西南某水电站拱肩槽高边坡稳定性的二维有限元分析.pdf

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1、第13卷第2期地质灾害与环境保护Vol.13No.22002年6月Journalofgeological~azardsandenvironmentPreservationJune2002文章编号:1006-4362(2002D02-0080-05西南某水电站拱肩槽高边坡稳定性的二维有限元分析王芳其李天斌梁虹(成都理工大学成都610059D摘要:采用数值模拟方法研究和论证我国西南某水电站拱肩槽高边坡的稳定性O重点对左岸拱肩槽边坡在自然状态下和施工开挖过程中以及开挖后的应力~应变场特征和演化规律进行了二维有限元分析并据此对边坡的稳定性进行分析与评价为设计

2、和施工提供了科学依据O关键词:水电站拱肩槽边坡;稳定性;有限元中图分类号:416.13文献标识码:A西南某水电站地处高山峡谷区岸坡陡峻地势大部分基岩裸露坡面完整谷肩高程800m以上O险要O该电站坝型为混凝土双曲拱坝拱肩槽工程边左岸拱肩槽上游侧开挖边坡高度55~200m最高坡最高可达250mO为确保施工期间和工程运营后可达250m出现在440~460m拱圈高程一带下拱肩槽边坡的安全开展拱肩槽边坡稳定性研究有游侧开挖边坡高度20~60m总体坡比为10.3O十分重要的工程实践意义O本文采用数值模拟方法左岸拱肩槽边坡主要涉及二叠系上统P2B6-对左岸拱肩槽边

3、坡整体稳定性进行研究和论证OP2B12岩流层为高强度的玄武岩和角砾(集块D熔岩O岩流层一般厚25~40m较平缓倾角3~5(图1工程地质条件概述1DO拱肩槽边坡部位地貌上为峡谷段谷坡高陡绝图1坝区地质概况横剖面图Fig.1Crosssectionofgeologicalsurveyofthedamarea收稿日期:2002-01-11第13卷第2期王芳其~李天斌~梁虹:西南某水电站拱肩槽高边坡稳定性的二维有限元分析81边坡以层状结构岩体为主无大的断层发育主力学参数差别较大因此按风化程度将边坡岩体分要结构面为层间~层内错动带及随机裂隙0层间错动为强卸荷岩

4、体~弱上风化岩体~弱下风化岩体~微新带发育于各岩流层之间产状平缓(倾角10~20)岩体等几种材料每一种材料概化为均质各向同性在左岸缓倾山内;在平硐中可见迹长较短一般为介质岩体风化卸荷界限以拱肩槽边坡径向剖面图25~35m地表则较长一般为400~600m;错动带为准0为了研究层间错动带这一软弱结构面对拱肩起伏粗糙宽度在5~15cm之间主要由岩块~角砾槽高边坡整体稳定性影响计算中将其作为无厚度和少量岩屑组成0层内错动带较层间错动带规模小的Goodman节理单元及等厚度的实体单元分别予但分布广数量多一般不切穿岩流层多数分布于以考虑以便考察软弱结构面的模拟方

5、式不同对计岩流层中下部;延伸长度一般为40~60m宽度一算结果的影响0层内错动带由于规模较小且主要发般小于5cm局部可大于10cm少数错动较强烈育在各岩流层中因此它们对边坡整体稳定性的影的其影响带宽度可达100~200cm0岩体中裂隙较响不大在模拟中仅以弱化岩体的力学参数来考虑0发育但都较短小一般可见迹长1~3m大者可达2.2模型范围及边界条件5m左右主要受层间~层内错动带限制;主要有三根据概化剖面~地形特征以及初始应力场特征组优势裂隙分别为SN/5~20N50~60/确定了计算模型范围及边界条件0模型范围为:水平N15~20/N15~20走向较分散

6、裂方向右侧以河流中心线为界左侧以谷肩平台为边面多平直粗糙在卸荷带岩体中分布较密集多有张界;垂直方向计算模型以0m高程线为底线顶界开及充填而在微新岩体中裂隙较少嵌合紧密无为自然边坡坡面线0充填0在自重应力场作用下计算模型两侧的垂向边拱肩槽部位地下水为裂隙水平硐中多见湿润界采用水平方向约束底边界采用垂直方向约束0在滴水现象只有少数地段出现线状流水情况0由于构造应力场作用下计算模型的底边界和右侧边界岩体坚硬少量地下水对边坡稳定性影响不大0(河床)均为约束边界左侧边界(山体侧边界)为应力边界施加由岩体自重应力和构造应力叠加而成2计算模型建立的地应力0边界地应

7、力的确定过程如下:依据坝区地2.模型的概化应力的反演成果(据柴贺军2001)获取计算模型边本文选择了左岸拱肩槽开挖坡高最高的径向剖界处的主应力并利用应力坐标变换公式求得计算面440进行平面有限元计算0为了反映拱肩槽高模型方向的应力分量进一步沿高程回归分析得到边坡岩体的非均质性首先进行了地质模型的概化0边界应力(y)与高程(I)的线性关系式即y=边坡表面的第四系堆积体作为一种介质单独考虑00.0163I+14.9540角砾熔岩与致密玄武岩力学参数差别不大在有限2.3岩土体力学参数元计算中将其考虑为一种材料0岩体的风化卸荷特根据现场试验成果和工程地质类比

8、分析确定征对边坡稳定性影响较大且不同风化状态的岩体计算模型岩土体物理力学参数如表1所示0表计算模型岩土体物理