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1、岩土工程界第11卷第4期边坡工程某水电站左岸缆机平台边坡失稳模式分析吴兆敬严明(成都理工大学环境与土木工程学院)摘要简要介绍了工程的地质条件,探讨了边坡在开挖状态下的失稳模式,在此基础上,采用SIGMA/W对边坡开挖的失稳模式进行了初步分析和评价。结果表明,在开挖边坡的中上部进行及时的必要支护,对抑制边坡变形具有明显作用。关键词剪应力梯度塑性区锚固70b;SN-N30bE,E(SE)N60b~80b;近EW,SN40b1工程地质条件概况~60b。开挖边坡主要由左岸坝头变形拉裂岩体组成。32开挖边坡失稳模式的地质分析岩层岩性主要为杂谷脑组第三段(T2-3z)厚层变质砂岩与薄层状粉砂
2、质,泥质板岩互层(图1),变质砂岸坡在⑴线至⑷线范围内为左岸坝头变形拉裂岩岩石坚硬,自身抗风化能力较强,风化作用主要沿岩体,深部砂板岩松弛拉裂明显,主要表现为倾倒拉裂隙和构造破碎带进行,具典型的裂隙式和夹层式裂,也有滑移压致拉裂等变形拉裂现象。岩体风化风化特征。该区深卸荷底界以外的小断层破碎带普卸荷强烈,在表层的一些部位,坡体已呈似板状的顺遍风化成土夹碎石状,结构松散,多呈强风化状;大层结构,局部甚至呈/砌块状结构0。结合现场复[1]理岩中,岩体内层间挤压错动带普遍风化成褐黄色,核,开挖边坡主要失稳模式有:遇水易软化、泥化。总体产状N0b~30bE,NWN25b(1)倾倒-滑移(
3、复合)模式:主要发育于强卸~45b,属逆向坡。岸坡中的主要结构面除f42-9断层荷表层、顺坡节理贯通的情况。一般表现为坡脚岩规模较大外,主要为小断层和顺层层间挤压破碎带。层的压缩倾倒,中上部岩体沿顺坡裂隙滑移。(2)滑移-拉裂模式:表现为坡脚部位沿中缓倾节理(张剪性)滑移,中上部沿中陡倾(长)节理张裂。岩体失稳后,常留下由陡壁、缓坡相接构成的凹腔。(3)楔形体滑动模式:由近EW向中陡小断层+SN向或NNW向中陡倾节理(倾坡外)构成的楔形体,在开挖条件小产生的滑动。左岸缆机平台上游端头内边坡可能出现滑移-张裂型失稳;下游端头内边坡可能以后两种模式为主。3开挖边坡失稳模式的有限元分析
4、3.1计算模型的建立根据边坡工程部位岩体的特性,选用弹-塑性图1横V)V工程地质剖面图模型来代表实际的岩体模型。弹-塑性模型在1)杂谷脑组第三段砂岩、板岩互层2)断层3)平洞4)钻孔5)水位线6)地层界线7)风化卸荷界线8)岩脉SIGMA/W中表述为理想弹塑性的关系。模型真实反映了岩层界限、风化界限信息,但是,为了从一般根据平硐及地表调查资料统计坝区优势节理裂意义上了解开挖下强卸荷砂板岩可能的失稳范围,隙可将该处边坡节理裂隙归为4组:N0b~30bE,暂忽略断层。模型的高程范围从1560m至2380m,NWN30b~45b,层面裂隙;N40b~70bE,SEN50b~宽1810m
5、。模型左边界在X方向上约束,底边界和1收稿日期22007-9-0355边坡工程GEOTECHNICALENGINEERINGWORLDVOL.11No.4表1岩体物理力学参数岩级岩性弹模E/MPa内聚力/MPa内摩擦角/(b)泊松比容重/MN#m-3⑶板岩350000.6350.230.0270砂岩500000.6350.20.0267大理岩290000.6350.240.0267⑵板岩350000.945.570.230.02702砂岩500000.945.570.20.0267⑵板岩350001.546.940.230.02701砂岩500001.546.940.20.026
6、7⑴砂岩500002.053.470.20.0267右边界在X、Y方向上约束。综合考虑各岩体的差异,最终确定本次计算选用的计算参数(表1)。3.2开挖分析开口线高程为2105m,开挖综合比为1B0.63,开挖过程简化为三步进行:第一步开挖至2054m,第二步开挖至2002m,第三步开挖至1960m。在2225m高程附近和开挖坡面中上部出现零应力区,前者的梯度明显高于后者。此外,在2225m高程附近还出现剪应力集中区。从开挖面顶部向下,剪应力梯度愈来愈大,在坡脚处最大;强风化底部向外,剪应力梯度愈来愈小。位移分布上,矢量位移在坡面以水平外向为主,其中在2030m高程以后兼有一定的向
7、上的位移分量。而在开挖平台位移矢量左偏向上(图2)。在强卸荷底界位移等直线密集,说明该处位移变化较大。塑性区分布上,第一步开挖后,塑性区主要集中3在T2-3z⒈层的砂岩内,其他部位零星分布;在第二33步开挖后,塑性区发展迅速,T2-3z⒈下部、T2-3z〓、3T2-3z↓层的强卸荷岩体出现大面积的塑性区。第三部开挖后,塑性区范围略有增加,但不明显(图33)。增加范围主要集中在上T2-3z〓层。可见在第二步开挖后,影响稳定的塑性区已基本形成,这是因为第三步开挖主要在弱卸荷带⑵2中进
