【《某水电站挡水坝段左岸边坡整体抗滑稳定探析》30000字】

某水电站挡水坝段左岸边坡整体抗滑稳定分析摘要边坡及大坝整体稳定分析一直是边坡工程实际运用的热点问题。我国西南地区水电资源丰富，但是开发条件较差，坝址区域通常是高山峡谷地带，边坡内部地质条件复杂，外力风化、地下水流作用、地质内力作用等均非常活跃，断裂带较多，对工程运行安全产生较大的威胁。在对沙坪一级选址区域的前期勘察过程中发现，坝址区左岸边坡内部存在较大的断层F10和白云岩风化层，且左岸开挖面上方存在重要铁路线，所以本论文选取该工程左岸边坡及厂房整体，运用有限元法和有限差分法，分析其永久运行期的安全稳定情况。本文首先设计了沙坪一级电站挡水坝段，得到在四种工况下的抗滑稳定安全系数和截面应力分布都符合规范要求，证明了所设计挡水坝型的合理性。本文采用有限元分析软件ANSYS建立了左岸边坡和坝体实体模型，导入FLAC3D进行计算，进行强度参数折减后进行各个强度储备系数下的平衡计算，得到计算图进行分析。本文采用的临界失稳判据以产生贯穿型塑性屈服区域为主，位移突变时的强度储备系数为辅，并佐以solvefos进行验证。对五种工况下进行计算后分别得到各自的安全稳定系数，都满足规范要求，左岸边坡整体在永久运行期是稳定的。在失稳过程中，均为下游边坡率先出现贯穿型塑性屈服区导致剪切型滑坡，整体失稳破坏，所以未来运行期对下游边坡的监测是非常重要的。在强度储备系数增大直至破坏时，坝基及断层均处于稳定状态。随着各工况下水位上升，安全系数增加，这是由于水的压固作用造成的，符合实际情况。在考虑地下水后，边坡整体稳定系数降低，但降低程度不大，受地下水影响不大，主要受下游边坡覆盖层强度参数影响，满足工程实际情况，也符合规范要求。关键词：边坡稳定性；有限差分法；强度折减法；强度储备系数目录TOC\o"1-3"\h\u1绪论1.1项目研究的背景、目的及意义 表4.1.3坝址区岩体结构面物理力学参数构造类别变形模量GPa抗剪断强度抗剪强度f’c’（MPa）fc（MPa）F10岩块岩屑夹泥（全风化）0.3~0.50.35~0.450.04~0.080.3~0.40岩块（强风化）1~20.50~0.550.12~0.200.50小断层岩块岩屑（f130等）0.3~0.50.45~0.550.10~0.150.4~0.50岩块岩屑夹泥（f88等）0.35~0.450.05~0.100.3~0.40层面裂隙无充填型0.50~0.550.05~0.100.50~0.550表4.1.4建筑材料静力特性编号材料容重(kN/m3)轴心抗压强度（MPa）轴心抗拉强度（MPa）弹性模量（GPa）泊松比线膨胀系数标准值设计值标准值设计值1胶结砂砾石22.78.06.40.650.5212.00.167/2C2024.013.49.61.541.1025.50.1671.0×10-5/℃3C2524.016.711.91.781.2728.00.1671.0×10-5/℃4C3024.020.114.32.011.4330.00.1671.0×10-5/℃5C4024.026.819.12.391.7132.50.1671.0×10-5/℃6C4524.029.621.12.511.8033.50.1671.0×10-5/℃表4.1.5护坡锚杆力学参数材料钻孔直径（mm）横截面积（m2）锚固力（KN）容重（kN/m3）弹性模量（GPa）水泥砂浆粘结刚度（N/m2）水泥砂浆粘结强度（N/m）与水平方向夹角HRB400螺纹钢1108.04×10-42502400202.0×1081.0×10620°混凝土及胶结砂砾石层面抗剪断强度标准值如下：(1)常态混凝土（90d）：抗剪断摩擦系数fck'=1.4，抗剪断凝聚力(2)胶结砂砾石：抗剪断摩擦系数fck'=1.0，抗剪断凝聚力c4.1.2材料渗流参数主要考虑模型坝基岩体和大坝混凝土的渗透系数以计算岩体内的渗透体积力。在前期勘探结果中发现岩体分为透水层和不透水层，两者的渗透系数差别较大，各岩体的渗透系数如表4.1.6所示。表4.1.6坝基岩体及覆盖层渗透系数取值表材料种类渗透系数(cm/s)允许坡降砂卵石3.00×10-30.10~0.15大块石1.00×10-10.10~0.15覆盖层4.50×10-20.10~0.15辉绿岩3Lu以上5.12×10-53辉绿岩3Lu以下1.67×10-53白云岩3Lu以上6.73×10-52白云岩3Lu以下2.39×10-52玄武岩3Lu以上8.10×10-53.5玄武岩3Lu以下3.33×10-53.5防渗帷幕1.67×10-5-F10断层带-岩7.00×10-40.4F10断层带-土5.00×10-50.4断层影响带8.50×10-4-混凝土1×10-730胶结砂砾石1×10-7304.1.3计算工况在坝体完建后，根据设计要求主要考虑5种工况进行计算，各个工况对应水位如表4.1.7。表4.1.7各工况水位资料计算工况上游水位（m）下游水位（m）备注工况2：完建情况--工况3：正常蓄水位情况577.00554.63下游1台机组发电工况4：正常蓄水位情况577.00560.67下游6台机组发电工况5：设计洪水位情况574.29572.67工况6：校核洪水位情况578.35576.114.2有限元模型建立由于山体内部地下水位资料的缺失，在该章节中的建模计算忽略了左岸边坡内部地下水的影响，仅考虑上下游蓄水水位的影响，计算边坡内部的渗透体积力。在后面的第五章会介绍运用迭代法求解内部地下水影响下的边坡稳定情况。4.2.1模型边界范围在进行沙坪一级左岸边坡整体稳定分析时，主要研究对象为左岸边坡和水工建筑物整体的情况，所以在进行建模时着重于工程建设左岸区域。本模型对沙坪一级电站完建后永久运行期情况进行分析，考虑基础灌浆处理以及边坡支护措施，模型元件包括左岸整体边坡及F10断层、左岸厂房安装间、左岸鱼道坝段及其建筑物基础、开挖前添加边坡支护以及开挖后的坝基帷幕灌浆和固结灌浆部分等，对上述整体进行有限元建模网格划分，运用拉格朗日差分法进行非线性计算。