三里坪水电站瓦洼沟料场高边坡稳定性研究.pdf

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1、第43卷第6期人民长江V01．43．No．62012年3月YangtzeRiverMar．，2012文章编号：1001—4179(2012)06～0057—04三里坪水电站瓦洼沟料场高边坡稳定性研究徐建华，谭运坤，黄锴，干贵宏(湖北能源集团房县水利水电发展有限公司，湖北房县442100)摘要：三里坪水电站工程砂石骨料需求量大，对开挖瓦洼沟料场将形成的高边坡进行了整体稳定性研究。针对4种开挖方案进行了有限元计算分析，着重考虑了边坡开挖卸荷作用下典型剖面的变形与应力变化，计算结果表明，采用优化开挖方案，其边坡整体位移与拉应力变幅不大，

2、在采取局部地质缺陷处理和导排水措施后。可保证开挖后边坡的整体稳定。关键词：高边坡稳定性；卸荷变形；有限元分析；料场；三里坪水电站中图法分类号：TV698文献标志码：A1料场选址及开采方案比选2料场边坡地质特性与稳定计算方法湖北房县三里坪水电站枢纽：[程主要建筑物包括考虑到瓦洼沟料场开采后，边坡绝对高度可能超碾压混凝土双曲拱坝、坝身中表孔泄洪建筑物及地下180m，由于岩石的卸荷及暴露的高边坡位于泄洪雾化厂房等，砂石骨料总需求量约为'35m。由于原设计区和靠近泄洪通道侧，边坡的整体稳定对电站后期投规划料场因影响到其他永久建筑物的施工进

3、度与安产运行安全，特别是行洪安全至关重要，因此有必要对全，或因地质条件较差、开采利用率低，均不能满足工瓦洼沟料场开采后的边坡变形与稳定性进行分析研程对砂石骨料的需要。经建设各方多次现场勘察和研究，通过比选确定合理的开采方案。为此，业主单位联合三峡大学对瓦洼沟料场高边坡的边坡变形与稳定性讨，综合考虑经济、技术及质量等要素，选定大坝和下作了专题研究⋯。游围堰之间、原河道左侧的瓦洼沟作为新料场场址。为满足工程砂石骨料的总体需求量及料场开挖后2．1岩体物理力学特性指标所形成高边坡的整体稳定性，设计单位通过详细研究在大坝勘察阶段，对各岩层进

4、行了大量原岩物理初步拟订了4个开采方案(表1)。力学试验，依据其试验成果提出了料场主要岩石物理表1瓦洼沟料场初步开采方案力学指标(表2)。表2主要岩石物理力学指标2．2稳定分析理论计算方法一般来说，岩石在变形初始阶段呈现弹性，后期呈注：每一梯段的横向和纵向均设置3m宽马道。现塑性，故岩石的变形应为弹塑性，同时，考虑边坡开收稿日期：2011—12—27作者简介：徐建华，男，副总经理，高级工程师，博士，主要从事水利水电工程建设管理工作。E—mail：hua_jian—xu@qdc．corn．cn58人民长江2012篮挖过程中的爆破损伤

5、。因此，在进行稳定分析前需要面设为竖直向约束边界，模型四周设为单向边界。建立其弹塑黏性损伤力学模型。3．3网格划分和材料分区工程实践表明，岩质边坡开挖以后，岩体的应力调以方案1为例，开挖计算中模拟了边坡的实际开整和变形并不是瞬时完成，边坡变形和稳定与时间因挖情况，共有11771个节点和64913个四面体单元。素密切相关，因此在进行边坡岩体的稳定性评价时，考虑岩体的损伤流变属性是十分必要的。在建立力学模型时，有以下几点假设：①连续性假设；②材料的塑性行为与时间温度无关；③岩体开挖卸荷后发生损伤，同时进入蠕变变形；④岩体开挖卸荷后的变

6、形为初始蠕变变形。根据以上几点假设，其力学模型本构方程如下：IO"=Es+卵s+E占一E282／ozE图1瓦洼沟料场综合工程地质示意式中，、分别为某时刻岩体对应的应变、应力；为3．4有限元计算分析成果统计及分析岩体的屈服极限；叼为岩体的黏性系数；E，为岩体的采用ANSYS软件对各开挖方案开挖前后进行网弹性模量；E：为未损伤岩石的初始弹性模量；为一格材料划分，同时利用有限元计算分析软件，分别得出个位于峰值应变与平均应变之间的系数。各方案整体位移应力状况及选取的特征剖面位移应力依地质

7、资料选取合适的力学参数，分4个开挖方状况。4个方案整个边坡最大相对位移和最大应力见案进行三维有限元计算，得出边坡岩体在开挖过程的表4。1—1和2—2剖面(图1)的最大相对位移、最大应力、变形，并采用强度折减法计算出每种开挖形式下应力见表5。边坡的安全系数，对边坡的整体稳定性作出评价。并表4整体边坡三维有限元计算成果从4个开挖方案中选取最为合适的开挖方案进行卸荷分析，依据卸荷岩体力学理论对开挖边坡的稳定性给出评价。3边坡开挖有限元分析对4种开挖方案进行有限元分析计算，主要依据常规的方法，即不考虑开挖卸荷，在此基础上选出最为合理的方案

8、。表5典型剖面二维有限元计算成果3．1初始物理力学参数根据地质报告结合地质条件，选取岩体初始物理力学参数如表3所示。表3边坡岩体的初始力学参数3．2计算模型和边界选定三维坐标系，向为垂直河流向，y为顺河流向，z为竖直方向，顺河流向288In，垂直河