巖質邊坡穩(wěn)定計算

1、引水發(fā)電洞進口及出口高邊坡穩(wěn)定分析計算一、進口邊坡的穩(wěn)定分析計算進口邊坡為斜向結構，一、二期開挖底線均在強松動巖體下限以上，主要破壞形式為圓弧面滑動，故只需按圓弧破壞面尋找最危險滑弧，并求出穩(wěn)定系數(shù)。對三期及四期開挖，除可能在強松動巖體內發(fā)生圓弧面滑動破壞外，邊坡還可能沿層面、層間擠壓帶或裂隙面發(fā)生平面滑動破壞，計算時先按圓弧面滑動破壞在三期和四期的開挖范圍內找出最危險滑弧，并結合實際裂隙面的位置，確定出三期、四期開挖的直線和折線滑動破壞面，再對同一滑面取不同的強度參數(shù)（層面參數(shù)和巖體參數(shù)）分別計算出相應的穩(wěn)定系數(shù)。1、計算方法對圓弧滑動面，穩(wěn)定計算采用瑞典條分法，設計安全系數(shù)取K=1.2。瑞

2、典條分法法的基本假定是：（1）剪切面是個圓弧，所以安全系數(shù)K可根據(jù)繞圓心的抵抗力矩與滑動力矩的比來確定；（2）計算中不考慮分條之間的相互作用力，所以每個分條底部的反力可以直接由該分條上的荷載算出。對直線或折線滑動面，穩(wěn)定計算采用傳遞系數(shù)法，并用Sarma法進行較核，設計安全系數(shù)根據(jù)不同的計算工況取不同的值。傳遞系數(shù)法是極限平衡條分法中的一種，也叫剩余推力法，其基本假設為條塊間的相互作用力的方向平行于上一條塊的底滑面，各條塊的剩余下滑力計算公式如下：Fi=(Wisini+Qicosi)-(cili/k+(Wicosi-Ui-Qisini)fi/k)+Fi-1.i-1 式中：i-1=cos（i-1

3、-i）-fisin（i-1-i）/k上式中第一項表示本條的下滑力，第二項表示本條的抗滑力，第三項表示上一條塊傳下來的不平衡下滑力，i-1稱為傳遞系數(shù)，k為安全系數(shù)。2、計算參數(shù)取值邊坡的滑動破壞形式可分為沿層面或裂隙面的破壞和在巖體內的破壞，前者計算時，滑動面按層面參數(shù)計算，抗剪強度指標見表1。后者滑動面按巖體參數(shù)計算，抗剪強度指標見表2。表1 層面或裂隙面的強度參數(shù)巖體類別C（kN/m2） 水上f水上C（kN/m2）水下f水下容重（kN/m3）強松動巖體00.4500.3626.6輕微松動巖體500.55500.45626.6未松動巖體500.7500.58126.6表2 巖體的結構面強度參

4、數(shù)巖體類別C（kN/m2） 水上f水上C（kN/m2）水下f水下容重（kN/m3）強松動巖體500.5400.426.6輕微松動巖體2000.551600.4426.6未松動巖體4000.73200.5626.63、不同工程階段的計算工況及荷載組合進口邊坡的開挖分為一期、二期、三期、四期，四期以后為水庫的運行期，根據(jù)現(xiàn)狀及水庫蓄水后的運行特點，穩(wěn)定分析包括現(xiàn)狀天然條件，不同庫水位，考慮地震力時的不同庫水位及水庫水位變化（滲透壓力）等不同工況。其中運行期不同庫水位考慮了正常蓄水位1380及蓄水位1340兩個特征水位，水庫水位變化主要是考慮由正常蓄水位1380降至1360的情況。各計算工況及荷載組