根据建模内容确定模型的边界为闸门轴线上游300m至下游400m共700m的上下游范围，取该方向为x方向，朝向下游为正；取闸门左岸126.6m至左岸262.04m为左右岸范围，取该方向为y方向，左为正；取高程432.7m至647.7m为铅直范围，向上为z正方向。建模计算时，对模型上下游、左右岸边界进行法相约束，对模型底部边界进行全约束。4.2.2ANSYS建模ANSYS建模为自下而上、点线面体式建模，在此模型中，遵循ANSYS建模规律，将整体模型分为7断面8块体进行块体建模。首先将设计院提供的地形线图纸导入ANSYS中拟合成地形面，后将地质断面图以及开挖建设图依次导入，用截面的连线构成各种地质分界扭面，后形成各种地质体，如下图4.2.1；进行开挖面布尔操作构造开挖模型，根据厂房关键点位置建立厂房模型，最后得到实体模型。将得到的实体模型进行网格划分，并根据计算要求进行单元分组。最终得到369101各单元，并将这些单元按照岩体名称分为白云岩、辉绿岩、断层、影响带、覆盖层等多种单元组，如下图4.2.2。图4.2.1块体及截面位置图4.2.2材料分区单元组4.2.3FLAC3D计算模型对于ANSYS已经建立好的模型，需要导入FLAC3D进行有限差分法计算。导入的关键是对ANSYS软件中划分完网格的模型，其节点、单元编号及坐标完整的导出为FLAC3D可读的文本文档，笔者编写了APDL语言进行节点和单元的导出。之后，对单元分组也需要准确的导出，ANSYS中的单元分组也就是FALC33D中的不同材料参数的分组，笔者同样编写了APDL语言实现单元分组导出为文本文档的功能。最终将节点编号及坐标、单元编号及对应节点、分组名称及其相应单元都放置于同一个文本文档建立FLAC3D可读的计算模型，再编写FISH命令流实现安全系数计算，模型图如4.2.3。图4.2.3FLAC计算模型4.3完建工况稳定分析下图是各个强度储备系数（折减系数）下的模型state发展变化图，其中深蓝色区域表示未屈服区，也就是模型初期直到平衡也没有出现塑性屈服破坏的区域；灰色表示在模型计算平衡之前曾经出现过屈服，但是现在并未塑性屈服的区域；红色表示现在仍发生剪切塑性屈服的区域；洋红色表示模型现在发生张拉塑性屈服的区域。观察各个强度储备系数下的塑性区域图，如图4.3.1，我们可以发现：当强度储备系数为1.0时，模型仅仅先前出现过屈服区域，但是达到平衡时并没有屈服区域，整个边坡稳定情况良好，坝肩部位稳定，大坝上下游情况也很好；当强度储备系数为1.1时，出现了少量的塑性屈服区域，主要集中于大坝上下游铁路以下的边坡及河床段，断层中也出现了少量的屈服区域，但是坝肩较为稳定；强度储备系数为1.2时，下游塑性区域发展，铁路线以上出现较大范围的塑性区域并持续扩大，但是基本都是边坡表面覆盖层；强度储备系数为1.3时，上下游覆盖层剪切塑性区继续扩大；强度储备系数为1.4时，覆盖层表面塑性区域基本不变，但是较深覆盖层处出现塑性区域，出现从坡脚发展的贯通趋势；当强度储备系数为1.5时，下游塑性区域基本贯通，由后面的监测点位移情况发现位移急剧增加，此时边坡整体处于临界失稳状态，下游坡面发生滑动破坏导致边坡卸荷，上游的塑性屈服区域逐渐减小。（a）强度储备系数为1（b）强度储备系数为1.1（c）强度储备系数为1.2（d）强度储备系数为1.3（e）强度储备系数为1.4（f）强度储备系数为1.5图4.3.1工况2塑性区变化图为了更好的研究模型内部的塑性区域变化情况，直观的观察到断层区域的破坏情况以及发展规律，论证从整体边坡塑性区域变化图得到的安全系数的正确性，我们继续选取了闸上0+195.36、坝轴线0+000、闸下0+222.38三个截面分别研究大坝上游边坡、大坝段、大坝下游边坡的内部岩体的塑性区域破坏变化情况。在闸上0+195.36断面，如下图4.3.2，当强度储备系数为1.0时，边坡内部并未出现塑性屈服区域，当强度储备系数升为1.1时，覆盖层表面出现了剪切塑性区，断层中也出现了剪切塑性区，但是并未发展到断层以外，且并未产生连续贯穿，对稳定影响不大，当强度储备系数一直升至1.4时，覆盖层的塑性区域面积持续增大，但断层的塑性区域继续减少直至消失，最终全为覆盖层表面的塑性屈服区，且并未完全贯通，当强度储备系数为1.5，由于下游边坡失稳出现卸荷，上游应力重分布，覆盖层稳定时并未出现屈服区。在坝轴线断面，如下图4.3.3，安全系数从1.0升至1.5的过程中，边坡内部及覆盖层均未出现明显的塑性屈服区域，大坝段边坡较为稳定，说明基础固结灌浆和坝肩处的支护等措施起到了良好的效果。在坝下0+222.38断面，如下图4.3.4，强度储备系数为1.0时，边坡覆盖层及内部岩体未出现塑性屈服区域，当强度储备系数逐渐增至1.4时，表面覆盖层塑性区域逐步增大，但是并未完全贯通，岩体内部也逐渐出现塑性屈服区域，当强度储备系数增至1.5时，覆盖层出现了从边界顶部到边界坡脚的贯穿型塑性屈服区域，且以剪切塑性区域为主，符合剪切性滑坡的条件，由于卸荷作用和应力重分布，边坡内部的塑性屈服区域消失。（a）强度储备系数为1（b）强度储备系数为1.1（c）强度储备系数为1.2（d）强度储备系数为1.3（e）强度储备系数为1.4（f）强度储备系数为1.5图4.3.2工况2闸上0+195.36截面塑性区变化图（a）强度储备系数为1（b）强度储备系数为1.1（c）强度储备系数为1.2（d）强度储备系数为1.3（e）强度储备系数为1.4（f）强度储备系数为1.5图4.3.3工况2坝轴线0+000截面塑性区（a）强度储备系数为1（b）强度储备系数为1.1（c）强度储备系数为1.2（d）强度储备系数为1.3（e）强度储备系数为1.4（f）强度储备系数为1.5图4.3.4工况2闸下0+222.38截面塑性区变化图继续取顺河向断面研究在顺河向方向，上下游塑性屈服区域变化的不同以及趋势，观察塑性屈服区域出现的位置及上下游的相对破坏程度。所取断面为闸左0+135.85、闸左0+160.10和闸左0+196三个断面。在闸左0+135.85断面和闸左0+160.10断面，如图4.3.5和图4.3.6，强度储备系数由1.0至1.5逐步增大过程中，下游边坡表面的塑性屈服区域不断拓展，直至发展成为从下游边界到坡脚的贯通形剪切塑性区，证明了边坡破坏为剪切形破坏，并在储备系数为1.5时出现贯通，但是上游河床以及边坡出现塑性屈服的区域范围较少，对稳定的影响不大。