（岩土工程专业论文）华能玉环电厂高边坡设计研究.pdf

华能玉环电厂高边坡设计研究 摘要 进入2 l 世纪，中国正处于迅速的城市化和工业化阶段，城市糖础设施大规 模建没，器秘大羹王程项霸甭断密现。这蹙大型工程蘑鞣占速上千窗，不霹避免 地形成了大量的边坡工程，因此边坡工程的设计盥得尤为艇要。本文正是结合华 熊玉环毫厂赢透竣工程静设诗实铡，对耨形势下凌筏边玻豹设诗邈行豹一次积辍 探索。具体包括以下几个方面的内容： i 在边坡工稷设计的前期论证中，提出地质分析与数假分析相结合的稳定性 分掇评价方法，以提赢评价分辑的正确性葶鞋精度，势运用该评价方法对玉茹l ：电厂 蓿i 边坡进行稳定憔分析。 2 。系绞溺述了密震嵩透缓豹鬻寝设诗方法，稽磐考震搿边缓工程豹设诗是一 个复杂的系统工程，并对其设计原则、设计思路、设计内容进行详述。 3 对搿质高边坡工程的优化设计作初步的探讨。提出了集动态设计、反馈设 计、信息化涟工予体的优化设计思路，对工程实践有一定的指导意义。 4 对崧质高边坡的坡形设计、排水系统设计、锚杆支护设计的思路、内容及 设毫卡熬方法俘了详鲴豹分耩窝较巍系统鹣论述。 5 。掇出并运用了坡形坡率优化设计方法，即遵循“尽可能发挥岩体的自身 稳定性，嚣可能减少人工治理措施和代价”的思想，确定边坡形森和坡率。 关键词：高边坡地质分丰厅数值分析优化设计反馈设计 信想化施工动态簸测随机锚稀 t h er e s e a r c ho i lh u a n e n gy u h u a np o w e r p l a n t h i g hs l o p ed e s i g n a b s t r a c t a st h ec o m i n go f 2 1 5 。c e n t u r y ，o nt h em o m e n to fi n d u s t r i a l i z a t i o na n de x p a n d i n g o fc i t i e s ，m o r ea n dm o r ec i t ye s t a b l i s h m e n ta n dl a r g e s c a l ee n g i n e e r i n gi t e m sa r ei n c h i n an o w , i nm o s tc a s e s ，t h e s el a r g e - s c a l ei t e m so c c u p yt h o u s a n d so fa c r e s ，s os l o p e e n g i n e e r i n gi s i n e v i t a b l e 。t h u sw ec a ns e et h ei m p o r t a n c eo fi t b a s e do nd e s i g n e x a m p l eo fh u a n e n gy u h u a np o w e rh o u s e ，t h i sp a p e re x p l o r e st h em o d e md e s i g no f s l o p ei nn e w f o r m s i tm a i n l yi n c l u d e ss e v e r a lc o n t e n t sa sf o l l o w s 。 d u r i n g t h e p r e - d e m o n s t r a t i o n ，b e f o r es l o p ed e s i g n t h em e t h o do fs t a b i l i t y e v a l u a t i o nw i 氇g e o l o g i ca n a l y s i sa n dm w n e r i ca n a l y s i si sd e m o n s t r a t e d w i t ht h i s m e t h o d ，w ea n a l y s e dt h es t a b i l i t yo fh i g hs l o p ei nh u a n e n gy u h u a np o w e rh o u s e t h er o u t i n ed e s i g nm e t h o do fh i 曲r o c ks l o p ei s e x p a t i a t e ds y s t e m a t i c a l l yh e r e t h i s p a p e rs h o w st h a tt h ed e s i g no fh i 蚺r o c ks l o p e i sac o m p l i c a t e d s y s t e m s e n g i n e e r i n ga n da l s or e v i e w st h et h e o r y , s t u d yr o l ea n dc o n t e n to fh i g hr o c ks l o p e d e s i g n t h e o