挖前1780m高程以上地形地貌地形地貌 錦屏一級左岸邊坡工程地質左岸壩頂平臺1885左岸纜機平臺196017841828.51780182517651750墊座建基面拱肩槽上游坡拱肩槽下游坡1829基礎處理洞室1785基礎處理洞室f5f5f5f8f8f38-6f42-9X地質構造開挖邊坡中主要發(fā)育f5、f8、f42-9等不同規(guī)模斷層錦屏一級左岸邊坡工程地質X(煌斑巖脈)f42-9SL44-1f5左岸壩頭變形拉裂巖體的可能失穩(wěn)主要模式為楔體滑移破壞模式，其邊界為f42-9斷層和SL44-1松弛拉裂帶構成楔形體的雙滑面，剪斷f5斷層外側的大理巖

11、，后緣切割面為NEE向貫穿坡體分布的煌斑巖脈。由于SL44-1取不同的走向，產生了模式A及模式B兩種不同的滑塊?；瑒幽Ｊ娇赡芑娼M合模式A煌斑巖脈+ f42-9+ SL44-1（SN向）+ 剪斷1類巖體模式B煌斑巖脈+ f42-9 + SL44-1（N200W）+剪斷1類巖體 模式模式B左岸變形拉裂巖體的滑動破壞模式 數值模型邊坡施工期有限元計算模型錦屏邊坡工程應用實例 破壞路徑（關鍵部位）控制 f42-9斷層向臨空面的錯動變形區(qū)范圍處于II1 -II1線至V-V線之間，高程上處于1910m至1810m之間，最大錯動變形達7mm，因此該區(qū)域內的f42-9應作為重點加固對象f42-9斷層的錯動變

12、形分析 破壞路徑（關鍵部位）控制 煌斑巖脈的錯動變形區(qū)范圍處于II1 -II1線至II-II線之間， 1910m高程以上，煌斑巖脈錯動變形不明顯，在1910m高程以下至f42-9之間，煌斑巖脈產生傾向臨空面的錯動變形，但量值較小，最大錯動變形約1.5mm，主要受巖脈下部f42-9的錯動牽引其發(fā)生變形的，因此加固的重點仍然是控制f42-9的變形?；桶邘r脈X的錯動變形分析取消高高程抗剪洞 破壞路徑（關鍵部位）控制煌斑巖脈X的錯動變形分析錦屏邊坡工程應用實例 破壞路徑（關鍵部位）控制深部變形機理分析錦屏邊坡工程應用實例有限元計算成果與監(jiān)測數據反映出的變形規(guī)律基本一致；合理地論證分析了深部裂縫的變形機

13、理，主要是深部裂縫產生松弛或張開變形。由于由于受眾多結構面和深部裂縫的切割，該區(qū)巖體完整性差，巖體破碎，且深部裂縫多為張開空縫，為變形提供了空間；深部裂縫的變形主要還是由于開挖卸荷引起的變形調整，將隨開挖結束而收斂，不會引起邊坡的整體失穩(wěn)破壞，提出了無需進行對深部裂縫進行專門處理的合理建議。錦屏邊坡工程應用實例 結構強度控制-深層加固 順f42-9走向布置抗剪洞，對f42-9斷層進行置換處理，抗剪洞布置在1883m、1860m及1834m三個高程，均采用910m的斷面。為增大抗剪洞抗滑作用，在抗剪洞上設十字形布置的鍵槽，鍵槽布置在抗剪洞的中部，鍵槽采用45m的斷面。抗剪洞及鍵槽周圍設置一定深度

14、的固結灌漿 -提高結構面的抗剪強度錦屏邊坡工程應用實例 結構強度控制-表層加固 坡面表層加固主要由掛網噴混凝土、錨桿、錨桿束以及預灌漿組成。對開挖爆破輪廓面內、外側約10m15m范圍內的破碎松散巖體進行預固結灌漿，提高開挖爆破輪廓面的成形質量，同時對開挖輪廓面內的軟弱巖體進行加固 ；掛網噴混凝土支護采用C25噴混凝土，厚15cm，掛網鋼筋為6mm，間排距15cm15cm；錨桿為全長粘接砂漿錨桿，分28mm、L=6m和32mm、L=9m兩種，全坡面交替布置-提高表層巖體結構強度灌漿孔錦屏邊坡工程應用實例 支護時機控制模式模式B 1885m以下拱肩槽邊坡開挖導致拉裂變形體前沿阻滑巖體被逐步挖除，安全系數下降，尤其是1855m以下邊坡開挖導致拉裂變形體安全系數下降幅度顯著增大。模式模式B模式