在闸左0+196断面，如图4.3.7，强度储备系数从1.0升至1.4的过程中，由于该处边坡高程较高，坡度较陡，上下游均出现了不同程度的剪切塑性区域且不断拓展，且下游范围明显多于上游，下游逐渐具有出现从坡脚到坡顶的贯穿型趋势，在强度储备系数升至1.5时，下游出现了完全贯穿式的剪切塑性区域，下游边坡整体失稳滑坡，所以下游边坡的稳定情况决定模型整体的稳定情况。（a）强度储备系数为1（b）强度储备系数为1.1（c）强度储备系数为1.2（d）强度储备系数为1.3（e）强度储备系数为1.4（f）强度储备系数为1.5图4.3.5工况2闸左0+135.85截面塑性区变化图（a）强度储备系数为1（b）强度储备系数为1.1（c）强度储备系数为1.2（d）强度储备系数为1.3（e）强度储备系数为1.4（f）强度储备系数为1.5图4.3.6工况2闸左0+160.10截面塑性区变化图（a）强度储备系数为1（b）强度储备系数为1.1（c）强度储备系数为1.2（d）强度储备系数为1.3（e）强度储备系数为1.4（f）强度储备系数为1.5图4.3.7工况2闸左0+196.00截面塑性区变化图为了着重研究断层的稳定情况，特别将F10断层组件单独提出观察其塑性区域变化情况，如图4.3.8。在强度储备系数从1.0升至1.5的过程中，断层未出现明显的大范围贯通塑性区域，仅仅在靠近覆盖层以及靠近断层影响带的区域出现少量的塑性屈服区域，所以断层整体处于稳定状态，对安全系数的影响不大。（a）强度储备系数为1（b）强度储备系数为1.1（c）强度储备系数为1.2（d）强度储备系数为1.3（e）强度储备系数为1.4（f）强度储备系数为1.5图4.3.8工况2F10断层塑性区变化图为了运用临界失稳状态的位移判据侧面证明所得出的强度储备系数的合理性，在边坡模型上取特征点位监测位移发展，点位分别位于上游边坡、下游边坡、上游铁路路基、下游铁路路基、建基面底部、建基面偏下游位置和F10断层位置，如下图4.3.9。绘制监测点位移与强度储备系数的函数图像，查看突变时的强度储备系数来确定稳定安全系数。图4.3.9边坡各特征点位置分布图下图4.3.10是该工况下六个特征点在X、Y、Z三个方向上的位移与强度储备系数的统计变化图。图中表明，六个特征点在X、Y、Z方向的位移变化基本一致，在强度储备系数1.5以下，位移值较低，保持稳定升高，在1.5以上后，位移急剧发展，呈不收敛趋势。所以，其侧面证明了该工况下安全系数为1.5的合理性根据《水电水利工程边坡设计规范》DL/T5353-2006及《铁路路基设计规范》TB1001-2016/J447-2016的边坡稳定性评价标准，边坡为稳定状态。（a）特征点顺河向位移UX（b）特征点横河向位移UY（c）特征点铅直向位移UZ图4.3.10特征点位移随强度储备系数变化图4.4正常蓄水一台机组发电工况稳定分析如下图4.4.1，下图为模型整体塑性区域的变化情况。当强度储备系数为1.0时，仅在上游坝肩部位出现一点点的张拉塑性区域；当强度储备系数增大至1.1时，大坝下游覆盖层及底部出现较多的塑性屈服区域，但是未发生贯通；强度储备系数逐渐增大至1.4时，下游覆盖层及坝底处的剪切塑性区域继续扩张，但是上游部分仍未出现塑性屈服区域，这是因为蓄水给上游边坡表面提供了较大的法向压应力，提高了覆盖层抗剪强度，符合摩尔-库伦强度准则的计算结果；当强度储备系数升至1.52时，我们可以很明显的看到下游覆盖层出现了从坡脚到左侧以及下游坡顶的贯穿型塑性区域，剪切形塑性区域集中在边坡中部，张拉形塑性区域集中在边坡顶部的小部分区域内，坡面各特征点位移急剧增大，整体处于临界失稳状态。（a）强度储备系数为1（b）强度储备系数为1.1（c）强度储备系数为1.4（d）强度储备系数为1.52图4.4.1工况3塑性区变化图继续采用完建工况时确定的断面研究边坡内部的塑性区域变化情况，如下图4.4.2、图4.4.3、图4.4.4。在闸上0+195.36断面，强度储备系数从1.0增加至1.52的过程中，覆盖层和边坡内部基本不出现塑性屈服区域，符合摩尔-库伦强度准则。在坝轴线位置，强度储备系数为1.0时，出现少量的塑性屈服区域，主要为坝肩以上覆盖层表面，当强度储备系数逐步增加到1.4时，塑性屈服区域逐渐扩大，覆盖层与断层的塑性屈服区域逐渐相连，但是未出现明显的从坡脚到坡顶的贯穿型塑性区域，但强度储备系数提高到1.52时，塑性屈服区域减少，这是因为下游边坡失稳滑坡导致卸荷作用，坝肩应力重分布。在闸下0+222.38断面，当强度储备系数为1.0时，覆盖层和边坡内部均为出现塑性屈服区域，当强度储备系数升至1.1时，覆盖层出现了很大范围的塑性屈服区域，铁路以下以剪切型塑性区为主，铁路以上以张拉型塑性区为主，但是未向河床发展，强度储备系数发展到1.4时，剪切型塑性区域向铁路上方扩展，当强度储备系数增至1.52时，河床全部出现剪切塑性区域，出现连续贯通，边坡整体已经超过临界稳定状态，下游边坡出现剪切型滑坡。（a）强度储备系数为1.52图4.4.2工况3闸上0+195.36截面塑性区变化图（a）强度储备系数为1（b）强度储备系数为1.4（c）强度储备系数为1.52图4.4.3工况3闸轴线0+000截面塑性区变化图（a）强度储备系数为1（b）强度储备系数为1.1（c）强度储备系数为1.4（d）强度储备系数为1.52图4.4.4工况3闸下0+222.38截面塑性区变化图在顺河向所取断面依旧不变，如下图。在闸左0+135.85和闸左0+160.10断面处，在强度储备系数从1.0到1.4升高的过程中，坝基底部和下游边坡覆盖层的塑性屈服区域不断扩展，坝基处在该断面虽出现了贯通，但是坝基其他断面仍未贯通，所以坝基处不出现剪切型滑坡，下游覆盖层逐渐出现贯通，当强度储备系数升为1.52时，出现了从下游边界顶部到大坝下游坝基处的贯穿型剪切型滑坡。在闸左0+196.60断面，强度储备系数从1.0增至1.52时，首先在坝基以及下游边坡覆盖层下层出现剪切型塑性区，坝基部位屈服区域慢慢发展到坝基深层，但是未在坝基表层出现贯穿通道，覆盖层部位渐渐向表层拓展，到达1.52时，覆盖层表面甚至河床水下部分均出现了滑坡破坏，整个下游边坡完全失稳。