p t i m i z i n gd e s i g no fh i g hr o c ks l o p ei ss t u d i e di nt h ep a p e r w es u g g e s tt h e t r a i n so f t h o u g h t sa b o u to p t i m i z i n gd e s i g nc o n n e c t i n gd y n a m i cd e s i g n ，f e e d b a c k d e s i g na n di n f o m m t i o n a lc o n s t r u c t i o na saw h o l et h a tc a nb er e f e r e n c e di np r a c t i c a l e n g i n e e r i n gp r o j e c t t h er e s e a r c ho f s t u d ym l e ，c o n t e n ta n dm e t h o do fs l o p es h a p e ，d r a i n a g es y s t e m a n da n c h o r i n gb a r s u p p o r to f h i g hr o c ks l o p e a r er e v i e w e di nt h i sp a p e r t h eo p t i m i z i n g d e s i g n m e t h o da b o u tt h e s l o p es h a p ea n ds l o p eg r a d i e n t i s s u g g e s t e da n du s e di nt h es l o p ed e s i g no b e y e d t ot h et h e o r y u s i n gt h es e l f - s t a b i l i t y o fr o c km a s s i v ea n d r e d u c i n gt h ea r t i f i c i a lt r e a t m e n t a sm u c ha sp o s s i b l e i ti sa l s ob e s u g g e s t e d t h a tr a n d o ma n c h o r i n gb a ri s n e c e s s a r ya g a i n s tt h e k e y b l o c k t h a t m a ys l i pd u r i n ge x c a v a t i n g d i s c o v e r e df r o md y n a m i c i n s p e c t i o n k e y b l o c km a y l e a dt h ei n s t a b i l i t yo f r o c k y s l o p ei ns p i t eo f t h es y s t e m a t i cd e s i g na n d s y s t e m a t i ca n c h o r i n gb a r k e y w o r d s ：h i g hs l o p e ，g e o l o g i ca n a l y s i s ，n u m e r i ca n a l y s i s ，o p t i m i z i n gd e s i g n ， f e e d b a c kd e s i g n ，d y n a m i ci n s p e c t i o n ，r a n d o ma n c h o r i n gb a r 。学位论文独创性誊踢 本人声嘲所至交的学位论文是我个人在导师指导下进行的研究工作及取得 的研究成果。尽我所知，除了文中特别加以标注和致谢的地方外，论文巾不包含 其他人已经发表或撰写过的研究成果，也不包含为获得东南大学或其它教育机构 的弘位或证书而使用过的材料。与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均 己在论文中作了明确的说明并表示了谢意。 签名：塾丝舀期：哩丝谚 关于学位论文使精授权的说明 东南大学、中国科学技术信息研究所、耀家图书馆蠢权保甓本人赝遴交学位 论文的复印馋和电予文搂，可以采用影印、绩e p 或其她复喜攀段保存论文。本人 瞧予文档熬内容秘纸震论文豹内容橱一致。滁套援密期内豹僳密论文羚，灸诲论 文被查润帮借溺，可戳公布( 毽括聪登) 论文的全都绶部分内容。论文的公布( 龟 括刊登) 授权东南大学掰f 究生院办疆。 签名：期： y w ；n - f - 东南大学工程硕士学位论文 1 高边坡的设计研究意义 1 1 时代性 前言 进入2 1 世纪，中国正处于迅速的城市化和工业化阶段，城市基础设施大规模建设，各 种大型工程项目不断出现。有些大型工程动辄占地上千亩，如果工程场地可选余地受限制， 就不得不在复杂地质环境条件下，人为地开挖山体以满足工程用地需要这样不可避免地形 成了大量的边坡工程。