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1、十三陵上池面板堆石坝边坡稳定分析1999年1月水利SHUILIXUEBAO第1期十三陵上池面板堆石坝边坡稳定分析/周晓光晁华怡崔亦昊中国水利水电科学研究院岩土工程研究所,北京.100044)弋v'Tv6~t.摘要本文叙述了十三陵上池面板堆石坝风化安山岩堆石料物理力学特性,并使用确定性模型及随机模型对坝料强度进行统计分析,根据统计结果.对坝体下游边坡进行了稳定性及可靠度分析.关键词.亘丝挂互埋?丝?.堡皇坌塑:中圈号TV641.4十三陵抽水蓄能电站上池面板堆石坝位于北京的西北部地区,坝轴线处于山脊上,坝址地形变化较大,坝轴线处坝高
2、75m,下游坝脚处坝高118,0m,上游坡比为1:1.5,下游坡比为1:1,75,坝基为强风化的安山岩.且存在断层和软弱夹层,坝体填筑为池盆开挖料,池盆开挖料和大坝填筑堆石料基本保持平衡.但池盆开挖后发现,材料风化较强,细粒含量较高,且均匀性差,为了尽量利用该软岩筑坝,提高池盆开挖料的利用率,节约工程投资,对坝体断面进行了优化分区,即轴线下游480m高程以上填筑强风化安山岩,其他部位填筑新鲜安山岩(见图2).下游区软岩料的使用,增加了人们对下游边坡稳定的关注,本文着重分析了下游边坡的稳定性1材料的力学特性表2为了了解强风化安山岩
3、料的物理力学特性,开展了大量的试验工作,试验结果汇总于表1及表1风化安山岩材料特性1.1母岩的单轴抗压强度及软化系数岩石的单轴抗压强度及软化系数是描述堆石料的抗压碎抗剪本文于1997年11月lO日收到能力的重要指标由表1知,岩石干燥状态下的单轴抗压强度在589～206.9MPa之间,软化系数在0.16～0.96之间,说明材料极不均匀.部分材料易于软化.为了进一步了懈上坝料的变化情况,在坝体填筑过程中亦对岩石抗压强度进行测定.并分高程进行统计(见表3),3个高程段岩石干抗压强度的均值分别为82.7,111,153MPa,可见虽然岩
4、石风化较强.但安山岩仍具有较大的强度,且随开挖深度的增加,岩块质量明显变好.表2风化安山岩材料抗剪强度填筑高程/m均值标准差样车邑数(十)1.2堆石的颗粒级配特性(1)小于5mm颗粒含量d.国外规定硬岩堆石料中小于25ram的颗粒含量不超过40%,而目内无此种筛,仅对小于5mm的颗粒含量加以限定,堆石料小于5mm的颗粒能充填到堆石空隙中,有助于增加堆石料的压实密度,提高强度,减少坝体变形,已有的工程资料表明,小于5ram颗粒含量一般不超过20%.十三陵强风化安山岩堆石料试验材料小于5ram颗粒含量在4%～19%之间(表1),坝体
5、各高程段实际填筑料小于5mm颗粒含量平均值分别为13.1%,17.5%,14.5%(表3),均小于20%.(2)材料不均匀系数r/.良好级配的堆石料易于获得低压缩性的填筑体,土工试验规程规定,材料不均匀系数大于5时属良好级配.由表1知,试验材料的不均匀系数在5～37之间,说明材料级配良好;根据坝体施工质检结果对材料不均匀系数统计结果见表3.可见尽管不均匀系数的离散性较大,但r/>5的保证率达到84%1.3抗剪强度特性堆石料在剪切过程中,由于受应力作用颗粒将发生破碎,强度呈非线性,即材料的内摩擦角≠值随周围压力的增加而减小1
6、978年由邓肯提出的双曲线破坏模式给出了两者之间关系,可由下式表示:1,=0～,a4,1ogI】,(1),j,一56—这里,,△为材料的试验参数由表2知材料非线性参数分别为384～48.0.,0～16.2.,其平均值分别为45.1.,7.8..研究表明硬岩堆石n,分别为54.4.,10.4.[,由此看风化安山岩堆石料抗剪强度0值较硬岩堆石低,而值随侧向应力的变化幅度较硬岩堆石小.1.4渗透特性由表l知,材料渗透系数最大值,最小值分别为3.1×10'.,6.2×10cm/s,平均值为8.2×10cm/s,材料渗透性较大.2边坡稳定
7、分析2.1确定性分析2.1.1分析方法园弧滑动采用简化的毕肖普法来佶算坝体下游边坡稳定,沿坝体与坝基分界面的非园弧滑动采用改进的摩根斯顿——泼赖斯法.最小安全系数与相应的滑动面应用最优化方法获得2.1.2材料参数在边坡稳定分析中为了选择较为合理的强度参数,对室内试验所获得的材料凝聚力和内摩擦角(tan)值按小值平均的概念进行整理分析(1)线性参数.就表2试验结果取平均值C,tan,然后再将小于,tan的数再取平均,可以获得C,tan的小值平均数e,tan.由试验结果可知:直剪试验C,tan平均值分别为140kPa,0.859,其
8、小值平均数分别为84.3kPa,0.788;三轴试验C,tan平均值分别为47.7kPa,0.77,其小值平均数分别为26.OkPa,0.68.考虑到三轴压缩与直剪试验方法的差异,稳定分析中C,tan的取值分别为20.OkPa,0.7.(2)非线性参数.o,△的
