三板溪崩塌体滑坡稳定性分析

武汉大学水利水电学院水工结构计算仿真研究中心高坝岩基与岩石边坡研究所三板溪水电站进水口崩塌堆积体滑坡稳定性分析及加固优化研究目录前言边坡稳定性分析及加固方案探讨边坡变形与稳定的二维有限元分析初步加固方案的三维有限元分析与评价优化加固方案的三维有限元分析与评价结论一、前言工程概况

三板溪崩塌堆积体分布于电站进水口右侧Ⅳ号冲沟上游大支沟内。支沟上游边坡为一顺层坡面，下游边坡上部为一连续的NW向陡崖。崩塌堆积体分布高程为375.0～657.0m，平均厚度15.20m，约44万m3。堆积体自然地形坡度32°～38°。崩塌堆积体与上游基岩接触面为一层间错动面。下伏基岩为强风化条带状凝质粉砂岩，接触带为灰黄至黄色角砾夹黄色可塑至软塑状粘土，厚0.5m，底部为粘土夹少量砂粒，砂粒呈次圆状。接触面光滑、未见有明显擦痕。研究意义由于该堆积体处于水库大坝右坝肩上游电站进水口附近，为了确保水电站进水口施工和运行期的安全，该崩塌堆积体的稳定问题尤为突出。因此，本课题将根据崩塌堆积体的工程地质特点以及施工期、运行期的关键技术问题展开研究，重点研究其稳定性，并为设计院推荐加固优化措施，研究成果对三板溪水电站进水口崩塌堆积体治理的设计、施工具有较重要的现实意义和经济意义。研究内容总结和分析崩塌堆积体滑坡的形成机制，研究边坡在自然和工程条件（如施工开挖切坡、卸荷、震动及水库运行）下的变形破坏机制，正确模拟其变形破坏过程。考虑崩塌堆积体滑坡的施工和运行过程进行分析，内容有：根据地质条件对崩塌堆积体滑坡进行分区；考虑施工和运行过程中地下水位和水库水位的变化；采用推力系数法、Sarma法对堆积体材料参数进行敏感性分析，对天然状态、施工期和运行期等工况下边坡的稳定进行分析，探讨并提出了初步的加固方案；采用二维和三维有限单元法对采用初步加固方案的施工过程仿真分析，分析边坡的应力应变、屈服情况和边坡的稳定性，推求变形和安全系数，并对不同的地质参数进行敏感性分析；根据初步加固方案的仿真分析结果并结合实际工程特点和施工条件推荐较优的加固方案，并对优化加固方案进行三维有限元分析，分析边坡的应力应变、屈服情况和稳定性，评价推荐方案的合理性和可行性。二、边坡的稳定性分析及加固方案探讨

计算原理(略）边坡整体稳定性的分析边坡的防治措施建议边坡的稳定性复核加固后边坡的局部稳定性分析小结岩土名称天然容重饱和容重天然状态饱水状态kN/m3KN/m3c（kPa）Φ（°）c（kPa）Φ（°）块石堆积体19.0021.00033.00028.90上游接触面粘土