（a）强度储备系数为1（b）强度储备系数为1.1（c）强度储备系数为1.4（d）强度储备系数为1.52图4.4.5工况3闸左0+135.85截面塑性区变化图（a）强度储备系数为1（b）强度储备系数为1.1（c）强度储备系数为1.4（d）强度储备系数为1.52图4.4.6工况3闸左0+160.10截面塑性区变化图（a）强度储备系数为1（b）强度储备系数为1.3（c）强度储备系数为1.4（d）强度储备系数为1.52图4.4.7工况3闸左0+196.60截面塑性区变化图如下图4.4.8，下图是该工况下F10断层的塑性区域发展情况。在强度储备系数从1.0升至1.52的过程中，断层中的剪切型塑性区域不断拓展，主要集中在坝基部位，主要趋势是由断层表面向深层扩张，但是并未在坝基表面出现贯穿型的塑性区域，所以断层整体是稳定的，对安全系数的影响不大。（a）强度储备系数为1（b）强度储备系数为1.52图4.4.8工况3F10断层塑性区变化图对该工况下的特征点进行三个方向的位移监测，建立强度储备系数与位移的关系统计图，如下图4.4.9。不同特征点和不同方向上的位移变化趋势基本一致，强度储备系数在1.0至1.4之间，增长缓慢且位移值不大；强度储备系数进入1.4后，位移开始出现波动，在1.48至1.52之间，出现位移突变，边坡进入失稳状态。通过位移突变判据侧面论证，基本可以确定工况三下的边坡整体安全系数为1.52。该边坡是稳定状态。（a）特征点顺河向位移UX（b）特征点横河向位移UY（c）特征点铅直向位移UZ图4.4.9特征点位移随强度储备系数变化图4.5正常蓄水六台机组发电工况稳定分析如下图4.5.1，下图是模型整体在不同强度储备系数下的塑性屈服区域变化情况。当强度储备系数为1.0时，边坡表面覆盖层基本不出现塑性区域；当强度储备系数变为1.1时，下游靠近大坝边坡部分出现少量的塑性区域，坝基也出现剪切塑性区；当强度储备系数逐渐升至1.4时，塑性屈服区域由坝下游坡脚向坡顶和坝肩靠上游部分扩展，但是由于上下游蓄水的作用，上游和下游河床部分基本不出现塑性屈服区域；当强度储备系数升至1.52时，下游塑性区域完全延伸至下游边界坡顶，产生两边环绕的塑性屈服区域并贯通至河床，边坡失稳破坏。（a）强度储备系数为1（b）强度储备系数为1.1（c）强度储备系数为1.2（d）强度储备系数为1.3（e）强度储备系数为1.4（f）强度储备系数为1.52图4.5.1工况4塑性区变化图如下图4.5.2至图4.5.4，下图是三个典型横河断面的塑性屈服区域变化图。在闸上0+195.36断面，在强度储备系数增大的过程中，除断层靠近覆盖层部分出现少量的剪切塑性屈服区域外，基本没出现塑性屈服，上游部分蓄水，作用于河床表面的法向水压力使上游部分较为稳定。在坝轴线断面，强度储备系数为1.1时，坝肩以下覆盖层及断层出现少量的塑性屈服区域，随着强度储备系数增大至1.4时，塑性屈服区域逐渐拓展至覆盖层上部及断层下部，但是并未贯通，随着强度储备系数升至1.52，下游覆盖层出现滑坡，下游的卸荷作用导致坝肩部位塑性屈服区域面积突降。在闸下0+222.38断面，强度储备系数为1.0时，整体是稳定的，在强度储备系数从1.1升至1.4的过程中，覆盖层的剪切塑性区域取代了张拉塑性区域，在强度储备系数为1.52时，产生了从坡顶到坡脚的贯通型剪切破坏区，下游边坡发生破坏。（a）强度储备系数为1.3（b）强度储备系数为1.52图4.5.2工况4闸上0+195.36截面塑性区变化图（a）强度储备系数为1（b）强度储备系数为1.1（c）强度储备系数为1.4（d）强度储备系数为1.52图4.5.3工况4闸轴线0+000截面塑性区变化图（a）强度储备系数为1（b）强度储备系数为1.1（c）强度储备系数为1.4（d）强度储备系数为1.5图4.5.4工况4闸下0+222.38截面塑性区变化图如下图4.5.5至图4.5.7，下图是三个顺河向的塑性屈服区域变化断面图。在闸左0+135.85和闸左0+160.10断面处，随着强度储备系数从1.0升至1.52时，坝基处出现塑性屈服区域，先由坝基表面向内部延伸，后逐渐降低，但是始终未产生贯通，下游边坡塑性屈服区域逐渐增大，在1.52时产生覆盖层产生贯通型塑性屈服区域，上游河床由于水压力的作用，并未出现塑性屈服区域，整体较为稳定。在闸左0+196.00断面，强度储备系数变为1.1时，坝下游边坡覆盖层底部和坝基处均出现了塑性屈服区域，随着强度储备系数的增大，塑性屈服区域开始向覆盖层表面、坝基底部以及坝上游断层部分拓展，当强度储备系数变为1.52时，下游覆盖层出现了从下游边界坡顶到大坝下游面的贯穿型剪切塑性屈服区，下游边坡整体失稳破坏。（a）强度储备系数为1（b）强度储备系数为1.3（c）强度储备系数为1.5图4.5.5工况4闸左0+135.85截面塑性区变化图（a）强度储备系数为1（b）强度储备系数为1.3（c）强度储备系数为1.52图4.5.6工况4闸左0+160.10截面塑性区变化图（a）强度储备系数为1（b）强度储备系数为1.3（c）强度储备系数为1.52图4.5.7工况4闸左0+196.60截面塑性区变化图如下图4.5.8，下图是F10断层内部的塑性屈服区域的变化情况。当强度储备系数逐渐增大时，断层的塑性屈服区域主要集中在坝基部位以及坝下游部分，随着强度储备系数的增大，面积也逐渐增大，但并未产生贯通的屈服区域；当强度储备系数变为1.52时，由于下游覆盖层滑坡，断层在坝基靠上游部位的屈服区域消失。在变化过程中，断层整体是稳定的。（a）强度储备系数为1（b）强度储备系数为1.52图4.5.8工况4F10断层塑性区变化图如下图4.5.9，下图是特征点的位移随强度储备系数变化的关系图。三个方向上的位移在1.0至1.5之间稳定上升且数值较小，在1.52时下游铁路和下游边坡位移发生突变，位移急剧增长，处于临界失稳状态。所以下游边坡最先失稳，且失稳时上游部分以及断层仍较为稳定。综上所述，此工况下整体抗滑稳定系数为1.52，根据边坡稳定性评价标准，边坡为稳定状态。