如我国的露天矿的开采深度不断扩大，一般边坡高度已到3 0 0 4 0 0 m 【l i 。这些高陡边坡工程的稳定状态，将对整个工程的可行性、安全性等起着至关重要的作用， 并在很大程度上影响着工程建设的投资及效益，。边坡失稳产生的滑坡现象已变成同地震和 火山相并列为全球性三大地质灾害之一。边坡失稳轻则增加投资。延长工期；重则摧毁建筑 物，造成人员伤亡。统计资料显示，1 9 5 1 1 9 9 1 年的4 0 年中，我国工程滑坡灾害至少 造成1 1 6 9 人死亡：经济损失更是巨大，仅云南漫湾水电站滑坡造成的损失就超过l o 亿元， 延误工期一年以上所以对边坡进行稳定性及设计研究显得尤为重要i l j 。 孙技术性 高陡岩体边坡工程的设计又是一个极富挑战性的课题口】。边坡灾害面广量大，涉及岩土 工程、工程地质、土木工程及地理等不同学科，也吸引了不同学科研究者的普遍关注。同时 由于这类高边坡己超出有关边坡的国家、地方与行业规范所规定的边坡高度，无规范可遵 循，不能按常规方式进行设计，需要进行专门的研究和论证。 因此，进行岩质高边坡的设计研究具有重大的现实和经济意义。 2 边坡的研究现状及动向 边坡工程的研究已经有一百多年的历史科技人员使用了不同的手段和方法，从不同的 角度对边坡问题进行了深入而广泛的研究。边坡工程的研究经历了由表及里、由浅入深，由 经验到理论，由定性到定量，由单一评价到综合评价，由传统理论到新理论、新技术应用的 发展历程。 现有的边坡稳定分析的理论与方法有 1 1 研究现状 ( 1 ) 基本理论 边坡jr 程的基本理论得到了很快的发展，表现在：塑性力学上下限定理成为判别分析其 它，j 法准确与否的标志之一：在结构控制论和时间因素主导论的基础上的优势面控坡理论在 边坡程中的广泛应用及其理论的丰富和发展；不同学科的知识交叉、不同来源的知识交叉 结合形成综合的评价和决策的综合集成的概念的提出，使边坡_ 上程从系统研究预测评价，发 展到参与决策和治理的新阶段。 ( 2 ) 刚体方法： 基于极限平衡理论的条分法虽然不考虑岩体内的应力应变关系及边坡的变形，人为假定 的条间作用力并不代表斜坡真实的应力状态但条分法计算简单发展历史较长，就稳定性 东南大学工程删士学位诧文 褥言，其结果已可满足实黪霞要。嚣毁还在广泛瘟用。 ( 3 ) 变影体方法： 鞋计算祝接零蠢基疆翁数篷分辑发囊援快。主要怒体现瑾_ 鸯虚变美系熬连续变形努辑 方法一有限元分析法。传统的有限元分析由平面发展到三维有限元分析，其介质模型也由线 弹性发展剿弹塑性、粘弹性、粘塑性、牯弹塑性。出瑰了边界元法、离散霜法、界瓣元法以 及各种藕合计算静薪方法。 2 ) 研究动向 岩士工程研究者正由传统正向思维即牛顿时代的思维模式向不确定方向。阳系统思 维、反馈思维、全方位思维( 包括逆向思维、非逻辑思维、发散恩维甚至赢觉思维) 发展。 使多学幂 交叉融合，依托于计算机技术，研究开绽基于粜例推理的边坡稳定的综合集 成式智能评价系统，也将是未来发展的一种趟瓣。为了适应边坡工程的非确定性待征，有必 要改变擎一魏确寇性正肉凳辑方法，将敷耗敷缝梅、协同学理论、迷接遴德算法、爱分挺方 法、模糊测度理论、灰色系统理论、损伤力学方法、突变理论、分形理论、神经掰络理论等 为核心的非线性科学理论引入到边坡工程分析中。 强调充分剥期岩土体自身的稳定因素，邈过挖潜，充分发择岩体固脊强度，利用岩体程 一定强度下的边坡自稳能力，以达到降低边坡治理费用之目的。必要时用适当的人工结构措 蕤改变爱主薅雏不稳定性，接其达到麓傣稳定雏嚣戆。运霸蚩罐圈技术是浚璞蕤透辕静 最有效办法之一。因此岩土锚固技术在今后的岩土边坡治理中会扮演重簧角色。 强调入逑璃谈理论。浅燕生态玮凌，整浚秘保护瘩土菱源，按人遣谖港原则对工程进孬 挟策和模式忧研究。 3 边裟设诗的研究思路 在鬟杂的地艟环境条件下，边坡工程常常体现为复杂的力学问题，突出表现在晦陡边坡 弼：挖中的卸载力学效应及边跛加固茂造豹期簸力学作鞠相结合。对于岩麓高逸竣工程丽言， 必须根据其内在特性进行穗定性分析和设计。 1 ) 要重视工程蟪蒺第一经资精豹获取耧势聿厅 工稷地质第一性资料p j 是指：解决工程地质问题、评价地质体稳定性、进行预测预报、 提供工程遮囊接藏、为工程篾戴、 爨诗、施= i ：= 撬镞壤黎琚必蒜斡遮囊资辩。这不设瞧捶稳定 性分析评价前通过地质调查获取的资料，而且包括施工过程中对反馈资料的收集。这些资料 获取的详细程度及准确程度，对这些资料分析的认识程度真接影响到边坡王程稳定性分析评 份结栗的正确桎及工程设计的台理憾。鲡采虢乏对研究对象、行为、过獠的正确认识，是不 町能得到客观的分析结果的。因此，在边坡工程的稳定性分析岛设计中，酋要的就是要重视 慰边坡，。l ：程旋工程蘧质第一性资辩的获取与分辑。 2 )以优势面控坡的思想为指导 菠糍饶势瑟 4 l 是攒对襄体稳定瞧起控制馋_ 硪的缝稳嚣鞋及辫气、渡体奔矮旬鸯控嘉 睦豹 结构面。岩坡是个以优势面为主导因素的系统也就是说，在耢质高边坡的各不连续面中， 优势面控制岩体变形之边界。