2018.0017.0015.44下游接触面碎石夹土

1024.508.5021.17主滑面力学反演参数第1组

3527.0229.7523.44第2组

2029.6817.0025.85第3组

030.000.0026.14第4组

032.600.0028.53计算参数边坡整体稳定性的分析计算工况况及安全全系数取取值计算工况况根据设计计要求，，计算工工况包括括：天然复核核；开挖完建建未蓄水水；正常蓄水水位；正常蓄水水位+地地震组合合(设防防裂度按按7度考考虑)，，根据据《水工工建筑物物荷载设设计规范范》，水水平地震震影响系系数;水位骤降降。安全系数数取值稳定安全全系数是是判断边边坡是否否稳定及及决定边边坡处理理投资大大小的一一项重要要指标，，直接关关系着工工程的安安全性、、计算工况天然复核开挖完建未蓄水正常蓄水位正常蓄水位+地震组合水位骤降安全系数1.051.051.151.051.05表2-4三三板板溪水电电站进水水口滑坡坡各工况况下的安安全系数数取值经济性与与合理性性。由于于目前边边坡治理理工程设设计尚无无统一的的规程、、规范可可循，因因此，边边坡稳定定分析及及防治工工程设计计必须根根据特定定边坡的的具体情情况，分分析影响响边坡稳稳定的各各种因素素，论证证确定边边坡防治治工程的的设计安安全系数数。本课题研研究根据据该边坡坡的具体体情况，，按以下下两种设设计标准准来考虑虑：常规规设计准准则（参参考同类类规范））；相对对设计准准则（根根据边坡坡现状及及同类工工程，如如表2-3(Pg11)）。综上考虑虑并参考考几次讨讨论会议议结果，，各工况况安全系系数取值值如下：：天然复复核和开开挖完建建未蓄水水1.05；正正常蓄水水运行1.15；正常常蓄水+地震及及水位骤骤降1.05。。（如表表2-4）整体稳定定性分析析的剖面面为了充分分考察边边坡的稳稳定性，，共计考考虑了1个主滑滑面，4个辅滑滑面，如如图2-1～图图2-7所示。边坡稳定定性分析析成果天然状况况下边坡坡的稳定定性水平地震影响系数滑面抗剪强度指标稳定安全系数（°）（kPa）Sarma法RTM法改进的RTM法0.00027.02（0.51）35.001.10431.22921.1316*29.68（0.57）*20.001.11271.23511.137430.00（0.58）0.001.01000.99730.9951*32.60（0.61）*0.001.09851.10471.09680.02527.02（0.51）35.001.05401.16931.0808*29.68（0.57）*20.001.06171.17421.085230.00（0.58）0.000.96670.94840.9472*32.60（0.61）*0.001.04661.05061.0458表2-5天然然工况下下的稳定定性分析析成果第三组参参数计算算的边坡坡安全系系数小于于1.0，与实实际不符符。因此此，只取取第一、、二、四四组参数数进行计计算，边边坡稳定定安全系系数为基基本都在在1.05以上上，如考考虑地震震作用时时，边坡坡稳定性性安全系系数明显显减小；；Sarma法计算出出的安全全系数比RTM的小。究究其原因因，是因因为滑面面坡度较较陡，在在RTM的计算中中，出现现了土条条之间的的剪切力力超出极极限抗剪剪强度的的现象。。采用RTM方法进行行计算，，堆积体体内部相相应的屈屈服的状状况如表表2-6(Pg15)示。从表表2-6中可看看出，堆堆积体大大部分区区域的土土体已处处于屈服服状态。。改进的RTM法计算的的安全系系数与Sarma法比较接接近，说说明改进进的RTM法考虑了了条分面面上的极极限抗剪剪条件后后与Sarma法是基本本一致的的。蓄水状况地震系数第一组参数第四组参数RTMSARMARTMSARMA480m0.0000.9962280.8995850.9799840.8840170.0250.9355990.8509060.9171010.834399475m0.0001.0095550.8943740.9884770.8972510.0250.9486320.8468550.9253830.847425470m0.0001.0546970.9795011.0402770.9737650.0250.9909130.9279250.9607270.920628465m0.0001.0751351.0045241.0501281.0041740.0251.0108960.9525570.9626130.950400450m0.0001.0710291.0107820.9785601.0151790.0251.0099580.9599730.8848040.962409425m0.0001.1093941.0362871.0064271.0486860.0251.0519790.9862590.9388920.996350完建工况0.0001.1893421.0699601.2287961.0843600.0251.1308331.0191911.1678921.031193表2-7开挖挖后主滑滑断面边边坡的稳稳定安全全系数开挖后边边坡主滑滑面S0的稳定性性开挖完建建工况下下S0滑面的安安全系数数不考虑虑地震时时均大于于1.05，考考虑地震震时均大大于1.02。。