巖質(zhì)邊坡穩(wěn)定計(jì)算

1、引水發(fā)電洞進(jìn)口及出口高邊坡穩(wěn)定分析計(jì)算一、進(jìn)口邊坡的穩(wěn)定分析計(jì)算進(jìn)口邊坡為斜向結(jié)構(gòu)，一、二期開挖底線均在強(qiáng)松動(dòng)巖體下限以上，主要破壞形式為圓弧面滑動(dòng)，故只需按圓弧破壞面尋找最危險(xiǎn)滑弧，并求出穩(wěn)定系數(shù)。對(duì)三期及四期開挖，除可能在強(qiáng)松動(dòng)巖體內(nèi)發(fā)生圓弧面滑動(dòng)破壞外，邊坡還可能沿層面、層間擠壓帶或裂隙面發(fā)生平面滑動(dòng)破壞，計(jì)算時(shí)先按圓弧面滑動(dòng)破壞在三期和四期的開挖范圍內(nèi)找出最危險(xiǎn)滑弧，并結(jié)合實(shí)際裂隙面的位置，確定出三期、四期開挖的直線和折線滑動(dòng)破壞面，再對(duì)同一滑面取不同的強(qiáng)度參數(shù)（層面參數(shù)和巖體參數(shù)）分別計(jì)算出相應(yīng)的穩(wěn)定系數(shù)。1、計(jì)算方法對(duì)圓弧滑動(dòng)面，穩(wěn)定計(jì)算采用瑞典條分法，設(shè)計(jì)安全系數(shù)取K=1.2。瑞

2、典條分法法的基本假定是：（1）剪切面是個(gè)圓弧，所以安全系數(shù)K可根據(jù)繞圓心的抵抗力矩與滑動(dòng)力矩的比來確定；（2）計(jì)算中不考慮分條之間的相互作用力，所以每個(gè)分條底部的反力可以直接由該分條上的荷載算出。對(duì)直線或折線滑動(dòng)面，穩(wěn)定計(jì)算采用傳遞系數(shù)法，并用Sarma法進(jìn)行較核，設(shè)計(jì)安全系數(shù)根據(jù)不同的計(jì)算工況取不同的值。傳遞系數(shù)法是極限平衡條分法中的一種，也叫剩余推力法，其基本假設(shè)為條塊間的相互作用力的方向平行于上一條塊的底滑面，各條塊的剩余下滑力計(jì)算公式如下：Fi=(Wisini+Qicosi)-(cili/k+(Wicosi-Ui-Qisini)fi/k)+Fi-1.i-1 式中：i-1=cos（i-1

3、-i）-fisin（i-1-i）/k上式中第一項(xiàng)表示本條的下滑力，第二項(xiàng)表示本條的抗滑力，第三項(xiàng)表示上一條塊傳下來的不平衡下滑力，i-1稱為傳遞系數(shù)，k為安全系數(shù)。2、計(jì)算參數(shù)取值邊坡的滑動(dòng)破壞形式可分為沿層面或裂隙面的破壞和在巖體內(nèi)的破壞，前者計(jì)算時(shí)，滑動(dòng)面按層面參數(shù)計(jì)算，抗剪強(qiáng)度指標(biāo)見表1。后者滑動(dòng)面按巖體參數(shù)計(jì)算，抗剪強(qiáng)度指標(biāo)見表2。表1 層面或裂隙面的強(qiáng)度參數(shù)巖體類別C（kN/m2） 水上f水上C（kN/m2）水下f水下容重（kN/m3）強(qiáng)松動(dòng)巖體00.4500.3626.6輕微松動(dòng)巖體500.55500.45626.6未松動(dòng)巖體500.7500.58126.6表2 巖體的結(jié)構(gòu)面強(qiáng)度參

4、數(shù)巖體類別C（kN/m2） 水上f水上C（kN/m2）水下f水下容重（kN/m3）強(qiáng)松動(dòng)巖體500.5400.426.6輕微松動(dòng)巖體2000.551600.4426.6未松動(dòng)巖體4000.73200.5626.63、不同工程階段的計(jì)算工況及荷載組合進(jìn)口邊坡的開挖分為一期、二期、三期、四期，四期以后為水庫的運(yùn)行期，根據(jù)現(xiàn)狀及水庫蓄水后的運(yùn)行特點(diǎn)，穩(wěn)定分析包括現(xiàn)狀天然條件，不同庫水位，考慮地震力時(shí)的不同庫水位及水庫水位變化（滲透壓力）等不同工況。其中運(yùn)行期不同庫水位考慮了正常蓄水位1380及蓄水位1340兩個(gè)特征水位，水庫水位變化主要是考慮由正常蓄水位1380降至1360的情況。各計(jì)算工況及荷載組