其组台构成岩体变形的破坏模式，在边坡稳定性分析评价中必 须蓠兜谖潮优势藤，然嚣壤据优势嚣的组舍形成往势分离俸，确定透坡卷体魏破珠模式，掇 此建立边坡的物璎模型、数学模式，使边坡的稳定性分析和评价向定量化方向发胺。在边坡 4 东南大学工程硕士学位论文 工程的设计中以消除优势面的导滑作用为确定治理措施的主导方向。 3 ) 在分析与设计中必须运用系统的观点、理论和方法 边坡工程是一个受多种因素影响、随时空变异的复杂动态系统，处于复杂的地质构造断 裂网络环境中，受到复杂的地应力、地下水、地温等地质环境的约束。在对岩质高边坡进行 稳定性分析与设计中必须运用系统的观点，采用系统论的方法。把岩质高边坡的工程地质、 设计与施工等要素组合起来看成是一个有机的整体，建立岩质高边坡工程的系统工程概念 9 1 。三者之间是相互依存、相互协调的动态循环过程。系统中各个部分的协调很重要，如果 协调不好，不管局部性能如何，都会降低整个系统的功能。 4 ) 要坚持动态分析、反馈设计、信息化施工 高边坡工程稳定性分析与设计是一个由浅入深、由定性到定量的逐步细化的过程。由于 勘测设计阶段取得的技术资料是十分有限的，不可能完全地揭露深部地质条件，也不可能准 确地测定岩体力学参数，更难以预测施工对岩体特性及结构的影响，随着边坡工程施工的进 展，我们才能渐渐揭开整个边坡的真实面目，同时，边坡工程又是处于一个随时空变异的动 态系统中。因此这些决定了高边坡的稳定性分析评价是一个动态的过程，设计中必须做到动 态设计、信息化施工。同时，为了使监测与反馈符合岩土工程动态优化设计和信息化施工的 要求，需要建立监测信息快速反馈分析技术1 6 j 。 5 ) 稳定分析评价过程中坚持综合评价的思想 由于实际边坡工程的复杂性，单纯地偏重于工程地质条件的定性和准定量评价，或偏重 于纯力学特性的定量计算，都将导致评价结果的局限性。应建立综合集成的概念，就是将不 同学科、不同来源知识的交叉结合，形成对边坡工程的总体评价和决策。具体而言，在实际 分析中应以边坡的地质条件和地质模型为基础，将数值计算方法和广义系统分析原理、非线 性理论等有机地结合起来，用动态历史观、机制分析观、仿真模拟观、优化设计观等科学观 念，建立完整、系统的边坡稳定性分析理论和方法。 6 ) 重视工程经验的积累，建立已完边坡工程的数据库 在进行理论分析的同时，必须重视工程经验的积累。已有的边坡可以看作是1 ：1 的实 体工程模型，据此建立起来的工程地质模型及力学模型一般来说更具有典型的工程实际意 义。因此，对于已有的边坡工程应建立相应的工程地质模型及力学模型，使对已完边坡工程 的研究上升为理性认识，把客观的、具体的岩体变形破坏形式，抽象为“地质模型”，为建 立“力学模式”和岩体稳定性分析提供理论基础1 7j 。同时也可以进行工程之间的类比，借鉴 研究得比较清楚且已被验证了的边坡的成功经验，为拟建工程提供参考依据。 4 技术路线 鉴于边坡稳定性分析与工程设计具有可变性、不确定性、没有原型和数据有限等特点以 及地质环境的复杂性等特点，对于边坡工程的稳定性分析与设计总的指导思想是：基于系统 的观点和优势面控坡的观点重视边坡工程地质第一性资料的收集，采用理论分析、专冢 群体经验知识和监测控制相结合的理论和方法进行综合分析和评价边坡的稳定性，在此基础 上，运用系统优化、反馈设计理论进行边坡工程的设计和施工。其技术路线如图l 所示。 本文中华能玉环电厂高边坡工程设计就是用该技术路线进行设计的。 东南大学工程硬士学位论文 圈l 卷蔟高迭玻凌嚣戆技术躇线浚疆图 6 东南大学工程硕士学位论文 第一章华能玉环电厂高边坡工程地质条件 华能玉环电厂厂址位于浙江省东南沿海玉环县瓯江口外、乐清湾东岸、玉环岛西侧、大 麦屿的北侧。下青塘的西面。电厂南侧需要挖山，形成高达l o o m 以上的岩石高边坡，该边 坡长达8 0 0 m 以上【9 1 。 1 1 气候条件 本地属亚热带季风气候区，温暖湿润，降水丰富，多年平均降水量1 3 6 8 9 m m ，多年最 大2 4 小时降水量2 8 4 6 m m ，多年最大- 4 , 时降水量1 4 7 ，o m m ，多年最长连续降水量日数1 8 天，多年晟大过程降水量2 2 5 3 m m ，降水不均匀，大多集中在5 6 月( 梅雨季，平均占6 ) 和8 9 月( 台风期) ，多年平均蒸发量为1 3 9 2 3 m m 。 1 2 地形地貌 厂址位于侵蚀剥蚀丘陵，毗邻厂址最高高程为2 1 2 7 m ，相对高差为2 1 0 m 左右。拟开挖 工程边坡在厂址南侧，为一n e e 向的丘陵高程最高处在边坡的东侧，高程为1 2 4 m ，山脊 向西逐渐变低，工程边坡位于北坡。山坡坡度在2 5 4 0 ，局部可达4 5 左右。总体北坡略 缓，南坡略陡。 工程边坡走向与山脊走向基本一致主体走向约为2 0 。左右，至边坡东侧，沿着厂址向 北转。工程边坡由西向东逐渐升高至厂址东南角达到最高工程边坡最高高度l o o m 。 1 3 区域构造特征 厂址大地构造隶属于华南褶皱系浙东南褶皱带温州一临海拗陷北端的黄岩一象山断拗， 西距温州一镇海( n n e 向) 大断裂约4 3 k m ，距n e 侧的黄岩一泰顺断裂( n e 向) 、淳安温 州大断裂( n w 向) 等区域性断裂均超过2 0 k m 。 