渗流-应力耦合作用下边坡支护稳定性分析

来源 :兰州交通大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:by_huang
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随着大型工程的建设,出现了大量的边坡工程。一方面,影响边坡稳定性的因素各不相同,典型的对抽水蓄能电站泄洪洞库岸边坡,影响其稳定性最大的便是水位的变化。水位的变化会导致库区沿岸渗流场和应力场相互作用,最终影响边坡的稳定性,进而有可能诱发滑坡灾害。而库岸边坡一旦发生滑坡灾害,不仅危害库区健康,而且有可能出现大坝漫顶情况,严重威胁下游的生命和财产安全;另一方面,边坡的支护方案设计和效果分析,一直以来是边坡研究的重点和热点,然而对于考虑渗流-应力耦合作用的方案设计和效果分析却不够全面。因此,有必要对库岸边坡库水位变化引起的渗流-应力耦合作用进行分析,并在此基础上探讨支护效果。本文以某抽水蓄能电站下水库泄洪洞边坡工程为例,结合渗流-应力耦合理论,动态的分析水位变化,对比不同上升或下降速度和不同上升或下降高程,边坡的变形特征、滑移类型及稳定特性,并进一步分析考虑渗流-应力耦合作用下边坡的支护效果。取得的成果如下:(1)基于渗流-应力耦合理论,分析了库水位上升和下降初始状态,即最低和最高稳态库水位边坡的稳定性,并和不考虑渗流工况进行了对比。结果表明:最低水位时稳定系数为1.426,相比于不考虑渗流工况稳定系数1.492有降低;最高水位时稳定系数为1.527,比不考虑渗流工况稍稍增大。因此可以说明低水位较不利于边坡稳定,而高水位有利于边坡稳定。(2)采用FLAC3D自编FISH函数实现了库水位的动态变化,通过对比孔隙水压力、位移场、应变增量及稳定系数的变化,分析了该边坡的变形特征、滑移类型及稳定特性。结果表明:库水位上升浸润线呈“下凸状”,下降则呈“上凸状”,且水位变化速度越快,“下凸”或“上凸”越显著;库水位上升位移和应变增量均较小,下降位移和应变增量则迅速增大;库水位上升坡体趋于整体滑移,库水位下降则会发生一阶坡的局部滑移,且随下降速度的增大越来越明显;稳定性计算表明,随库水位上升,稳定系数逐渐增大,速度越大增幅越大,当上升到最高水位时,出现降低;随库水位下降,稳定系数迅速降低,速度越大降幅越大,当到达最低水位稳态时,稳定系数发生回升。因此,对于该工程,水位从死水位上升蓄水时,可以适当加大上升速度,但要控制水位上升的高度,而在泄洪时,则尽可能限制水位的下降速度。(3)根据支护技术和渗流-应力耦合工况计算的潜在滑裂面位置,提出了综合的治理措施,即以预应力锚索为主导的支护措施。并用单因素和多因素试验法分析了预应力锚索参数的支护效果及敏感性,优化了治理方案,对比了优化方案施加后的效果。得到的结论如下:(1)单因素试验表明:随锚索预应力和锚固端直径的增大,对支护效果存在一个“拐点”,当超过这一“拐点”则对支护效果影响有限,本工程为1000 k N和50 mm;锚固角存在一个“最优区间”为20°~30°;考虑规范要求和安全储备的间距取3.0 m。(2)多因素试验表明:锚索预应力、锚固角、间距、及锚固端直径计算所得的极差分别为0.05、0.02、0.16及0.02,所以各参数对支护效果的敏感性为:间距>预应力>锚固角=锚固端直径。(3)优化的治理方案施加后,水平位移由-22.89 mm降为-11.05 mm,总位移由32.81mm降为17.25 mm,剪切应变增量由7.54×10-3降为3.78×10-3,稳定系数由1.148增至1.426,增大24.22%,坡体的变形得到抑制、滑移方式发生改变、稳定性显著提高。本文研究成果可为该泄洪洞库岸边坡工程蓄泄调度,水位升降速度取定提供一定指导,同时也对该地区同类型工程稳定性分析和支护结构施加,提供理论和设计依据。
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