随着水位位上涨安安全系数数则明显显降低，，说明蓄蓄水后产产生的静静水压力力和坡脚脚堆积体体及滑面面的软化化对边坡坡稳定性性影响显显著；且且安全系系数大都都小于或或接近于于1.0，即在在工程完完建蓄水水运行后后，边坡坡将处于于极限平平衡状态态或临界界失稳状状态。因因此，边边坡在开开挖蓄水水之前必必须采取取适当的的加固防防护措施施，建议议施工过过程中还还应有适适时的监监测措施施。降低后水位地震系数第一组参数第四组参数水位稳定时的安全系数骤降至该水位时安全系数水位稳定时的安全系数骤降至该水位时安全系数470m0.0001.0546970.9189671.0402770.9897290.0250.9909130.8704450.9607270.926557465m0.0001.0751350.9193691.0501280.9903830.0251.0108960.8713990.9626130.928196450m0.0001.0710290.9157270.9785600.9778580.0251.0099580.8693910.8848040.884577425m0.0001.1093940.9258051.0064270.9851040.0251.0519790.8808890.9388920.922673表2-8从正正常水位位475m降低至某某高程时时的安全全系数水位骤降降时主滑滑面S0的稳定性性分析考察三板板溪水库库水位可可能的骤骤降情况况，偏于于保守考考虑，按按表2-8第一一列考虑虑水位骤骤降，计计算成果果如表2-8示示。由表中成成果可知知，水位位骤降对对于崩滑滑体稳定定性的影影响很大大，蓄水水后水位位骤降情情况下各各安全系系数均小小于1.0。说说明如果果不对边边坡进行行加固处处理，边边坡在水水位骤降降时极有有可能失失稳。剖面编号地震系数稳定安全系数第一组参数第四组参数S10.0001.1957471.1140480.0251.1376231.056653S20.0001.1753961.1440990.0251.1168771.084677S30.0001.0675801.0675800.0251.0057561.005756S40.0001.4334641.4334640.0251.3472651.347265局部滑带10.0001.2303601.0716060.0251.1666721.015636局部滑带20.0001.4183071.2091710.0251.3448091.146141表2-9开挖挖完后未未蓄水下下辅助剖剖面及潜潜在滑带带的安全全系数计计算值辅助剖面面的稳定定性分析析剖面编号地震系数稳定安全系数第一组参数第四组参数S10.0001.1525470.9813490.0251.0904350.881627S20.0001.1102290.9151090.0251.0507940.839491表2-10开开挖完后后正常蓄蓄水位下下辅助剖剖面的安安全系数数计算值值为了充分分考察边边坡开挖挖后崩滑滑体的稳稳定性，，考虑了了四个辅辅助剖面面S1～S4进行的稳稳定性计计算分析析。另外外，根据据有限元元计算结结果，在在主滑面面顶部拟拟定了两两个局部部滑面，，划分的的条分模模型如图图2-8所示。。根据划分分的条分分模型采采用RTM法，计算算成果如如表2-9和表表2-10。由表2-9可知知，开挖挖完建未未蓄水时时，辅助助剖面S3的安全系系数最小小，但其其安全系系数也大大于1.05。。由表2-10可可以看出出，蓄水水后边坡坡稳定性性安全系系数明显显降低，，对于第第四组参参数情况况，安全全系数均均小于1.0，，则边坡坡是失稳稳的。从从崩滑体体的整体体分布来来看，边边坡开挖挖前三维维效应比比较显著著，而开开挖后这这种效应应减弱，，因此，，辅面S3、S4以及局部部滑带采采用了地地质勘测测力学参参数而不不是综合合反演参参数，未未考虑这这种三维维效应。。边坡的防防治措施施建议边坡防治治的主要要思路是是减小下下滑力和和增加阻阻滑力。。