区内基岩以中生代火山岩为主体，区域构造以断裂构造为主。区域主要发育的断裂为 n w w 向与n e 向两组。由于本地植被较好，露头较少，目前基岩暴露不多。但在3 号统计窗 发现一节理密集带，随着工程边坡开挖，有可能揭露出小型断裂，尤其目前的山坡的沟谷位 置。大多有较厚的覆盖层，且植被较为发育，很有可能有隐伏小型断层的存在。 1 4 工程地质岩组 工程边坡1 一程地质岩组较为单一，其主体为侏罗系高坞组( j “) 灰、深灰、灰紫色块状 英安质品屑熔结凝灰岩为主，其次为流纹质玻屑熔结凝灰岩。该组岩性强度较高为坚硬岩石 其单轴抗压强度为6 0 m p a 左右，软化系数为0 8 左右，从目前岩块单轴抗压试验看其抗压强 度变化较大。全风化层变化较大，一般情况下缺失，局部可达数米：强风化层在5 m 之内， 其层面不易判别。 7 ，。 。囊，j 薹蹩娄璺塑杰堂篓整塞i 查塑查堂三矍堡主堂丝望苎 山坡表面一般为第四系覆盖层覆盖，第四系以坡洪积为主，厚度不大，一般在2 m 左右 局部可达5 m ，岩性为粘性土夹块石，分选性较差。在工程边坡东侧有较厚的覆盖层存在。 目前山坡坡脚有海相淤泥层存在，随着工程边坡的推进，工程边坡不存在海淤层。 1 5 岩体结构 1 5 1 岩体结构 工程边坡主体为块状结构，局部节理发育地段呈碎裂结构，偶尔在节理密集带也可见到 碎裂一散体结构。 1 5 2 结构面产状 结构面主要为原生和构造节理为主，二者不易区别。地表浅部有次生表生结构面存在， 主要为风化卸荷裂隙。从工程边坡周围统计的结构面看，结构面走向可分为n n e 、n e e 、n w w 和n n w 四组( 见图1 2 总体节理走向玫瑰图) 。图l 一3 为总体的节理倾向玫瑰图从中可 以看出结构面具有较明显的方向性。图l 一4 为节理面法线的赤平投影的等密图( 注：赤平 投影采取下半球投影：节理法线与节理面倾向相差1 8 0 ，两者倾角互余；赤平投影网经线为 倾向方向，倾角外圈为0 。，向中心逐渐增大，原点为9 0 ，标注数据为) 。从中可看出结构 面大都为高倾角，但也有少数为缓倾，值得注意的是部分缓倾节理呈顺倾。由于赤平投影的 投影面积是歪曲的，为较精确地反映结构面的离散状况，我们叉用直角坐标网进行了统计， 并将倾向、倾角每相差1 0 作为一个统计点。对于位于统计点中间的产状采用面积坐标加 权分配到相邻的点上。其等密图如图1 5 所示。图中横坐标为倾向纵坐标为倾角。内圈 数字是结构面法线的产状，外圈数字为结构面本身的产状。图中等值线所注数字为在统计窗 内，该点( 法线) 相差l o 范围内结构面条数。本次统计窗面积约为4 0 0 m 2 ，图中可以看出结 构面优势中心有9 个，产状和密度依次为： 1 6 0 z 8 9 在统计窗内法线1 0 范围内密度达到2 2 条 2 5 0 。1 7 0 密度达到1 5 条； 7 9 1 7 9 密度达到1 4 条： 1 1 0 z 6 0 密度为1 3 条； 1 9 1 z 7 9 密度为1 3 条； 2 7 0 么1 0 密度为7 条； 3 5 7 。z 5 5 密度7 条； 2 8 1 么8 5 密度7 条； 4 0 _ 2 1 密度5 条。 9 东南大学工程硕士学位论文 图1 2 总体走向玫瑰图图1 3 总体倾向玫瑰图 图1 4 总体等密图( 赤平投影)图1 5 总体等密图( 直角网) 结构面隙宽大都在o 5 m m 之间，极少见大于l o m m 的结构面。因而结构面属硬- | 生结构面 结合程度属于差。 综一e 所述，本 ：程边坡岩体类型标准值以i i i 、类为主，考虑到结构面对于边坡稳定而 言存在不利组合，边坡设计应以类设计。 1 5 3 结构面规模 从地形上看上程边坡有多处沟谷，可能有隐伏断层的存在，目前由于缺少露头无法查明 应在工程边坡开挖时加以查明，并区别对待。 0 东南大学工程硕士学位论文 以住在厂址及周围地区调查表明统计结构面规模，即迹线长度1 0 m 占7 ，6 l o m 占 2 0 ，3 5 m 占3 8 ，小于3 m 占3 5 。由于结构面长度在露头上较难测量，本次是通过统 计窗内端点调查然后换算的，根据有关原理，节理迹线平均长度 口0 t m o u t 2 2ae(cose)+be(sino)rain 其中m i n 、m o u t 为落入统计窗内、外的迹线端点数，e ( c o s0 ) ，e ( s i n0 ) 为结构面在统 计窗中迹线的视倾角余弦、正弦的期望值，a 、b 为统计窗的宽、高。 本次调查表明，m i n m o u t ，且b = 2 m ，统计窗的高度在2 m 左右，宽度要远大于高度 若取o = 4 5 ，结构面迹线长度平均值在3 m 左右。 1 5 4 结构面性质 结构面大部分平直、无充填物，少量结构面波状起伏。也有一些结构面泥质充填，偶见 结构面粗糙、蚀变。 结构面隙宽大都在0 5 一之间，极少见大于l o m m 的结构面。因而结构面属硬性结构面 结合程度属于差。 综上所述，本工程边坡岩体类型标准值以i i i 、i v 类为主，考虑到结构面对于边坡稳定而 言存在不利组合，边坡设计应以类设计。 