（a）特征点顺河向位移UX（b）特征点横河向位移UY特征点铅直向位移UZ图4.5.9特征点位移随强度储备系数变化图4.6设计洪水位工况稳定分析如图4.6.1，下图是模型整体在不同强度储备系数下的塑性屈服区域变化图。由图可以发现，在强度储备储备系数为1至1.1的过程中，只有下游边坡覆盖层和坝基表面出现少量的塑性屈服区域，F10断层区域也出现少量的屈服单元；当强度储备系数为1.2时，塑性屈服区域扩大，主要为下游边坡覆盖层表面零星出现以及坝肩铁路以下部位；当强度储备系数为1.3时，下游坡面塑性屈服区域急剧增大，由零星变为相互连接的塑性屈服区域，但是集中在坝下游河床以上段；强度储备系数逐渐增大至1.5时，塑性屈服区域逐渐扩展到更下游边坡处，但是覆盖层底部未完全贯通；当强度储备系数未1.54时，下游坡面覆盖层屈服区域完全贯通，从坡顶至坡脚均出现塑性区域，整体处于临界失稳状态。（a）强度储备系数为1（b）强度储备系数为1.1（c）强度储备系数为1.2（d）强度储备系数为1.3（e）强度储备系数为1.4（f）强度储备系数为1.5（g）强度储备系数为1.54图4.6.1工况5塑性区变化图如图4.6.2至图4.6.4，是模型三个典型横河向断面塑性区域变化图。由图可知，在闸上0+195.36处，强度储备系数增大直至破坏，均未产生明显的塑性屈服区域，整体非常稳定，对稳定系数的影响很小。在坝轴线0+000断面处，强度储备系数增至1.1的过程中，基本不出现塑性屈服区域，当强度储备系数增至1.2时，坝基及断层上表面出现少量的剪切塑性屈服区域，强度储备系数增至1.5时，塑性屈服区域继续增长，从坝基覆盖层坡脚延伸至铁路以下坡顶，断层内部也出现延伸，但是未产生贯通，当强度储备系数为1.54时，下游边坡整体破坏发生滑坡卸荷，坝肩部位的塑性屈服区域面积降低。在闸下0+222.38断面处，强度储备系数增至1.1的过程中，基本只出现零星的塑性屈服区域，当变为1.2时，下游覆盖层顶部率先出现剪切型塑性屈服区域，主要与下游水位升高有关，法向水压力的作用范围以及压力值均升高，所以坡脚较为稳定，当安全储备系数增至1.4时，覆盖层塑性屈服区域逐渐连续并向坡脚扩展，最终当安全储备系数为1.54时，覆盖层完全出现了贯穿型塑性屈服区域，边坡不再稳定，发生滑坡。（a）强度储备系数为1（b）强度储备系数为1.54图4.6.2工况5闸上0+195.36截面塑性区变化图（a）强度储备系数为1（b）强度储备系数为1.2（c）强度储备系数为1.5（d）强度储备系数为1.54图4.6.3工况5闸轴线0+000截面塑性区变化图（a）强度储备系数为1（b）强度储备系数为1.2（c）强度储备系数为1.4（d）强度储备系数为1.54图4.6.4工况5闸下0+222.38截面塑性区变化图如下图4.6.4至图4.6.6，下图是顺河向断面的塑性区域变化图。在闸左0+160.10和闸左0+135.85断面，强度储备系数从1增至1.5的过程中，坝基处和下游顺河向边坡出现了塑性屈服区，且面积原来越大，呈贯通趋势，主要存在于下游覆盖层表层，河床部位由于蓄水的影响以及大坝上游边坡并未出现塑性屈服区，当安全储备系数变为1.54时，下游边坡出现贯穿型塑性区域，边坡发生失稳破坏，由于卸荷作用坝基处的部分塑性区域消失。在闸左0+196.00断面处，强度储备系数为1.1时，坝基下游以及下游顺河向边坡覆盖层底部出现少量的塑性屈服区域，随着强度储备系数从1.1增至1.5的过程中，塑性屈服区域面积逐渐扩大，从覆盖层底层向靠近大坝以及覆盖层表层扩展，坝基处塑性屈服区也大面积扩张至底部和坝上游，但是都未出现贯穿地基和边坡的塑性区域，当强度折减系数变为1.54时，下游边坡覆盖层剪切型塑性区完全从坡顶贯穿到大坝下游面，整个边坡失稳破坏，地基塑性区域减小。（a）强度储备系数为1（b）强度储备系数为1.5（c）强度储备系数为1.54图4.6.5工况5闸左0+135.85截面塑性区变化图（a）强度储备系数为1（b）强度储备系数为1.5（c）强度储备系数为1.54图4.6.6工况5闸左0+160.10截面塑性区变化图（a）强度储备系数为1（b）强度储备系数为1.2（c）强度储备系数为1.4（d）强度储备系数为1.54图4.6.7工况5闸左0+196.60截面塑性区变化图如下图4.6.8，下图是该工况下F10断层内部的塑性区域变化情况图。强度储备系数增大的过程中，塑性屈服区域主要集中于坝基底部大坝下游部分，且刚开始位于靠近覆盖层表面，之后越来越深入断层内部，但是并未见到明显的贯通区域。当强度储备系数增至1.54时，坝基处的塑性屈服区域面积减小。在强度储备系数增大至下游边坡失稳的过程中，断层始终处于稳定状态。（a）强度储备系数为1（b）强度储备系数为1.5（c）强度储备系数为1.54图4.6.8工况5F10断层塑性区变化图如下图4.6.9是边坡特征点的位移与强度储备系数的关系变化图，由图可知，当安全系数变为1.54时，下游边坡特征点在三个方向上都产生了位移突变，下游铁路点也产生了较大位移，其他特征点仍没有明显的位移突变。所以边坡破坏率先发生在下游边坡。综上所述，该工况下模型整体安全系数未1.54。根据边坡稳定性评价标准，边坡为稳定状态。（a）特征点顺河向位移UX（b）特征点横河向位移UY（c）特征点铅直向位移UZ图4.6.9特征点位移随强度储备系数变化图4.7校核洪水位工况稳定分析如下图4.7.1是模型整体在不同强度储备系数下的塑性区域变化情况图。在强度储备系数为1时，边坡表面基本未出现塑性区域；当强度储备系数为1.1时，坝基底部、坝肩上部以及边坡下游边界处出现了少量的塑性区域；当强度储备系数升至1.2时，坝肩和坝基处的塑性区域面积扩大，下游铁路上下边坡部位均出现了少量的塑性屈服区域；当强度储备系数升至1.3时，塑性区域向河床和边坡顶部延伸，下游边界处也向河床部位扩展，但是上游部位一直未出现塑性屈服区域；当强度储备系数为1.4时，铁路上部和下部边坡的塑性屈服区域基本连接，但是未完全延伸至河床底部，出现贯通趋势；当强度储备系数最后升至1.55时，下游边坡出现了完整的贯穿型塑性屈服区域，坝基处屈服区域减小，下游边坡完全失稳破坏。