張 君 毅

(中國(guó)電建集團(tuán)　華東勘測(cè)設(shè)計(jì)研究院有限公司，浙江 杭州　310014)

?

基于Phase2的巖質(zhì)邊坡穩(wěn)定性分析

張 君 毅

(中國(guó)電建集團(tuán)華東勘測(cè)設(shè)計(jì)研究院有限公司，浙江 杭州310014)

依托大型水電工程大崗山水電站，采用Phase2有限元軟件，建立了大崗山右岸邊坡二維數(shù)值模型，對(duì)右岸纜機(jī)平臺(tái)邊坡穩(wěn)定性進(jìn)行了模擬分析，研究成果對(duì)邊坡穩(wěn)定性的評(píng)價(jià)提供了依據(jù)。

邊坡，數(shù)值模型，變形規(guī)律，穩(wěn)定性

0　引言

隨著我國(guó)現(xiàn)代化建設(shè)事業(yè)的迅速發(fā)展，在各類(lèi)工程的建設(shè)過(guò)程中不可避免的形成了大量的邊坡工程，特別是在水利水電設(shè)施中，巖質(zhì)邊坡和高陡邊坡穩(wěn)定性問(wèn)題愈加凸顯。而高陡邊坡的穩(wěn)定性對(duì)人員和財(cái)產(chǎn)的安全性，工程建設(shè)的可行性，建設(shè)投資的控制性以及運(yùn)營(yíng)的安全性都有著重大影響。因此邊坡穩(wěn)定性問(wèn)題特別是高陡邊坡的穩(wěn)定性問(wèn)題一直是巖土工程的一個(gè)重要研究?jī)?nèi)容。

大崗山右岸邊坡巖體處于高地應(yīng)力場(chǎng)中，邊坡逐級(jí)開(kāi)挖的過(guò)程給邊坡巖體初始地應(yīng)力場(chǎng)帶來(lái)不小的干擾。這一結(jié)果首先可能對(duì)邊坡變形的穩(wěn)定性帶來(lái)嚴(yán)重的影響，其次可能對(duì)工程的安全運(yùn)行以及壩體的正常工作產(chǎn)生不利的影響。從而，對(duì)右岸邊坡的穩(wěn)定性進(jìn)行分析是保證壩肩高邊坡施工和運(yùn)行期穩(wěn)定的關(guān)鍵性問(wèn)題。

1　工程概況

大崗山水電站是大渡近年建設(shè)的大型水利工程，其右岸邊坡岸坡陡峻，地質(zhì)條件復(fù)雜，層間擠壓破碎帶、順坡卸荷裂隙及深部裂縫發(fā)育。從巖體結(jié)構(gòu)分析，對(duì)邊坡穩(wěn)定性起控制作用的結(jié)構(gòu)面主要為斷層、巖脈和巖層破碎帶以及兩條深部裂隙帶等。本文采用有限元軟件Phase2建立了大崗山右岸邊坡的二維數(shù)值模型，并對(duì)其開(kāi)挖過(guò)程中邊坡的變形規(guī)律進(jìn)行了研究，基于研究結(jié)果，進(jìn)一步對(duì)其邊坡的穩(wěn)定性進(jìn)行了客觀地評(píng)價(jià)。

2　模型建立及參數(shù)選取

2.1數(shù)值模型建立

大崗山右岸邊坡地質(zhì)復(fù)雜，在建立模型時(shí)，為了分析研究右岸邊坡穩(wěn)定性，選取右岸邊坡一剖面進(jìn)行建模。數(shù)值模型網(wǎng)格選用最基本的三角形單元，包含5 438個(gè)單元，其中壩體單元5 072個(gè)，其余為開(kāi)挖單元。模型網(wǎng)格對(duì)風(fēng)化的界線，巖體質(zhì)量分類(lèi)的界線，以及斷層巖脈等進(jìn)行了加密，對(duì)其進(jìn)行精細(xì)的模擬和分析。對(duì)邊坡所處位置的地形地貌條件、河谷對(duì)稱(chēng)性，以及邊坡的荷載方向等因素進(jìn)行充分的考慮，二維數(shù)值模型在垂直河流方向、平行河流方向以及河流底部均采用法向支座約束。圖1分別給出了右岸邊坡開(kāi)挖前與開(kāi)挖后的模型圖。

2.2數(shù)值力學(xué)參數(shù)