1 6 不良地质现象 j 一址及周围丘陵的地形尚属较完整，冲沟比较发育，山坡上局部可见小型滑坡的痕迹， 但目前要么滑体已不复存在，要么处于稳定状态。在山前局部可见斜坡作用造成的坡崩积层 堆积。 较近的斜坡破坏大多与人类活动有关，其破坏类型较多。照片l 为紧邻工程边坡西侧公 路旁采石场的小型平面滑动，滑面为顺倾结构面，产状为1 5 6 0 ，滑体己不复存在，其倾 角较陡。此类滑动在公路旁多处出现。照片2 也为该采石场的两个相连的小型楔形滑动，该 楔形滑动的两组结构面分别为2 0 z 6 3 和2 9 5 z 6 5 。该处坡面产状为3 4 0 z 8 0 ，其走 向与拟开挖工程边坡基本一致。照片3 为由于人工采石，边坡过陡正在发育中的一个崩塌体。 东南大学工程硕士学位论文 j ! 片1 平稠游动2 照片2l 廷形滑动 燃 3 制塌件 东南大学工程硕士学位论文 1 7 地下水条件 主要为基岩裂隙水，水量较小，目前所见大多为包气带水，在各种人工开挖面处可见沿 裂隙面渗水的现象，渗水裂隙主要以平缓裂隙为主，主要接受大气降水补给。工程边坡开挖 后，边坡后缘的汇水面积较小，但考虑到边坡体内存在缓倾、顺倾结构面，在设计中仍需考 虑布设排水孔。在山脚部位的冲沟周围，存在着潜水。工程边坡南侧公路旁有水井，但随着 边坡开挖孔隙水影响不到边坡，但要防止富水断层影响。 1 8 人工作用 该地主要的人工作用为开山取石及筑路等前述多种边坡破坏类型都是人工作用、边坡 过陡引起的，使结构面形成剪出口，造成平面滑动与楔形滑动，或边坡过陡引起的崩塌。 1 9 地震作用 本区位于华南地震区，东南沿海地震东北部，据历史资料分析本区历史地震较少，近期 发生的地震都小于2 级，且震中距厂址l o o k m 以上，本区地震活动强度较弱，震级小，频度 较低，据i ：4 0 0 万中国地震动参数区划国g b i b 3 0 5 - - 2 0 0 1 ，本区地震动峰值加速度为 0 0 5 9 。厂址地震基本强度为度。故在边坡稳定性评价中取水平地震影响系数为0 0 5 。 东南大学工程硕士学位论文 第二章边坡设计前期论证 边坡设计的前期论证工作主要是进行边坡的稳定性分析并且在稳定性分析的基础上提 出边坡设计总体方案建议，便于边坡设计工作顺利开展。 由于影响边坡破坏模式的因素很多，实际边坡的情况又千差万别，因此在实际应用中宜 采用地质分析与数值分析相结合的分析评价方法，以提高分析结果的准确性和精度。 2 1 地质分析与数值分析相结合的稳定性评价 2 1 1 边坡稳定性的地质分析 ( 1 ) 地质分析 地质分析法通过利用简单的力学概念、地质统计规律和优势面观点【l i 实现对边坡稳定性 的机制分析和评价，虽然不能给出定量结论，但是通过地质分析研究可以了解边坡的环境背 景和条件，发现边坡可能的破坏模式。它在边坡稳定性评价中往往处于统观全局的战略性 地位。以优势理论为基本出发点的a 、b 线方法是由罗国煜教授提出的口1 1 8 1 ，它是地质分析 的基础。如图2 1 是a 、b 线分析边坡稳定性的程序框图。利用a 、b 线原理对边坡的稳定 性进行两个层次的分析：整体稳定性分析、局部稳定性分析。 ( 2 ) 计算模式 边坡稳定性分析计算是以定性分析为前提的，量只是一个相对概念l ”1 。岩石边坡复杂 的工程特性使得在对边坡的量化分析中对地质条件及计算模型不得不做必要的简化和假 定。虽然复杂的岩体存在不确定性的因素和条件，量化分析方法中采用了一定的简化和假定 条件，但只要选择与对象的条件相适应的理论和方法，仍然能够正确认识边坡自然特性，并 取得成效。 通常工程中对硬质块状、层状岩石边坡，以及软岩边坡采用极限平衡法进行计算。 东南太学工程硕士学位论文 2 1 2 边坡稳定性的数值分析 凿2 一la 、8 线原理 传统的极限平衡法，在很大程度上对边坡工程的地质条件和内部作用力状况做了简化， 所j = ；| 模型由于没有考虑岩土体内部的墩力一应变的本构关系，不能准确地反映边坡体的实际 情况，两鱼瞧无法了解透玻体内部的斑力应交交纯请况，不能反姨逸缓酸蟒麴发生和发震过 秘。同时其绱果仅用安全系数作为评价边坡稳定性的指标，使得它在实际臌用上具有很大的 瞒隈1 睦。 有限无数值分析由于考虑了岩土体的本构哭系，并且在求解安全系数时，可以不需要假 定滑穆蕊的形状，不需要假定土条之间的相互作用力，比极限平德法更能葳映边坡体变形和 破坏的实际清况，麓够动态穰拟岩土坡的失稳过程、岩体与其支籀结构的共同作翔及萁变 形协调问题，而在边坡的稳定性分析和评价中得到了广泛的应用。本文采用基于最小势能原 理的有限元位移解法进行分橇计算f l l l 。其分毒斤的基本思路妇f 图骶示： 东南大学工程礤士学位论文 图2 2 边坡有i ；b 元分析流程图 1 6 东南大学工程硕士学位论文 2 ，2 玉环电厂速坡潜在破坏模式及计算缭采 用缝壤分辑与数值分辑辐结合分板方法，对玉环电厂亳边坡避舒台阶边坡与整体边壤稳 定性分拼，得出潜在破坏有平面滑动、楔形滑动、圆弧滑动。 2 ，2 1 平嚣与撰形瀑动 ( 1 ) 计算参数 计算是也采用台阶边坡( 袭率j ：o 。