（a）强度储备系数为1（b）强度储备系数为1.1（c）强度储备系数为1.2（d）强度储备系数为1.3（e）强度储备系数为1.4（f）强度储备系数为1.5（g）强度储备系数为1.55图4.7.1工况6塑性区变化图如下图4.7.2至图4.7.4，是三个典型横河向断面内部的塑性区域分布图。在闸上0+195.36断面，在强度储备系数增大的过程中，由于较高的水位，上游边坡及内部基本没出现塑性屈服区域。在坝轴线0+000断面，强度储备系数为1.0至1.1时，基本不出现塑性屈服区域，强度储备系数为1.2时，坝底及断层出现剪切型塑性屈服区域，随着强度储备系数增大至1.5，塑性屈服区域逐渐增大，集中于大坝底部以及断层靠近覆盖层位置，当强度储备系数最终升至1.55时，塑性屈服区域面积突然降低，说明发生了卸荷作用导致应力重分布，下游坝坡失稳破坏。在闸下0+222.38断面，强度储备系数增大至1.5的过程中，首先在铁路周围的边坡覆盖层出现剪切型塑性屈服区域，然后慢慢扩展到边坡底部河床部分，呈现覆盖层贯穿趋势，最后当强度储备系数变为1.55时，下游边坡出现连通的贯穿型塑性屈服区，边坡发生整体失稳破坏，产生滑坡。（a）强度储备系数为1（b）强度储备系数为1.55图4.7.2工况6闸上0+195.36截面塑性区变化图（a）强度储备系数为1（b）强度储备系数为1.2（c）强度储备系数为1.5（d）强度储备系数为1.55图4.7.3工况6闸轴线0+000截面塑性区变化图（a）强度储备系数为1（b）强度储备系数为1.2（c）强度储备系数为1.5（d）强度储备系数为1.55图4.7.4工况6闸下0+222.38截面塑性区变化图如下图4.7.5至图4.7.7，下图是三个顺河向断面的塑性区域变化图。在闸左0+135.85断面，强度储备系数为1时，不出现塑性屈服区域，强度储备系数从1.1增至1.5的过程中，坝基和下游边坡靠下游边界的坡顶出现剪切型塑性屈服区域，并且一直在不断扩大，强度储备系数为1.55时，坝基处减小，下游边界坡顶覆盖层表面出现贯穿塑性屈服区域。在闸左0+160.10断面，强度储备系数从1.0升至1.5的过程中，下游边坡出现较大的塑性屈服区域，且刚开始为覆盖层底部先出现剪切型破坏，慢慢转移到覆盖层表面且具有贯通趋势，坝基处的塑性屈服区域也慢慢由中间向上下游两侧及底部拓展，但是未出现贯穿型屈服区，当强度储备系数增至1.55，坝基处塑性屈服区域减小，下游边坡形成贯穿型塑性屈服区域，发生滑坡破坏。在闸左0+196.60断面，强度储备系数为1.1时，在坝肩下游和覆盖层底部出现塑性屈服区域，随着强度储备系数的增大，慢慢拓展到坝基深层及坝基上下游较大区域，边坡覆盖层塑性屈服区向大坝下游面拓展，直至河床，逐渐出现贯通趋势，在强度储备系数为1.55时，边坡完全失稳破坏。（a）强度储备系数为1（b）强度储备系数为1.5（c）强度储备系数为1.55图4.7.5工况6闸左0+135.85截面塑性区变化图（a）强度储备系数为1（b）强度储备系数为1.5（c）强度储备系数为1.55图4.7.6工况6闸左0+160.10截面塑性区变化图（a）强度储备系数为1（b）强度储备系数为1.3（c）强度储备系数为1.5（d）强度储备系数为1.55图4.7.7工况6闸左0+196.60截面塑性区变化图如下图4.7.8是F10断层内部塑性屈服区域的变化情况。在强度储备系数增大的过程中，剪切型塑性屈服区域面积不断增大，主要集中于坝基以及大坝下游不远处，直至增长至下游边坡失稳破坏，断层内部也仍未出现贯穿型塑性屈服区域，断层整体是稳定的。（a）强度储备系数为1（b）强度储备系数为1.5（c）强度储备系数为1.55图4.7.8工况6F10断层塑性区变化图如下图4.7.8，下图是特征点三个方向上位移与强度储备系数之间的统计关系图。在强度储备系数为1.5之前，位移数值基本较小，增长情况不明显，基本保持稳定。在强度储备系数为1.55后，下游边坡和下游铁路的位移发生根本变化，出现了骤增，边坡发生失稳破坏，发生区域主要集中在下游边坡部分，断层、边坡上游及坝基表面位移依旧较小，未发生滑坡破坏。综上所述该工况下边坡及大坝整体安全系数为1.55，根据边坡稳定性评价标准，边坡为稳定状态。（a）特征点顺河向位移UX（b）特征点横河向位移UY（c）特征点铅直向位移UZ图4.7.9特征点位移随强度储备系数变化图4.8左岸边坡整体抗滑稳定分析小结将上述五种工况下得到的整体抗滑稳定安全系数统计如表4.8.1所示。 表4.8.1各工况下边坡安全系数计算工况安全系数fos位移突变前强度储备系数工况2：完建情况1.501.50工况3：正常蓄水位一台机组情况1.521.52工况4：正常蓄水位六台机组情况1.521.52工况5：设计洪水位情况1.541.54工况6：校核洪水位情况1.551.55对上述五种工况下的安全系数、整体塑性屈服区域变化图、各个断面塑性区域变化图以及特征点位移和断层的分析，可以得到如下分析结果：随着水位的升高，边坡的安全系数略有上升。高水位条件下，作用在河床覆盖层法向水压力数值以及范围都增大，一定程度上提高了覆盖层部分土体的抗剪强度，有利于维持边坡稳定。坝基固结灌浆效果显著，坝基处塑性区域不连贯，坝基基本稳定。在强度储备系数增大的过程中，坝基处仅出现小范围的塑性屈服区域，且塑性屈服区域较为分散，不能形成连续的滑动面，坝基不会出现失稳破坏。当下游边坡在某种强度系数折减下出现失稳滑坡时，坝基处应力重分布，塑性屈服区域面积减小，坝基整体呈稳定状态。整体失稳破坏主要集中在左岸边坡下游覆盖层。在五种工况下，边坡失稳滑坡全部发生在下游覆盖层，且基本为剪切型滑坡，塑性屈服区域先出现在河下游水位以上的坡脚，随后向坡顶延伸。这是因为下游边坡覆盖层较厚，覆盖层松散且下游水位较低，为环向覆盖层，覆盖层表面面积极大。断层整体稳定。在五种工况下，随着强度储备系数的增大，断层会逐渐部分出现塑性屈服区域，以剪切型塑性屈服区域为主，但是并未出现贯穿断层及其他岩体的塑性屈服区域，仅在断层内部坝轴线附近出现少量的竖直方向的塑性屈服区域，且断层内部特征点也并未表现出较大位移发生，所以断层总体在下游边坡失稳时都为稳定状态。综上所述，左岸边坡整体在永久阶段均能保持稳定状态，电站可以维持安全稳定运行。