常用的的边坡防防治工程程措施主主要有：：①开挖挖清除；；②排水水；③削削坡减载载；④压压脚；⑤⑤抗滑挡挡墙；⑥⑥抗滑桩桩；⑦阻阻滑键；；⑧锚固固支护；；⑨改善善岩土性性质。三板溪崩崩塌体边边坡的工工程情况况是，坡坡体本身身为散粒粒体，容容易排水水，因此此采用排排水措施施效果不不佳；边边坡的坡坡脚部位位需要开开挖，开开挖完毕毕时边坡坡即处于于失稳状状态，也也不能采采用压脚脚的方式式；边坡坡体厚度度不大，，滑面下下基岩较较为完整整。根据据这些实实际情况况，建议议以下工工程措施施以供参参考：①①削坡减载；②抗滑桩；③坡面支护。削坡减载削坡减载可以以降低下滑力力，提高边坡坡体的整体稳稳定性，是一一般边坡整治治常用而有效效的工程措施施。削除坡体体顶部，根据据削坡不同的的高程分别计计算开挖施工工完成后以及及正常运行＋＋地震作用时时的边坡稳定定性，计算成成果见表2-11(Pg20)。从表2-11可以发现，，削除边坡体体后缘部分能能够提高边坡坡的稳定性，，且削除越多多，稳定性提提高越大，但但削除方量也也迅速增加。。在完建工况况下，当削坡坡至高程600.0m时，边坡体可可基本恢复到到开挖前的稳稳定状态；但但是在正常运运行期间受地地震作用时，，即便削坡至至高程580.0m时，边坡体也也难以恢复到到原始自然条条件下的稳定定水平。设置抗滑桩三板溪崩塌体体堆积体的厚厚度不大，滑滑面下的基岩岩整体性较好好，地下水情情况稳定，且且水位较低。。上述条件有有利于对桩基基的嵌固，只只要桩有足够够的嵌入深度度和合理断面面，抗滑桩方方案，从理论论上讲是可行行的。因此，，我们推荐该该边坡加固方方案是布置抗抗滑桩以维持持边坡整体稳稳定性。为了获得整个个坡体在设计计安全准则下下的推力曲线线，我们取用用了主滑面S0及与主滑面平平行的两个断断面（即S1、S2）），列出三个断面面在控制工况况（以主滑面面安全系数较较小的工况来来确定）以及及设计标准工工况下的稳定定性分析成果果，如表2-12示。由表2-12可知，在正正常运行工况况下，各个边边坡的稳定性性都低于选定定的设计标准准，因此，应应以正常运行行工况下设计计标准的边坡坡推力曲线作作为依据来设设计相应的加加固处理措施施，而对于其其它的设计标标准，只需做做相应的校核核。根据表2-12，第二组组、第四组滑滑面参数进行行抗滑桩设计计较为恰当。。据此计算出出的各种工况况下条间推力力曲线如附图2-1～～附图2-18所示。并以此此作为抗滑桩桩设计的依据据。附图2-1开开挖完建建工况下S0的设计推力曲曲线（F=1.05，第二组）附图2-2开开挖完建建工况下S1的设计推力曲曲线（F=1.05，第二组）附图2-3开开挖完建建工况下S2的设计推力曲曲线（F=1.05，第二组）附图2-4正正常运行行工况下S0的设计推力曲曲线（F=1.15，第二组）附图2-5正正常运行行工况下S1的设计推力曲曲线（F=1.15，第二组）附图2-7正正常运行行+地震组合合工况下S0的设计推力曲曲线（F=1.05，第二组）附图2-6正正常运行行工况下S2的设计推力曲曲线（F=1.15，第二组）附图2-8正正常运行行+地震组合合工况下S1的设设计计推推力力曲曲线线（（F=1.05，，第二二组组）附图图2-9正正常常运运行行+地地震震组组合合工工况况下下S2的设设计计推推力力曲曲线线（（F=1.05，，第二二组组））附图图2-11开开挖挖完完建建工工况况下下S1的设设计计推推力力曲曲线线（（F=1.05，，第四四组组））附图图2-10开开挖挖完完建建工工况况下下S0的设设计计推推力力曲曲线线（（F=1.05，，第四四组组））附图图2-12开开挖挖完完建建工工况况下下S2的设设计计推力力曲曲线线（（F=1.05，，第四四组组））附图图2-13正正常常运运行行工工况况下下S0的设设计计推推力力曲曲线线（（F=1.15，，第四四组组））附图图2-15正正常常运运行行工工况况下下S2的设设计计推推力力曲曲线线（（F=1.15，，第四四组组））附图图2-14正正常常运运行行工工况况下下S1的设设计计推推力力曲曲线线（（F=1.15，，第四四组组））附图图2-16正正常常运运行行+地地震震工工况况下下S0的设设计计推推力力曲曲线线（（F=1.05，，第四四组组））附图图2-18正正常常运运行行+地地震震工工况况下下S2的设设计计推推力力曲曲线线（（F=1.05，，第四四组组））附图图2-17正正常常运运行行+地地震震工工况况下下S1的设设计计推推力力曲曲线线（（F=1.05，，第四四组组））通过过三三个个纵纵剖剖面面的的推推力力曲曲线线（（附附图图2-1~附附图图2-18）），，可可以以确确定定选选定定的的横横剖剖面面上上的的推推力力分分布布。。