2 5 ) 奄整体边墩( 竣率l ：1 ) 掰种条俘谶行。其中 计算参数如下： 表2 1 平箍与禊形淆渤透缓稳定性计算参数 计算条件 中( ) c ( k p a )r ( k n m 3 )k hh ( m ) 台阶边坡 3 0l o2 6o 0 51 5 整体边坡 3 59 02 6o 0 51 0 0 ( 2 ) 计算结果 1 ) 羧体边坡 当坡率为l ：1 时，各个统计窗的结构面优势中心均不存在平面滑动，潜在楔形滑动在 14 、2 。、4 “统计密器存在一缀，稳定裂诗筹袭蟋，它们靛安全系数均大予3 ，因聪，当整俸 边坡坡翠为1 ：1 时，总体边坡是稳定豹。 袭2 2 楚体边坡楔形滑动计算结果 i 窗序号滑向倾角体积安全系数剩余下滑力 l tl2 +3 8 80 1 3 1 9 7 e + 0 46 。2 1 0 6一。3 2 3 6 e + 0 6 213 3 5 3 8 80 1 7 1 6 e + 0 53 0 8 5 28 6 2 1 e + 0 6 4i2 4 2 90 ，1 0 6 2 e 蜘47 。3 2 5 7- 。1 3 7 7 e 0 6 2 ) 局部边坡 当局部边城墩坡率为1 ；0 2 5 时，除4 4 统计窗岁 ，用优势中心判断都可能发生边坡的 平面滑动，这和野外调查情况相一致( 见表2 3 ) 。其中3 。、5 。窗处于极限平衡状态，1 。、 2 。塞雨稳建。 袭2 3 台阶边坡平面滑动计算结粜 密序额渭律体积抗淆力。f 蒋力安全系翻余下滢力 号角数 ll6 0 + 90 3 2 0 3 e + 0 2 0 4 0 5 9 e + 0 30 ，7 2 7 5 e 0 30 5 5 8 00 。3 2 1 6 l 0 3 216 2 90 2 8 3 3 e + 0 2o 3 6 2 6 e + 0 30 6 5 5 6 e + 0 305 5 3 10 2 9 3 0 e + 0 3 27 4 0o2 8 了e + o o 1 6 7 7 b 0 3o7 0 4 0 e + 0 22 3 8 2 19 7 3 0 e + 0 2 东南大学工程硕士学位论文 3l7 2 90 6 0 6 l e + 0 10 1 8 3 8 e 十0 30 1 5 0 6 e + 0 31 2 2 0 5- 3 3 2 0 e 十0 2 23 2 90 1 4 1 3 e ，+ 0 30 2 0 5 9 e + 0 40 1 9 9 4 b 0 41 0 3 2 5- 6 4 7 4 e - 卜0 2 513 2 90 1 4 5 7 e + 0 30 2 1 1 4 e + 0 40 2 0 5 6 e + 0 41 0 2 8 35 8 1 5 e + 0 2 楔形滑动组合很多，计算表明1 。、2 4 统计窗均有多个不稳定组合，3 ”统计窗有一个组 台处于极限平衡状态( 见表2 4 ) 。 表2 4 台阶边坡楔形滑动计算结果 窗序号滑向 倾角体积安全系数剩余下滑力 12 4 1 70 2 7 3 4 e + 0 32 2 1 0 7一1 0 4 5 e + 0 5 21 4 5 9 80 1 8 4 8 e + 0 30 8 0 9 63 3 6 3 e + 0 4 l34 1 5 2 5o 6 81 9 e + 0 21 2 9 8 11 8 2 6 e + 0 4 45 4 4 4 90 4 2 7 3 e + 0 21 8 8 0 21 4 7 3 e + 0 4 53 1 5 5 2 30 5 7 6 2 e + 0 30 9 3 4 51 1 0 7 e + 0 5 13 1 4 5 0 30 3 8 2 6 e + 0 3l _ 0 3 2 9一7 9 0 3 b + 0 4 23 1 25 2 1o3 9 4 1 e + 0 23 1 9 8 22 5 8 6 e + 0 4 32 9 7 6 1 804 4 1 7 e + 0 21 2 9 0 l一1 3 0 6 e + 0 4 4 3 5 5 5 9 90 1 8 l o e + 0 30 7 4 3 23 0 2 6 e + 0 4 53 5 2 6 4 001 2 3 8 e + 0 23 3 2 7 99 6 2 6 b + 0 3 63 3 97 3 4 05 8 5 5 e + 0 1 2 1 6 5 43 1 5 8 e + 0 3 73 5 6 5 8 30 6 4 0 9 e + 0 21 3 5 1 31 9 1 6 e + 0 4 2 84 9 4 8 70 1 2 1 6 e + 0 22 9 9 6 3- 7 1 2 0 e + 0 3 93 5 2 5 9 70 1 7 0 5 e + 0 30 7 9 9 13 0 5 9 e + 0 4 1 03 1 5 5 0 80 4 2 1 4 e + 0 30 8 9 5 8- 7 6 0 2 e + 0 4 1 13 5 9 6 0 00 1 1 7 8 e + 0 30 9 1 1 2- 2 4 1 6 e + 0 4 1 23 5 3 7 4 00 1 9 2 7 e + 0 l3 6 5 2 4- 1 7 5 9 e + 0 3 1 33 5 1 5 5 105 