第5章考虑地下水作用下的整体稳定分析由于地下水资料的不全，前一章局限介绍了不考虑山体内部地下水作用下的边坡整体稳定分析，但是在工程的实际运行期，山体内部地下水作用也是影响边坡稳定的重要因素。考虑到地下水物理力学作用的本质是水头差作用下的渗流作用力，本章选取上下游水头差最大的情况，就工况三（上游正常蓄水、一台机组发电）进行考虑地下水作用的整体稳定分析。模型建立力学模型考虑地下水后，地下水以下饱和土体和岩体颗粒骨架主要受到孔隙水压力以及骨架自重力作用，孔隙水压力的等效作用力表现为渗透力和浮力。土水渗流力学模型采用土—水分算，水下部分岩土体取浮密度，作为骨架自重和浮力作用下的等效力，再计算上下游水位以及地下水位作用下的稳定渗流下的渗透体积力，并赋值给模型边坡内的节点[24、25]。在计算大坝坝底扬压力时，由于考虑到大坝渗透系数非常小，大坝内部假设为不渗水情况，不存在内部孔隙水压力，所以假设内部不存在扬压力体力；而且本文重点在于分析整体稳定情况，而非坝体内部应力情况，将扬压力作用在大坝坝基表面做等效处理，大坝内部的受扬压力情况与真实情况差别不大[26、27]。地下水位模型左岸边坡进行工程地基开挖后的地下水位是会发生变化的，这是由于开挖面的渗流边界条件发生了改变，一般来说地下水位是会降低的；同样的，当完成建坝和蓄水后，上游的水位提升也会导致上游地下水位雍高[28]，但是雍高高程会至蓄水位以上的小范围内；由于建坝时会在地基处进行帷幕灌浆来减小渗流，以及建坝导致的下游水位变化并不大，所以在一般的工程中建坝蓄水导致的下游地下水位变化并不是很大[29]。通常情况下，建坝蓄水后坝肩及坝基处的地下水位面变化较为复杂，需要通过迭代计算的方式推导出来。笔者针对该工程，编写了一套APDL命令流进行地下水位面的计算。具体是先确定坝肩及坝基部位的渗流边界条件，渗透系数初次计算时采用原本岩体的渗透系数，上下游确定相应的节点总水头，进行初次计算，得到总水头云图，如下图5.1.1。在初次计算基础上，对得到的压力水头小于零的单元设置很小的渗透系数模拟基本不渗流的情况继续计算。反复循环后，最终得到渗透系数极小的单元就是干单元（不渗水单元），其他单元便为地下水单元，如下图5.1.2。图5.1.1总水头云图图5.1.2迭代计算地下水单元对得到的地下水模型，导入FLAC3D进行计算。在参数选择时，根据计算的力学模型，将岩体分为水上水下部分，水下取浮密度和水下强度参数，水上取天然密度和天然强度参数。正常蓄水一台机组稳定分析如下图5.2.1，下图是考虑地下水渗流时模型整体在不同强度储备系数下的塑性区域变化图。当强度储备系数为1.0时，上下游基本都未出现塑性屈服区域；当强度储备系数从1.1增大至1.4时，率先在下游边坡覆盖层出现塑性屈服区域，然后向下游边界扩展，呈现贯穿趋势，上游部分基本稳定，不出现塑性屈服区域；当强度储备系数增大至1.46时，下游边坡覆盖层塑性屈服区域出现环状从坡顶至坡脚的贯通区域，下游边坡失稳破坏。（a）强度储备系数为1（b）强度储备系数为1.1（c）强度储备系数为1.2（d）强度储备系数为1.3（e）强度储备系数为1.4（f）强度储备系数为1.46图5.2.1工况3考虑地下水时塑性区变化图如下图5.2.2至图5.2.4是三个横河向塑性屈服区域断面图。在闸上0+195.36断面处，在强度储备系数增大的过程中，基本没有出现塑性屈服区。在坝轴线0+000断面处，强度储备系数增大的过程中，基本不出现塑性屈服区域，这与不考虑地下水时有很大不同，观察最大剪应力云图和最大主应力云图后发现，考虑山体内部地下水后，坝轴线断面坝基和坝肩处的最大剪应力迅速降低，而主应力降低幅度较小，随着剪应力的大幅度降低导致该情况下坝肩和坝基基本不出现剪切塑性屈服区域。在闸下0+222.38断面，其变化情况与不考虑地下水基本相似，在强度储备系数增大的过程中，边坡出现塑性屈服区域，剪切型塑性屈服区域增大，张拉型塑性屈服区域减小，向坡脚河床处延伸，呈贯穿趋势，断层处塑性屈服区域增加，结合整体图形，在强度储备系数为1.46时出现贯穿型塑性屈服区域，下游边坡整体发生破坏，此时断层应力重分布，塑性区域消失。（a）强度储备系数为1（b）强度储备系数为1.46图5.2.2工况3考虑地下水时闸上0+195.36截面塑性区变化图（a）强度储备系数为1（b）强度储备系数为1.46图5.2.3工况3考虑地下水时闸轴线0+000截面塑性区变化图（a）强度储备系数为1（b）强度储备系数为1.1（c）强度储备系数为1.2（d）强度储备系数为1.3（e）强度储备系数为1.4（f）强度储备系数为1.46图5.2.4工况3考虑地下水时闸下0+222.38截面塑性区变化图如下图5.2.5至5.2.7是顺河向三个断面的塑性区域变化情况图。在三个断面中，大坝上游均不产生塑性屈服区域，当强度折减系数从1.0增至1.4时，下游边坡塑性屈服区域逐渐增加并呈现贯通趋势，当强度储备系数为1.46时，出现贯穿型剪切塑性屈服区域，下游边坡失稳破坏。（a）强度储备系数为1（b）强度储备系数为1.3（c）强度储备系数为1.4（d）强度储备系数为1.46图5.2.5工况3考虑地下水时闸左0+135.85截面塑性区变化图（a）强度储备系数为1（b）强度储备系数为1.1（c）强度储备系数为1.2（e）强度储备系数为1.4（f）强度储备系数为1.46图5.2.6工况3考虑地下水时闸左0+160.10截面塑性区变化图（a）强度储备系数为1（b）强度储备系数为1.2（c）强度储备系数为1.4（d）强度储备系数为1.46图5.2.7工况3考虑地下水时闸左0+196.60截面塑性区变化图如下图5.2.8是断层内部的塑性区域变化图，在强度储备系数增大直至下游边坡失稳破坏的过程中，下游断层出现少量的剪切型塑性屈服区域，断层整体非常稳定。（a）强度储备系数为1（b）强度储备系数为1.3（c）强度储备系数为1.46图5.2.8工况3考虑地下水时F10断层塑性区变化图如下图5.2.9，下图是模型特征点三个方向位移与强度储备系数间的关系图。