5、合條件下的計算結果見表3。表3 不同工況及荷載組合條件下進口邊坡穩(wěn)定計算計算成果工程階段工況破壞形式參數(shù)取值計算方法穩(wěn)定系數(shù) 設計 安全 系數(shù) 剩余下滑力（T/M）施工期一期開挖圓弧滑動巖體參數(shù) 瑞典條分法1.1221.2二期開挖圓弧滑動巖體參數(shù) 瑞典 條分法0.9911.2三期開挖天然狀態(tài)圓弧滑動巖體參數(shù) 瑞典 條分法1.1481.2三期開挖天然狀態(tài)直線滑動巖體參數(shù)傳遞系數(shù)三期開挖天然狀態(tài)折線滑動層面參數(shù)傳遞系數(shù)0.87841.22056巖體參數(shù)1.18651.286.2三期開挖自重+地下水層面參數(shù)0.86651.32129巖體參數(shù)1.16081.3250.6四期開挖天然狀態(tài)直線滑動層面參數(shù)

6、傳遞系數(shù)0.78491.23568直線滑動層面參數(shù)sarma法0.78911.2四期開挖天然狀態(tài)折線滑動層面參數(shù)傳遞系數(shù)0.91281.23165.3巖體參數(shù)1.17781.2245.6四期開挖自重+地下水層面參數(shù)0.79561.35218.6巖體參數(shù)1.0241.32870.8天然工況楔體滑動1.3巖體自重+地下水直線滑動層面參數(shù)傳遞系數(shù)0.72171.34604直線滑動層面參數(shù)sarma法0.72661.3運行期正常蓄水位1380直線滑動層面參數(shù)傳遞系數(shù)0.74121.34004.9直線滑動層面參數(shù)sarma法0.741.3折線滑動層面參數(shù)傳遞系數(shù)0.78491.34784.7巖體參數(shù)傳遞

7、系數(shù)1.01551.32660.4蓄水位1380+8度地震直線滑動層面參數(shù)傳遞系數(shù)0.46871.16747.5折線滑動層面參數(shù)傳遞系數(shù)0.50781.18593.2巖體參數(shù)0.67991.16144.6正常蓄水位1340折線滑動層面參數(shù)傳遞系數(shù)0.83361.34714巖體參數(shù)1.06521.32384.4蓄水位1340+8度地震直線滑動層面參數(shù)傳遞系數(shù)0.51481.16798折線滑動層面參數(shù)0.55951.18348.8巖體參數(shù)0.73491.15669.91380驟降至1340直線滑動層面參數(shù)傳遞系數(shù)0.65431.13931.9折線滑動層面參數(shù)0.70681.14415.5巖體參數(shù)0

8、.94341.11776.4傳遞系數(shù)三期開挖直線滑面及折線滑面的計算簡圖見圖 ，兩種滑面情況下強度參數(shù)取值時，若為層面參數(shù)，則C、f值分別取表1中的值，若為巖體參數(shù)，則C、f值取表2中的值。四期開挖直線滑面及折線滑面、運行期各工況情況下的計算簡圖見圖 。二、出口邊坡的穩(wěn)定分析計算出口邊坡的計算方法均采用Sarma法，參數(shù)取值同進口邊坡，計算工況為：1、施工期因一、二期開挖均位于強松動巖體內，破壞形式為圓弧滑動，故用瑞典條分法可尋找出圓弧滑動的最危險滑面并求得最小穩(wěn)定系數(shù)。到了三、四期開挖，開挖底線已進入完整巖體，破壞形式可能為沿裂隙面的折線滑動破壞，計算時先在從坡頂?shù)饺?、四期開挖底線范圍內用圓

9、弧法尋找出最危險滑弧，再根據(jù)此滑弧位置并結合實際情況，確定出平面折線滑動的滑面位置，分別見圖 和圖 。2、運行期運行期根據(jù)四期開挖確定的折線滑面，只考慮巖體自重+地下水與巖體自重+地下水+8度地震兩種情況。出口邊坡穩(wěn)定分析計算成果見表4。表4 不同工況及荷載組合條件下出口邊坡穩(wěn)定計算計算成果工程階段工況破壞形式參數(shù)取值計算方法穩(wěn)定系數(shù)設計安全系數(shù)施工期一期開挖圓弧滑動巖體參數(shù)瑞典條分法1.2061.2二期開挖圓弧滑動巖體參數(shù)瑞典條分法0.971.2三期開挖圓弧滑動巖體參數(shù)瑞典條分法1.7431.2折線滑動層面參數(shù)Sarma法1.15161.2折線滑動巖體參數(shù)Sarma法四期開挖圓弧滑動巖體參數(shù)

