某水电站进水口边坡岩体开挖支护稳定性分析.pdf

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1、第44卷第17期人民长江Vo1．44．No．172013年9月YangtzeRiverSep．，2013文章编号：1001—4179(2013)17—0056—04某水电站进水口边坡岩体开挖支护稳定性分析张存慧，肖明，张志国(1．长江勘测规划设计研究院枢纽处，湖北武汉430010；2．武汉大学水资源与水电工程科学国家重点实验室，湖北武汉430072)摘要：金沙江下游某大型水电工程进水口边坡高陡，岩体风化层较厚，地质条件复杂。为分析施工期及运行期边坡的安全性，以具体指导边坡支护施工，采用三维弹塑性损伤有限元法对边坡施工期、运行期及地震荷载作用下的岩体破坏区、

2、塑性区、位移、应力及支护系统受力等方面进行了系统分析。结果表明，边坡整体稳定性较好，各工况下边坡的安全稳定性可以得到保证，该成果已成功应用于工程实践。关键词：高边坡；三维有限元；稳定性；进水口中图法分类号：TV732．1文献标志码：A本文针对该工程进水口边坡，采用三维弹塑性损伤有1工程概况限元法对边坡施工期、运行期及地震荷载作用下边坡金沙江下游某大型水电工程左右岸地下各布置6的稳定性进行系统研究，相关成果已成功应用于工程台单机容量850MW的水轮发电机组。其中，左岸进实践，从而证明了研究结论的可靠性。水口位于近坝库岸，采用岸塔式结构。进水塔建基面2数值计算

3、分析模型高程为911．5m，建基面至950m高程为直立边坡，950m高程以上开挖坡比为1：0．1，每30m高设一级2．1计算模型宽3m的马道，两级马道中间15m处设0．5II1宽施工建立包括进水口边坡、引水隧洞及拱坝坝肩等在作业台坎，进水口边坡最大开挖高度为180113。边坡内的整体三维边坡模型。计算模型共划分等参单元岩层主要为落雪组第一段(Pt)巨厚一中厚层状灰64021个。模型坐标原点位于1号引水隧洞中心线，岩、落雪组第二段(Pt。)互层状大理岩化白云岩，围岩轴与引水隧洞轴线方向相同，指向下游为正，计算范类别以Ⅲ类为主，强卸荷带深度为l0～36m，弱卸

4、荷围322．32m。Y轴与引水隧洞轴线方向垂直，从6号带深度为12～25m。进水口边坡采用系统锚杆整体引水隧洞指向1号引水隧洞为正，计算范围319．0m。加固，并辅以一定的预应力锚索、喷混凝土、排水等措z轴与大地坐标重合，向上为正，计算范围362．94m。施。坡面喷10cm厚素混凝土。950m高程以下直立边坡工程分9期开挖，其中1—7期为边坡开挖，第8，边坡锚杆为32，L=9．0m@1．5mx1．5m；洞脸锁9期为引水隧洞间隔开挖。岩体本构模型采用基于口锚杆为2层32，L=12．0m@1．2m×1．2m；950zP屈服准则的弹塑性损伤本构模型，数值计算模型

5、见m高程以上，每级边坡坡顶设两排系统砂浆锁口锚杆，图1，岩体力学参数取值见表1。参数为32，，J=9．0m@2．0m×2．0m；坡面系统支护锚杆为25，L：6．0m@2．0m×2．0m。每隔一级2．2计算工况及荷载边坡坡顶设两排2000kN级预应力锚索，锚索长30依据相关行业设计规范，计算工况包括：施工1TI、间距4．5m。工况，正常运行工况，地震工况。目前，针对边坡工程已开展了较多的研究。静力分析时，初始地应力场采用自重应力场，侧压收稿日期：2013—06—17作者简介：张存慧，男，高级工程师，博士，主要从事水电站建筑结构设计科研工作。E—mail：zh

6、angcunhui@cjwsjy．corn．(31第l7期张存慧，等：某水电站进水口边坡岩体开挖支护稳定性分析59MPa，均在其承载范围内。喷混凝土第一主应力范围实际施工过程中需加强该部位的支护。为0～一0．01MPa，第三主应力分布范围为0～0．03(2)各工况下边坡岩体破坏区深度均小于系统锚MPa，应力较小。杆的锚固长度，岩体第三主应力小于其抗拉强度，系统(2)正常运行工况下，锚杆最大应力约为34．1支护受力均小于其屈服强度，支护设计方案合理，边坡MPa，比施工期增大约2．1MPa；预应力锚索、喷混凝土整体稳定性满足要求。的应力调整甚微。参考文献：(3

7、)地震荷载施加完后，锚杆、锚索应力值较正常[1]谭儒蛟，李明生，徐鹏逍，等．地震作用下边坡岩体动力稳定性数值模拟[J]．岩石力学与工程学报，2009，28(s2)：3986—3992．运行工况有所调整，但调整幅度较小。锚杆应力均小[2]冷先伦，盛谦，廖红建，等．反倾层状岩质高边坡开挖变形破坏机于80MPa，锚索应力均小于1060MPa。支护系统应理研究[J]．岩石力学与工程学报，2004，23(s1)：4468—4472．力水平均在设计强度范围内。[3]周桂云，李同春．基于静动力有限元的边坡抗震稳定分析方法[J]．岩土力学，2010，31(7)：2303—

8、23084结论[4]刘耀儒，杨强，薛利军，等．基于三维非线性有限元