向家壩地下廠房進(jìn)水口邊坡穩(wěn)定性分析及邊坡加固措施

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1、向家壩地下廠房進(jìn)水口邊坡穩(wěn)定性分析及邊坡加固措施摘要：運(yùn)用波前法進(jìn)行有限元法求解，對向家壩地下廠房進(jìn)水口邊坡進(jìn)行了三維非線性有限元計(jì)算分析，對其穩(wěn)定性進(jìn)行安全評價，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，由于邊坡結(jié)構(gòu)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(jìn)行的保證。本文以向家壩地下廠房進(jìn)水口邊坡為例，通過三維非線性有限元計(jì)算分析，對

2、進(jìn)水口邊坡的整體穩(wěn)定進(jìn)行安全評價，并提出邊坡加固的工程處理措施。二、邊坡開挖方式和分析方法向家壩地下廠房進(jìn)水口邊坡開挖方式為分層開挖、逐層開挖逐層加固。計(jì)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(jìn)行編號，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結(jié)構(gòu)時，剩下單元和結(jié)點(diǎn)的編號仍然是連續(xù)的，且和初始單元和結(jié)點(diǎn)編號一致。三、計(jì)算工況及荷載組合本次研究分別對施工期、運(yùn)行期等多種工況進(jìn)行計(jì)算。計(jì)算工況對應(yīng)的荷載組合如表1所示。計(jì)算荷載包括：水荷載(包括地下水和水庫蓄水)、巖

3、體自重、地震荷載、巖錨荷載以及地應(yīng)力作用等，用A1～A6表示。工況及荷載組合如下表1所示：表1計(jì)算工況及荷載組合計(jì)算工況荷載組合庫水位（m）工況1(施工開挖)A2+A5工況2（運(yùn)行期考慮地震作用）A1+A2+A3+A5380.0工況3（正常運(yùn)行）A1+A2+A5380.0工況4（考慮滲流作用）A1+A2+A3+A5+A6380.0工況5（運(yùn)行采取加固措施）A1+A2+A4+A5380.0A1——水荷載；　　A2——結(jié)構(gòu)自重；A3——地震荷載；A4——巖錨荷載；A5——地應(yīng)力作用；A6——滲透力作用。四、邊界條件和計(jì)

4、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(jì)算假定：(1)在進(jìn)水口邊坡面上低于相應(yīng)水位的節(jié)點(diǎn)滿足第一類邊界條件，即滿足滲流分析中的Dirichlet條件，故取固定水頭，其值為相應(yīng)的水位值；(2)在Z=60.0平面上，采用隔水層邊界；五、計(jì)算成果1．工況1計(jì)算結(jié)果（1）位移計(jì)算成果邊坡坡面上最大回彈位移為9.85mm，位于②號機(jī)縱剖面附近。引水隧洞進(jìn)水口底板處出現(xiàn)整個開挖面位移最大位置，其最大值達(dá)

5、到20.08mm。（2）應(yīng)力計(jì)算成果進(jìn)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)0.85～1.08MPa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0.85～3.73MPa之間，隨著坡面深度的增加，壓應(yīng)力值也逐漸增加。2．工況2在開挖完畢后，下閘蓄水至380.0m高程時，水荷載作用在進(jìn)水口邊坡巖體上產(chǎn)生的變形和應(yīng)力分布如下所述：（1）位移計(jì)算成果進(jìn)水口邊坡底板的最大位移為17.318mm，比施工開挖時減少2.76mm。進(jìn)水口邊坡坡面上位移的變

6、化量要小于底板，最大僅在1mm左右。邊坡上的最大位移值為9.15mm。（2）應(yīng)力計(jì)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0.5MPa左右。應(yīng)力分布規(guī)律基本與工況1相同。3．工況3工況3是在工況2的基礎(chǔ)上不考慮地震荷載時對進(jìn)水口邊坡進(jìn)行計(jì)算分析，并將其計(jì)算結(jié)果與工況2進(jìn)行對比分析。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7.88mm，小于運(yùn)行期考慮地震荷載時的最大位移9.15mm。進(jìn)水口底板處的最大位移略有加大，為17.634mm，工況2下為17.318mm，是由該處位移Y方向分量與地

7、震荷載方向相反所致。就整個進(jìn)水口邊坡坡面的位移變化趨勢來看，位移的變化主要出現(xiàn)在地震荷載所加的方向上，進(jìn)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小。從拉應(yīng)力的分布形態(tài)來看，當(dāng)運(yùn)行期不考慮地震荷載時，最大拉應(yīng)力依然出現(xiàn)在軟弱夾層處，為1.26MPa左右，相比考慮地震荷載時邊坡坡面巖體出現(xiàn)的拉應(yīng)力要有所減小。計(jì)算結(jié)果表明，地震荷載對進(jìn)水口邊坡的安全系數(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380.0m高程時，計(jì)算分析滲流作用對進(jìn)水口邊坡巖體位移變

8、形和應(yīng)力分布的影響，并計(jì)算運(yùn)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。根據(jù)有限元計(jì)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(dāng)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0.8mm左右。雖然從位移上看，水位驟降對邊坡的整體