向家坝水电工程进水口高边坡稳定性研究

【摘要】：本文以金沙江向家坝水电工程右岸进水口高边坡稳定性问题为研究目标，以极限平衡法中的Sarma法和三维弹塑性有限元分析为手段，对进水口高边坡在各种工况和各种可能的不利荷载组合下的稳定性进行了较详细的分析和评价。对边坡拟采用的设计方案、施工方案、以及加固措施的正确性进行了论证。主要内容包括以下几方面： (1)利用Sarma法分析向家坝水电站右岸地下厂房进水口边坡稳定性，考虑边坡开挖、施工爆破造成的节理裂隙或卸荷裂隙贯通、持续暴雨或水库水位骤降及施工因素对边坡稳定性的影响。并针对具体的边坡形态和节理分布特征，研究进水口边坡的局部稳定性问题。 (2)采用三维弹塑性有限元方法，建立了向家坝水电工程右岸包括进水口边坡和引水隧洞、地下厂房、尾水隧洞等地下结构的三维整体有限元分析模型，对向家坝水电工程进水口边坡开挖锚固进行较为精确的模拟，根据现有的资料，在此基础上得到进水口边坡的变形和应力分布规律。根据有限元计算结果，对边坡的整体稳定性和局部稳定性分别进行了相应的分析评价。 (3)在上述三维整体有限元分析模型的基础上，从应力应变分布规律变化的角度，分析评价了引水隧洞和地下厂房等地下结构的开挖对进水口边坡稳定性的影响。 (4)依然在三维整体有限元分析模型的基础上，通过在不同程度上弱化进水口边坡反倾结构中软弱夹层的力学参数和弱化岩性较差而且对边坡稳定影响较大的T_3~3岩层力学参数，分析评价了反倾结构对进水口边坡稳定性的影响。 (5)通过上述对进水口边坡稳定性的分析评价，提出了几条在设计、施工以及运行过程中改善边坡稳定性的建议。 研究表明： 向家坝水电工程右岸引水隧洞进水口边坡在各种工况、各种可能的不利荷载组合下都能保持其整体稳定性。但是，由于受两组优势节理面的切割，在施工和运行期间，可能会出现局部的块体失稳。 向家坝进水口和边坡开挖以及锚固过程中，没有过大的拉应力和塑性变形区。进水口边坡大多数还是处于压应力状态，仅在边坡马道局部出现较小的拉应力，边坡开挖卸荷显著的深度为3～8米。结果说明向家坝进水口边坡开挖是稳定的。 向家坝进水口边坡拟采用系统锚秆进行支护，锚杆支护是边坡逐步开挖时逐步施加的。岩体内锚杆主要承受拉剪作用，进口边坡处锚杆承受的最大拉应力为 54.6lMPa，最大剪应力为3O.02MPa，只要加固及时，边坡的卸荷松弛变形可以得到 限制，且当边坡出现局部出现较大变形时，锚杆支护作用可以得到进一步发挥。从 进水口边坡系统锚杆在施工、运行过程中的受力状况计算分析结果看，进水口边坡 拟采用的逐步开挖逐步锚固的施工顺序是科学合理的。 引水隧洞和地下厂房的开挖，对进水口边坡的位移和应力分布都有一定的影 响，但是从计算所得的影响范围和量值看，其影响有限，不会破坏进水口边坡的 整体稳定性。 进水口边坡的反倾结构有利于边坡的稳定，即使将反倾结构中软弱夹层的力学 强度锐减，进水口边坡仍然能维持其整体稳定性。 【关键词】：向家坝 进水口边坡 稳定性 Sarma法 有限元
【学位授予单位】：武汉大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2004
【分类号】：TV223
【目录】：

• 摘要4-6
• Abstract6-10
• 引言10-11
• 第1章 绪论11-21
• 1.1 工程概述11
• 1.2 研究意义11-13
• 1.3 边坡稳定性研究进展13-14
• 1.4 边坡稳定分析方法14-18
• 1.4.1 经典方法-刚体极限平衡法14-15
• 1.4.2 边坡稳定数值分析方法15-18
• 1.5 本文研究内容及研究思路18-21
• 1.5.1 研究内容18-19
• 1.5.2 研究思路19-21
• 第2章 工程地质概况21-24
• 2.1 工程地质条件21-22
• 2.1.1 进水口边坡地形地质条件21-22
• 2.1.2 主要地层岩性22
• 2.2 水文地质条件22-23
• 2.3 地震23
• 2.4 工程区地应力23-24
• 第3章 进水口边坡稳定性的极限平衡法分析24-37
• 3.1 Sarma法简述24
• 3.2 边坡沿弱风化带下界面的抗滑稳定性分析24-29
• 3.3 边坡沿弱风化下界面与地质优势面组合抗滑稳定分析29-32
• 3.4 边坡的局部稳定性分析32-37
• 第4章 三维有限元数值仿真基本原理37-42
• 4.1 弹塑性有限元分析的基本原理37-38
• 4.2 加锚岩体的等效模拟38-39
• 4.2.1 流变模型38
• 4.2.2 本构关系38-39
• 4.3 渗流分析模型39-40
• 4.4 边坡稳定性评价方法40-42
• 第5章 进水口边坡的有限元三维数值仿真42-63
• 5.1 三维有限元数值仿真42-46
• 5.1.1 有限元模型的坐标系42
• 5.1.2 计算范围42
• 5.1.3 计算假设和边界条件42-43
• 5.1.4 有限元网格剖分43-45
• 5.1.5 材料参数45-46
• 5.2 进水口边坡各工况计算成果分析46-55
• 5.2.1 工况146-49
• 5.2.2 工况249-50
• 5.2.3 工况350-51
• 5.2.4 工况451-52
• 5.2.5 工况552-55
• 5.3 引水隧洞及地下厂房等结构对边坡稳定性影响研究55-59
• 5.3.1 引水隧洞及地下厂房等结构对边坡岩体位移影响55-57
• 5.3.2 引水隧洞及地下厂房等结构对边坡岩体应力分布影响57-59
• 5.3.3 引水隧洞及地下厂房等结构对边坡岩体稳定性影响评价59
• 5.4 反倾结构对边坡稳定性影响研究59-63
• 第6章 结论与展望63-65
• 参考文献65-68
• 致谢68-69
• 攻读硕士期间参与的科研项目69
• 攻读硕士期间发表的论文69-70
• 附图70-88

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