岩質邊坡穩定計算

2022-12-05 10:00:04 字數 3281 閱讀 5502

引水發電洞進口及出口高邊坡穩定分析計算

一、進口邊坡的穩定分析計算

進口邊坡為斜向結構,一、二期開挖底線均在強鬆動岩體下限以上,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,並求出穩定係數。對三期及四期開挖,除可能在強鬆動岩體內發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範圍內找出最危險滑弧,並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引數(層面引數和岩體引數)分別計算出相應的穩定係數。

1、計算方法

對圓弧滑動面,穩定計算採用瑞典條分法,設計安全係數取k=1.2。

瑞典條分法法的基本假定是:

(1)剪下面是個圓弧,所以安全係數k可根據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,穩定計算採用傳遞係數法,並用sarma法進行較核,設計安全係數根據不同的計算工況取不同的值。

傳遞係數法是極限平衡條分法中的一種,也叫剩餘推力法,其基本假設為條塊間的相互作用力的方向平行於上一條塊的底滑面,各條塊的剩餘下滑力計算公式如下:

fi=(wisinαi+qicosαi)-(cili/k+(wicosαi-ui-qisinαi)fi/k)+fi-1.ψi-1

式中:ψi-1=cos(αi-1-αi)-fisin(αi-1-αi)/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,ψi-1稱為傳遞係數,k為安全係數。

2、計算引數取值

邊坡的滑動破壞形式可分為沿層面或裂隙面的破壞和在岩體內的破壞,前者計算時,滑動面按層面引數計算,抗剪強度指標見表1。後者滑動面按岩體引數計算,抗剪強度指標見表2。

表1層面或裂隙面的強度引數

表2岩體的結構面強度引數

3、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,四期以後為水庫的執行期,根據現狀及水庫蓄水後的執行特點,穩定分析包括現狀天然條件,不同庫水位,考慮**力時的不同庫水位及水庫水位變化(滲透壓力)等不同工況。其中執行期不同庫水位考慮了正常蓄水位1380及蓄水位1340兩個特徵水位,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定計算計算成果

傳遞係數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引數取值時,若為層面引數,則c、f值分別取表1中的值,若為岩體引數,則c、f值取表2中的值。四期開挖直線滑面及折線滑面、執行期各工況情況下的計算簡圖見圖 。

二、出口邊坡的穩定分析計算

出口邊坡的計算方法均採用sarma法,引數取值同進口邊坡,計算工況為:

1、施工期

因一、二期開挖均位於強鬆動岩體內,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並求得最小穩定係數。到了

三、四期開挖,開挖底線已進入完整岩體,破壞形式可能為沿裂隙面的折線滑動破壞,計算時先在從坡頂到

三、四期開挖底線範圍內用圓弧法尋找出最危險滑弧,再根據此滑弧位置並結合實際情況,確定出平面折線滑動的滑面位置,分別見圖和圖 。

2、執行期

執行期根據四期開挖確定的折線滑面,只考慮岩體自重+地下水與岩體自重+地下水+8度**兩種情況。

出口邊坡穩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定計算計算成果

4、**力的計算

**力的計算採用以下公式:

q i=kq×wi

上式中:wi為分條重量,kq為水平**加速度係數,q i為分條上的水平**力。

以上計算結果,對8度**,取kq =0.2。

5、計算結果分析

(1)對進口邊坡,一、二期開挖均採用圓弧滑動面、岩體引數用瑞典條分法計算,求得的穩定係數分別為1.122,0.991,都不能滿足設計要求的安全係數k=1.2的要求,所以

一、二期開挖時邊坡處於欠穩定狀態。

三期開挖天然狀態下,圓弧滑動面、岩體引數計算結果為1.148。用傳遞係數法對折線滑面、岩體引數與層面引數的計算結果分別為1.

1865、0.8784,若要滿足k=1.2的要求,則兩種引數下的剩餘下滑力分別為86.

2t/m和2056t/m。三期開挖取層面引數計算時,結果不能滿足設計要求,其它兩種情況下邊坡處於基本穩定狀態。

四期開挖直線滑面取層面引數時,天然工況k =0.7849,ks =0.7891(k-傳遞係數法計算的穩定系數值,ks-sarma法計算的穩定系數值),岩體自重+地下水工況下k =0.

7217,ks =0.7266,正常蓄水位1380情況下,k =0.7412,ks =0.

74,1380+8度**情況下,k =0.4687,1340+8度**情況下,k =0.5148,庫水位從1380驟降至1360工況下,k =0.

6543,穩定係數最大0.7891,最小0.4687,最大單寬剩餘下滑推力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引數時,各工況下的穩定系數值均不能達到設計標準,邊坡處於不穩定狀態。若要將穩定安全係數提高到設計值,所需支護力見所附圖表。

四期開挖折線滑面取層面引數時(以下計算均採用傳遞係數法),天然工況k=0.9128,岩體自重+地下水工況下k =0.7956,正常蓄水位1380情況下,k =0.

7849,1380+8度**情況下,k =0.5078,正常蓄水位1340情況下,k =0.8336,1340+8度**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引數時,各工況下的穩定系數值仍不能達到設計標準,邊坡處於不穩定狀態。若要將穩定安全係數提高到設計值,所需支護力見所附圖表。

四期開挖折線滑面取岩體引數時,天然工況k=1.1778,岩體自重+地下水情況下k =1.024,正常蓄水位1380情況下,k =1.

0155,1380+8度**情況下,k =0.6799,正常蓄水位1340情況下,k =1.0652,1340+8度**情況下,k =0.

7349,庫水位從1380驟降至1360工況下,k=0.9434,由以上計算結果可知,四期開挖折線滑面取岩體引數時,除**及水位驟降工況下穩定係數完全不能滿足設計要求的k=1.1外,其它工況下的穩定系數值基本能達到設計標準,邊坡處於基本穩定狀態。

(2)對出口邊坡,根據上表4的計算結果,除二期開挖、三期開挖折線滑面取層面引數、執行期岩體自重+地下水折線滑面取層面引數及庫水位從1380驟降至1360四種工況下穩定係數不能滿足要求外,其它工況穩定係數均大於設計要求值,故出口邊坡整體處於穩定狀態。

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