工程邊坡巖體有限元計(jì)算力學(xué)參數(shù)的確定主要通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)的地質(zhì)調(diào)查，再對(duì)地層巖性、巖體質(zhì)量分級(jí)和強(qiáng)度等進(jìn)行了深入仔細(xì)研究，對(duì)控制邊坡穩(wěn)定性的結(jié)構(gòu)面及巖石力學(xué)參數(shù)作了如下選取，見(jiàn)表1。

表1　大崗山邊坡巖體有限元計(jì)算力學(xué)參數(shù)

巖體參數(shù)變模/GPa泊松比干密度/kN·m-3f'c'/MPaⅡ類(lèi)20.00.25026.51.32.000Ⅲ1類(lèi)8.50.27026.21.21.500Ⅲ2類(lèi)6.00.30026.21.01.000Ⅳ類(lèi)2.00.35025.80.80.700Ⅴ類(lèi)0.300.37524.50.5430.175

3　數(shù)值模擬分析

為了分析纜機(jī)平臺(tái)右岸邊坡在開(kāi)挖過(guò)程中的變形規(guī)律，沿邊坡從上至下總共選取了9個(gè)關(guān)鍵點(diǎn)，邊坡在開(kāi)挖過(guò)程中每個(gè)關(guān)鍵點(diǎn)的水平和豎直位移隨開(kāi)挖的變化曲線和開(kāi)挖后的位移云圖分別如圖2和圖3所示。

由模擬結(jié)果可知，一方面隨著邊坡開(kāi)挖的逐級(jí)進(jìn)行，由其造成的回彈變形規(guī)模逐漸增大；另一方面邊坡的逐級(jí)開(kāi)挖對(duì)邊坡變形的影響由遠(yuǎn)到近逐步加強(qiáng)。分析邊坡開(kāi)挖過(guò)程中每一級(jí)的變形增量可知，右岸纜機(jī)平臺(tái)右岸邊坡在下挖過(guò)程中，各開(kāi)挖步產(chǎn)生的最大水平變形增量從1.0 mm增大到12.2 mm，且各開(kāi)挖步產(chǎn)生的水平變形增量均指向臨空面方向。若不及時(shí)進(jìn)行支護(hù)，邊坡在以后的開(kāi)挖過(guò)程中可能會(huì)形成以卸荷裂隙為底滑面的整體失穩(wěn)。

4　結(jié)語(yǔ)

本文采用有限元軟件Phase2建立了大崗山右岸邊坡二維數(shù)值模型，并對(duì)其開(kāi)挖過(guò)程中的變形進(jìn)行了分析。其根本的原理是先將開(kāi)挖邊坡體離散為有限個(gè)用節(jié)點(diǎn)連接的單元體，然后在單元節(jié)點(diǎn)上施加荷載和設(shè)置約束條件，最后對(duì)開(kāi)挖過(guò)程模擬進(jìn)行邊坡的求解，得出單元中的變形隨開(kāi)挖的變化曲線和位移云圖。通過(guò)對(duì)變形隨開(kāi)挖的變化過(guò)程進(jìn)行分析，判斷邊坡在開(kāi)挖過(guò)程中穩(wěn)定性，來(lái)為邊坡穩(wěn)定性評(píng)價(jià)和開(kāi)挖方式的選擇提供依據(jù)。

[1]陳祖煜.巖質(zhì)邊坡穩(wěn)定:原理·方法·程序[M].北京:中國(guó)水利水電出版社,2005.

[2]宋勝武,鞏滿福,雷承弟.峽谷地區(qū)水電工程高邊坡的穩(wěn)定性研究[J].巖石力學(xué)與工程學(xué)報(bào),2006,25(2):226-234.

[3]歐湘萍,白楷,朱云升,等.基于FLAC3D的強(qiáng)度折減法邊坡穩(wěn)定性分析[J].武漢理工大學(xué)學(xué)報(bào),2009,31(9):31-32.

[4]張劍.基于ANSYS的露天礦坑巖質(zhì)高邊坡穩(wěn)定分析[J].山西建筑,2016,42(6):72-73.

The stability analysis of rock slope based on Phase2

Zhang Junyi

(PowerChinaHuadongEngineeringCorporationLtd.,Hangzhou310014,China)

Based on Dagangshan Hydropower Station of large hydropower engineering, using Phase2 finite element software, this paper established the Dagangshan right bank slope two-dimensional numerical simulation, simulated and analyzed the slope stability of right bank cable machine platform, the research results provided basis for slope stability evaluation.

slope, numerical model, deformation law, stability

1009-6825(2016)23-0074-02

2016-06-09

張君毅(1985- )，男，工程師

TU413.62

A