5、合條件下的計(jì)算結(jié)果見表3。表3 不同工況及荷載組合條件下進(jìn)口邊坡穩(wěn)定計(jì)算計(jì)算成果工程階段工況破壞形式參數(shù)取值計(jì)算方法穩(wěn)定系數(shù) 設(shè)計(jì) 安全 系數(shù) 剩余下滑力（T/M）施工期一期開挖圓弧滑動(dòng)巖體參數(shù) 瑞典條分法1.1221.2二期開挖圓弧滑動(dòng)巖體參數(shù) 瑞典 條分法0.9911.2三期開挖天然狀態(tài)圓弧滑動(dòng)巖體參數(shù) 瑞典 條分法1.1481.2三期開挖天然狀態(tài)直線滑動(dòng)巖體參數(shù)傳遞系數(shù)三期開挖天然狀態(tài)折線滑動(dòng)層面參數(shù)傳遞系數(shù)0.87841.22056巖體參數(shù)1.18651.286.2三期開挖自重+地下水層面參數(shù)0.86651.32129巖體參數(shù)1.16081.3250.6四期開挖天然狀態(tài)直線滑動(dòng)層面參數(shù)

6、傳遞系數(shù)0.78491.23568直線滑動(dòng)層面參數(shù)sarma法0.78911.2四期開挖天然狀態(tài)折線滑動(dòng)層面參數(shù)傳遞系數(shù)0.91281.23165.3巖體參數(shù)1.17781.2245.6四期開挖自重+地下水層面參數(shù)0.79561.35218.6巖體參數(shù)1.0241.32870.8天然工況楔體滑動(dòng)1.3巖體自重+地下水直線滑動(dòng)層面參數(shù)傳遞系數(shù)0.72171.34604直線滑動(dòng)層面參數(shù)sarma法0.72661.3運(yùn)行期正常蓄水位1380直線滑動(dòng)層面參數(shù)傳遞系數(shù)0.74121.34004.9直線滑動(dòng)層面參數(shù)sarma法0.741.3折線滑動(dòng)層面參數(shù)傳遞系數(shù)0.78491.34784.7巖體參數(shù)傳遞

7、系數(shù)1.01551.32660.4蓄水位1380+8度地震直線滑動(dòng)層面參數(shù)傳遞系數(shù)0.46871.16747.5折線滑動(dòng)層面參數(shù)傳遞系數(shù)0.50781.18593.2巖體參數(shù)0.67991.16144.6正常蓄水位1340折線滑動(dòng)層面參數(shù)傳遞系數(shù)0.83361.34714巖體參數(shù)1.06521.32384.4蓄水位1340+8度地震直線滑動(dòng)層面參數(shù)傳遞系數(shù)0.51481.16798折線滑動(dòng)層面參數(shù)0.55951.18348.8巖體參數(shù)0.73491.15669.91380驟降至1340直線滑動(dòng)層面參數(shù)傳遞系數(shù)0.65431.13931.9折線滑動(dòng)層面參數(shù)0.70681.14415.5巖體參數(shù)0

8、.94341.11776.4傳遞系數(shù)三期開挖直線滑面及折線滑面的計(jì)算簡(jiǎn)圖見圖 ，兩種滑面情況下強(qiáng)度參數(shù)取值時(shí)，若為層面參數(shù)，則C、f值分別取表1中的值，若為巖體參數(shù)，則C、f值取表2中的值。四期開挖直線滑面及折線滑面、運(yùn)行期各工況情況下的計(jì)算簡(jiǎn)圖見圖 。二、出口邊坡的穩(wěn)定分析計(jì)算出口邊坡的計(jì)算方法均采用Sarma法，參數(shù)取值同進(jìn)口邊坡，計(jì)算工況為：1、施工期因一、二期開挖均位于強(qiáng)松動(dòng)巖體內(nèi)，破壞形式為圓弧滑動(dòng)，故用瑞典條分法可尋找出圓弧滑動(dòng)的最危險(xiǎn)滑面并求得最小穩(wěn)定系數(shù)。到了三、四期開挖，開挖底線已進(jìn)入完整巖體，破壞形式可能為沿裂隙面的折線滑動(dòng)破壞，計(jì)算時(shí)先在從坡頂?shù)饺?、四期開挖底線范圍內(nèi)用圓

9、弧法尋找出最危險(xiǎn)滑弧，再根據(jù)此滑弧位置并結(jié)合實(shí)際情況，確定出平面折線滑動(dòng)的滑面位置，分別見圖 和圖 。2、運(yùn)行期運(yùn)行期根據(jù)四期開挖確定的折線滑面，只考慮巖體自重+地下水與巖體自重+地下水+8度地震兩種情況。出口邊坡穩(wěn)定分析計(jì)算成果見表4。表4 不同工況及荷載組合條件下出口邊坡穩(wěn)定計(jì)算計(jì)算成果工程階段工況破壞形式參數(shù)取值計(jì)算方法穩(wěn)定系數(shù)設(shè)計(jì)安全系數(shù)施工期一期開挖圓弧滑動(dòng)巖體參數(shù)瑞典條分法1.2061.2二期開挖圓弧滑動(dòng)巖體參數(shù)瑞典條分法0.971.2三期開挖圓弧滑動(dòng)巖體參數(shù)瑞典條分法1.7431.2折線滑動(dòng)層面參數(shù)Sarma法1.15161.2折線滑動(dòng)巖體參數(shù)Sarma法四期開挖圓弧滑動(dòng)巖體參數(shù)