10、瑞典條分法1.6251.2折線滑動層面參數(shù)Sarma法1.23071.2折線滑動巖體參數(shù)Sarma法1.74771.2運行期巖體自重+地下水折線滑動層面參數(shù)Sarma法1.12741.2折線滑動巖體參數(shù)Sarma法1.58691.2巖體自重+地下水 +8度地震折線滑動層面參數(shù)Sarma法0.98231.1 4、地震力的計算地震力的計算采用以下公式：Q i=KQWi上式中：Wi為分條重量，KQ為水平地震加速度系數(shù)，Q i為分條上的水平地震力。以上計算結果，對8度地震，取KQ =0.2。5、計算結果分析（1）對進口邊坡，一、二期開挖均采用圓弧滑動面、巖體參數(shù)用瑞典條分法計算，求得的穩(wěn)定系數(shù)分別為1

11、.122，0.991，都不能滿足設計要求的安全系數(shù)K=1.2的要求，所以一、二期開挖時邊坡處于欠穩(wěn)定狀態(tài)。三期開挖天然狀態(tài)下，圓弧滑動面、巖體參數(shù)計算結果為1.148。用傳遞系數(shù)法對折線滑面、巖體參數(shù)與層面參數(shù)的計算結果分別為1.1865、0.8784，若要滿足K=1.2的要求，則兩種參數(shù)下的剩余下滑力分別為86.2T/M和2056T/M。三期開挖取層面參數(shù)計算時，結果不能滿足設計要求，其它兩種情況下邊坡處于基本穩(wěn)定狀態(tài)。四期開挖直線滑面取層面參數(shù)時，天然工況K =0.7849，Ks =0.7891（K-傳遞系數(shù)法計算的穩(wěn)定系數(shù)值，Ks-Sarma法計算的穩(wěn)定系數(shù)值），巖體自重+地下水工況下K

12、 =0.7217，Ks =0.7266，正常蓄水位1380情況下，K =0.7412，Ks =0.74，1380+8度地震情況下，K =0.4687，1340+8度地震情況下，K =0.5148，庫水位從1380驟降至1360工況下，K =0.6543，穩(wěn)定系數(shù)最大0.7891，最小0.4687，最大單寬剩余下滑推力6798T/M，最小3568T/M，平均5195T/M。由以上計算結果可知，四期開挖直線滑面取層面參數(shù)時，各工況下的穩(wěn)定系數(shù)值均不能達到設計標準，邊坡處于不穩(wěn)定狀態(tài)。若要將穩(wěn)定安全系數(shù)提高到設計值，所需支護力見所附圖表。四期開挖折線滑面取層面參數(shù)時（以下計算均采用傳遞系數(shù)法），天然

13、工況K=0.9128，巖體自重+地下水工況下K =0.7956，正常蓄水位1380情況下，K =0.7849，1380+8度地震情況下，K =0.5078，正常蓄水位1340情況下，K =0.8336，1340+8度地震情況下，K =0.5595，庫水位從1380驟降至1360工況下，K=0.7068，由以上計算結果可知，四期開挖折線滑面取層面參數(shù)時，各工況下的穩(wěn)定系數(shù)值仍不能達到設計標準，邊坡處于不穩(wěn)定狀態(tài)。若要將穩(wěn)定安全系數(shù)提高到設計值，所需支護力見所附圖表。四期開挖折線滑面取巖體參數(shù)時，天然工況K=1.1778，巖體自重+地下水情況下K =1.024，正常蓄水位1380情況下，K =1.0155，1380+8度地震情況下，K =0.6799，正常蓄水位1340情況下，K =1.0652，1340+8度地震情況下，K =0.7349，庫水位從1380驟降至1360工況下，K=0.9434，由以上計