在强度储备系数增大的过程中，三个方向位移均增大，但是当强度储备系数增至1.4以上，尤其是在1.46时，下游边坡及铁路处位移快速增大甚至出现突变，下游边坡部分出现滑坡，上游边坡、坝基以及断层仍然稳定，综合模型整体塑性区域变化图以及各断面图，得到考虑地下水作用时工况三下边坡整体的稳定安全系数为1.46。根据边坡稳定性评价标准，边坡为稳定状态。（a）特征点顺河向位移UX（b）特征点横河向位移UY（c）特征点铅直向位移UZ图5.2.9特征点位移随强度储备系数变化图考虑地下水稳定计算小结在本章中，我们通过建立地下水分组对边坡整体密度和强度参数进行水上和水下的划分，将地下水单元赋予总水头参与渗透体积力计算，得到工况三下考虑地下水后的稳定安全系数变为1.46，比不考虑地下水时降低了0.06。据前人工程经验以及做过的众多数值模拟，考虑地下水后的稳定系数是会降低的，地下水是影响边坡稳定的一个很重要因素[30]。但是在本工程中，地下水对稳定的影响并不是很大，原因在于在考虑地下水和不考虑地下水两种情形下，随着强度储备系数的增大，始终是下游边坡覆盖层率先产生贯穿型塑性屈服区域，导致边坡失稳破坏，位移突变，此时边坡上游、坝肩及坝基位置以及断层内部均不产生贯穿型塑性屈服区域，特征点位移变化也不明显，始终处于稳定状态。所以，下游边坡覆盖层状态是影响模型整体稳定系数的主要原因。在考虑地下水前后，下游边坡覆盖层失稳部分基本在水上，地下水导致的浮力和强度参数减小对破坏部分的影响不大，所以在考虑地下水后边坡模型的稳定系数降低情况并不明显。

第6章结论与展望6.1结论本论文以沙坪一级电站为背景，建立了左岸边坡内部岩层、断层及其影响带、开挖和建设厂房的有限元模型，分考虑地下水和不考虑地下水两种情形，并用有限差分法进行计算，得到了完建上下游无水、正常蓄水一台机组发电、正常蓄水六台机组发电、设计洪水位和校核洪水位五种工况各安全储备系数下的计算结果图，对其进行塑性屈服区域和位移分析，得到了以下的结论：下游边坡覆盖层最先失稳破坏导致整体失稳。在考虑地下水和不考虑地下水时，沙坪一级左岸边坡整体在强度储备系数增大的过程中，均为下游覆盖层率先出现剪切型塑性屈服区域，下游铁路和边坡处的特征点位移率先发生突变，边坡失稳破坏，且以剪切型滑坡为主。所以边坡下游覆盖层的强度决定了左岸整体的抗滑稳定性，在工程建设期需要对下游覆盖层进行必要的支护处理，在运行期间需要重点监测下游边坡的应力应变以及位移等数据，随时应对可能发生的滑坡。永久运行期间断层和坝基均是稳定的，固结灌浆对维持坝基稳定起到了良好的效果。在五种工况下随着强度储备系数的增大，断层和坝基部位均会出现少量的塑性屈服区域，且以剪切型塑性屈服区域为主，但是均未出现贯穿型区域，且下游边坡失稳会导致整体应力重分布，坝基和断层处的塑性屈服区域明显减少。断层部位均为零星式的塑性屈服区域，坝基部位会出现较为集中的屈服区域，但是在固结灌浆处变成零星散点式，固结灌浆提高了部分坝基岩体强度，很好的防止了坝基处出现贯穿型塑性屈服区域导致坝基破坏。在建基面和断层内部设置的位移特征点也表明，在强度储备系数增大直至破坏的过程中，其位移也并没有发生突变，均维持在极小水平，所以断层和坝基是稳定的。五种工况下左岸边坡稳定安全系数均符合规范要求，左岸边坡整体是稳定的。在强度储备系数增大的过程中，下游塑性屈服区域会扩展直至出现贯穿型塑性屈服区域，以此为主要临界失稳判据是可行的，以solvefos和位移突变判据很好的证明了其得到的稳定安全系数的正确性。在各工况水位逐渐升高时，稳定安全系数也是少量的提高，这是水的压固作用导致的，水位抬升导致作用于河床法向压应力提高，覆盖层抗剪强度有一定程度的提高，这与摩尔-库伦理论思想是一致的。地下水对稳定安全系数的影响并不明显。在工况三水头差最大的情况下考虑地下水后，稳定安全系数降低值为0.06，降低3.9%，降低程度非常小，所以地下水对稳定安全系数影响不是很大。这因左岸边坡整体的失稳破坏主要由下游覆盖层滑坡导致，在考虑地下水后，下游覆盖层绝大部分单元依旧在水上，受地下水影响较小，强度参数基本没有发生改变，发生破坏时的折减系数变化不大。6.2展望本论文对沙坪一级左岸边坡整体进行了五个工况下的稳定分析，得到了一定的结论。但是在实际工程中由于地质条件的复杂性，需要考虑的因素太多，设计院在工程初期提供资料不全，实际工程施工仅仅才进行到边坡开挖阶段，而且研究的过程受到时间、物质条件以及自身学术积累的限制，所以本论文和计算模型仍存在很多的不足和可以改善的地方。本模型建模时采用断面分块建模，勘察图纸为七个断面，相邻断面之间距离较远，断面之间简单的采用扭面形成地质体，不能最真实的反应边坡内部的岩层实际情况，模型精度不够精确，计算结果与实际情况可能有一定的误差。本文计算模型采用FLAC3D中的摩尔-库伦模型，认为各岩层始终是连续的且各向同性的，考虑了粘聚力、内摩擦角等强度参数，但是忽视了岩体内部节理裂隙等对应力应变的影响以及各岩层在层理间的相互作用，没有考虑到实际的内部不连续结构面，在一定程度上与工程实际有一小部分误差。本文假设大坝为不透水材料，对扬压力进行了简单平均处理。扬压力实际上是浮脱力和渗透力共同作用造成的大坝的体力，但是在本文中假设大坝内部为不透水材料，将扬压力施加在坝基表面法向，与实际有一定的出入。由于边坡开挖的复杂性，坝基高程在顺河向和横河向有一定的变化，所以本文进行简化处理，对横河向一定范围内高程取上下游坝基平均高程计算坝底扬压力。实际上，可以进行FISH语言编程，提取大坝各节点处位置信息计算扬压力，将体积力等效到节点上并确定该节点处的法向，这样可以施加更精确的扬压力，由于笔者时间和能力的限制，未能实现这一想法。由于实际工程进度仅进行到边坡开挖阶段，仍不能得到实际蓄水后的地下水位信息，所以根据拟定的边界条件迭代求出的坝肩部位地下水位的合理性没有得到验证。如果未来的实际监测水位与计算结果区别不大，则考虑地下水后求出的稳定安全系数具有较高的参考价值；如果实际监测水位与计算结果区别较大，则应力场给渗流场带来较大的影响，需要根据实际水位进行参数反演后再重新进行数值计算。

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