10、瑞典條分法1.6251.2折線滑動(dòng)層面參數(shù)Sarma法1.23071.2折線滑動(dòng)巖體參數(shù)Sarma法1.74771.2運(yùn)行期巖體自重+地下水折線滑動(dòng)層面參數(shù)Sarma法1.12741.2折線滑動(dòng)巖體參數(shù)Sarma法1.58691.2巖體自重+地下水 +8度地震折線滑動(dòng)層面參數(shù)Sarma法0.98231.1 4、地震力的計(jì)算地震力的計(jì)算采用以下公式：Q i=KQWi上式中：Wi為分條重量，KQ為水平地震加速度系數(shù)，Q i為分條上的水平地震力。以上計(jì)算結(jié)果，對(duì)8度地震，取KQ =0.2。5、計(jì)算結(jié)果分析（1）對(duì)進(jìn)口邊坡，一、二期開挖均采用圓弧滑動(dòng)面、巖體參數(shù)用瑞典條分法計(jì)算，求得的穩(wěn)定系數(shù)分別為1

11、.122，0.991，都不能滿足設(shè)計(jì)要求的安全系數(shù)K=1.2的要求，所以一、二期開挖時(shí)邊坡處于欠穩(wěn)定狀態(tài)。三期開挖天然狀態(tài)下，圓弧滑動(dòng)面、巖體參數(shù)計(jì)算結(jié)果為1.148。用傳遞系數(shù)法對(duì)折線滑面、巖體參數(shù)與層面參數(shù)的計(jì)算結(jié)果分別為1.1865、0.8784，若要滿足K=1.2的要求，則兩種參數(shù)下的剩余下滑力分別為86.2T/M和2056T/M。三期開挖取層面參數(shù)計(jì)算時(shí)，結(jié)果不能滿足設(shè)計(jì)要求，其它兩種情況下邊坡處于基本穩(wěn)定狀態(tài)。四期開挖直線滑面取層面參數(shù)時(shí)，天然工況K =0.7849，Ks =0.7891（K-傳遞系數(shù)法計(jì)算的穩(wěn)定系數(shù)值，Ks-Sarma法計(jì)算的穩(wěn)定系數(shù)值），巖體自重+地下水工況下K

12、 =0.7217，Ks =0.7266，正常蓄水位1380情況下，K =0.7412，Ks =0.74，1380+8度地震情況下，K =0.4687，1340+8度地震情況下，K =0.5148，庫水位從1380驟降至1360工況下，K =0.6543，穩(wěn)定系數(shù)最大0.7891，最小0.4687，最大單寬剩余下滑推力6798T/M，最小3568T/M，平均5195T/M。由以上計(jì)算結(jié)果可知，四期開挖直線滑面取層面參數(shù)時(shí)，各工況下的穩(wěn)定系數(shù)值均不能達(dá)到設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)，邊坡處于不穩(wěn)定狀態(tài)。若要將穩(wěn)定安全系數(shù)提高到設(shè)計(jì)值，所需支護(hù)力見所附圖表。四期開挖折線滑面取層面參數(shù)時(shí)（以下計(jì)算均采用傳遞系數(shù)法），天然

13、工況K=0.9128，巖體自重+地下水工況下K =0.7956，正常蓄水位1380情況下，K =0.7849，1380+8度地震情況下，K =0.5078，正常蓄水位1340情況下，K =0.8336，1340+8度地震情況下，K =0.5595，庫水位從1380驟降至1360工況下，K=0.7068，由以上計(jì)算結(jié)果可知，四期開挖折線滑面取層面參數(shù)時(shí)，各工況下的穩(wěn)定系數(shù)值仍不能達(dá)到設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)，邊坡處于不穩(wěn)定狀態(tài)。若要將穩(wěn)定安全系數(shù)提高到設(shè)計(jì)值，所需支護(hù)力見所附圖表。四期開挖折線滑面取巖體參數(shù)時(shí)，天然工況K=1.1778，巖體自重+地下水情況下K =1.024，正常蓄水位1380情況下，K =1.0155，1380+8度地震情況下，K =0.6799，正常蓄水位1340情況下，K =1.0652，1340+8度地震情況下，K =0.7349，庫水位從1380驟降至1360工況下，K=0.9434，由以上計(jì)