7 4 4 e + 0 22 1 2 4 8 2 6 0 2 e + 0 4 1 42 9 2 5 80o 6 7 4 9 e + 0 21 1 l5 01 6 6 0 e + 0 4 1 53 3 5 3 5 90 5 1 9 9 e + 0 3l8 9 l o一1 4 9 9 e + 0 5 4 53 8 80 3 15 0 e + 0 31 9 3 4 89 9 2 2 e + 0 4 366 8 50 7 7 18 e + 0 2 1 0 0 1 1一1 8 6 9 e + 0 4 33 4 7 3 1 60 2 9 4 6 e + 0 41 3 8 6 85 5 7 4 e + 0 5 东南犬学工程硕士学位论文 4l3 5 2 6 5 s0 。1 4 2 8 嚣+ 0 23 1 5 8 61 0 6 4 e + 0 4 22 4 2 90 2 5 6 7 e - 卜0 31 9 7 1 1 8 9 5 5 e + 0 4 5l2 6 6 3 2 4o 1 6 9 7 跫_ 国31 8 3 5 94 3 4 4 e + 0 4 23 2 9 3 1 30 。7 6 1 0 b 0 41 3 4 7 2- 1 3 8 3 e + 0 6 由此可见坡中的台阶边敢是不安全的，需要进行赢护。 2 + 1 2 落灏潺凌诗算 ( 1 ) 参数选择 玉环电厂工程边坡岩体怒类岩体，根据圈标工程岩体分级标准g b 5 0 2 1 8 - - 9 4 附录 c 0 1 内摩擦角可取3 9 。2 7 。，粘聚力取7 0 0 k p a 2 0 0 k p a 。考虑到破坏模式为圆弧滑动， 不沿着缝维稳嚣辨动，考惑到艇瑗羲疫与剪鞭效应，颡弧穿过多缀台蹬拜孪，参数毅玻丈熬 值，参数选择如表2 5 所示： 表2 5 星薮涝动诗冀参数 内摩擦角 粘聚力 鬣力密度水平地震影 i 计算条件 零( 。) c ( k p a ) r ( k n m 3 )响系数k “ i 台阶边坡 3 02 0 02 60 0 5 l 多级台阶 3 55 0 02 6o 0 5 l ( 2 ) 计算结果 妇表2 6 赝示 表2 - - 6 圆弧滑动计算缩果 骛浅疆拣燕& l l e n i u s 法b i s h o p 洼 滑面顶标高( m ) ( m )安全系数安仝系数 4 o1 9 o2 9 0 82 9 9 8 3 402 1 2 l2 2 4 5 4 9 03 6 4 23 8 4 7 6 4 03 0 5 73 2 7 l 7 9 02 6 7 12 8 8 l 9 4 。o2 ，3 9 32 ，5 9 9 1 2 0 02 0 8 82 1 6 9 9 东南大学工程硕士学位论文 1 9 。03 毒。03 。2 8 63 4 3 9 4 9 02 6 3 22 8 5 7 6 4 03 8 1 34 0 9 2 7 9 o3 1 1 73 。3 6 9 9 4 02 6 8 52 9 1 8 1 2 0 ，02 2 5 62 3 6 4 3 唾0 4 9 03 2 8 7 3 4 4 l 6 4 02 2 4 72 4 0 9 7 9 o3 4 8 2 3 6 9 6 9 4 ，02 9 0 73 ，1 1 2 1 2 0 02 4 1 22 5 0 3 4 9 o6 4 0 3 3 6 93 5 3 5 了g 。02 2 9 8 2 。鹩2 9 4 03 4 9 73 7 1 7 1 2 0 02 7 2 5 2 8 2 5 6 4 07 9 03 3 7 93 5 4 5 9 4 ，o2 ，2 6 4 2 ，4 3 0 1 2 0 03 2 1 23 3 l l 7 9o9 4 03 3 7 83 ，5 4 5 1 2 0 02 1 6 72 2 1 7 9 4o1 2 0 03 1 1 13 ，1 8 4 从表2 6 可以看出，按圆弧滑动计算，边坡的安全系数均大于2 ，1 二程边坡题稳定的 然丽对于开挖中可黢发现的较大规模的断裂，则露区别对待。 东南大学工程硕士学位论文 2 1 3 有限元数值分析计算 此次论证采用的有限元模型本构关系为线弹性，网格精度较高的八结点等参单元，计算 时将其视为二维平面应变问题，根据弹性力学的假设，计算所得拉应力为正( + ) ，压应力为 负( 一) 。计算选取的是人工边坡高程最高的典型剖面c - c 。 ( 1 ) 计算参数 根据工程类比及有关规范和试验参数，计算参数选取如下 表2 7f e m 模型中所用的材料计算参数 特拦 弹性模量 泊松比重度凝聚力内摩擦系数 材料名称 e ( g p a ) u y( k n 皿3 )c ( k p a ) 序号 覆盖层与强风 lo 80 3 7 52 0 02 00 4 5 化凝灰岩 2 中风化凝灰岩 3 5 00 3 32 3 01 0 00 5 5 凝灰岩微风化 37 0 00 2 92 6 o3 5 00 7 4 另外，考虑到场地地质条件及设计要求，我们还分别对地震烈度为6 、7 度和无地震力 三种情况进行了计算，地震烈度相对应的影响系数6 度为0 0 5 ，7 度为0 1 。 ( 2 ) 计算结果 经分析得出以下结论： a 边坡的位移变形不大。基本上