在在横横剖剖面面上上，，由由于于推推力力和和坡坡体体深深度度分分布布的的不不均均匀匀，，不不宜宜给给出出单单一一的的抗抗滑滑桩桩设设计计形形式式，，而而应应该该采采取取一一种种分分段段均均化化的的形形式式将将抗抗滑滑桩桩的的设设计计标标准准分分段段给给定定，，如如图2-12～图2-13中的的AB、、CD、、EF三段段。。根根据据分分段段形形式式，，采采用用等等效效方方式式确确定定三三段段受受力力区区的的单单宽宽推推力力，，其其主主要要计计算算参参数数如表2-13~表2-14示。图2-12抗抗滑滑桩桩平平面面布布置置示示意意图图图2-13抗抗滑滑桩桩布布置置设设计计图抗滑滑桩桩以以下下堆堆积积体体支支护护方方案案建建议议考虑虑到到三三板板溪溪崩崩滑滑体体坡坡料料为为碎碎石石材材料料，，坡坡体体下下部部抗抗滑滑段段厚厚度度较较小小，，滑滑面面下下部部基基岩岩较较为为完完整整，，建建议议抗抗滑滑桩桩以以下下堆堆积积体体采采用用坡坡面面钢钢筋筋混混凝凝土土格格构构梁梁加加固固方方案案。。推力力计计算算：考虑虑抗抗滑滑桩桩抵抵抗抗了了部部分分推推力力，，还还有有部部分分推推力力传传递递到到以以下下堆堆积积体体，，根根据据抗抗滑滑桩桩设设计计方方案案，，S0、、S2剖面面需需由由抗抗滑滑桩桩以以下下堆堆积积体体承承受受的的推推力力分分别别为为3400kN（正常常+地地震震））、、4000kN（正常常运运行行））；；370kN（正常常+地地震震））、、550kN（正常常运运行行））。。由由于于开开挖挖面面在在该该堆堆积积体体坡坡脚脚处处形形成成，，考考虑虑边边坡坡坡坡脚脚开开挖挖后后影影响响边边坡坡的的稳稳定定性性及及可可能能的的滑滑动动趋趋势势，，划划分分了了四四个个断断面面进进行行分分析析计计算算，，如图2-14示。。计计算算结结果果如如图2-15～～图图2-26示。。网格格梁梁锚锚索索力力确确定定：根据据上上述述剩剩余余推推力力计计算算结结果果，，考考虑虑便便于于网网格格梁梁布布置置及及预预应应力力锚锚索索吨吨位位设设计计，，近近似似将将剩剩余余推推力力等等效效均均匀匀化化，，开开挖挖面面上上所所需需单单宽宽锚锚索索力力约约为为1100kN/m。图2-14抗抗滑滑桩桩以以下下堆堆积积体体计计算算断断面面图图图2-15S0剖面面正正常常运运行行+地地震震工工况况k=1.05的推推力力曲曲线线图图（（不不计计剩剩余余推推力力））图2-17S2剖面面正正常常运运行行+地地震震k=1.05工况况的的推推力力曲曲线线图图（（不不计计剩剩余余推推力力））图2-16S0剖面面正正常常运运行行k=1.15工况况的推推力力曲曲线线图图（（不不计计剩剩余余推推力力）图2-18S2剖面正正常运运行k=1.15工况的的推力力曲线线图（（不计计剩余余推力力））图2-19S0剖面正正常运运行+地震震工况况k=1.05的推力力曲线线图（（计剩剩余推推力）图2-20S0剖面正正常运运行工工况k=1.15的推力力曲线线图（（计剩剩余推推力））图2-22S2剖面正正常运运行工工况k=1.15的推力力曲线线图（（计剩剩余推推力））图2-21S2剖面正正常运运行+地震震工况况k=1.05的推力力曲线线图（（计剩剩余推推力)图2-24SECT11剖面正正常运运行工工况k=1.15的推力力曲线线图图2-23SECT11剖面正正常运运行+地震震工况况k=1.05的推力力曲线线图图2-26SECT22剖面正正常运运行工工况k=1.15的推力力曲线线图图2-25SECT22剖面正正常运运行+地震震工况k=1.05的推力力曲线线图Sarma法复核核由前面面计算算结果果可知知，Sarma法计算算出的的安全全系数数比RTM的小，，同理理，相相同安安全系系数下下Sarma法计算算出的的推力力比RTM的大。。本文文桩的的设计计推力力是以以RTM法计算算结果果为依依据，，因此此有必必要采采用Sarma法进行行复核核，复复核的的安全全系数数结果果如表表2-15所示示（P30）。。由表2-15可可以看看出，，采用用SARMA法复核核计算算结果果是S0滑面的的安全全系数数小于于1.0，，其余余辅助助滑面面的安安全系系数均均大于于1.0。。由于于本课课题的的刚体体极限限平衡衡法是是通过过参数数等效效的方方法来来考虑虑空间间效应应，没没有考考虑充充分的的三维维效应应作用用，实实际上上S0、、S1、S2滑面相相互具具有空空间作作用关关系。。因此此，综综合来来看，Sarma法结果果表明明该边边坡开开挖设设桩后后是处处于极极限平平衡状状态。。加固后后局部部滑动动分析析该边坡坡较陡陡而且且堆积积体材材料松松散，，强度度低（（C几乎为为0.0kPa）。如果采采用本本文提提出的的在边边坡中中下部部设置置抗滑滑桩加加固处处理措措施，，虽维维持了了边坡坡的整整体性性稳定定，但但仍有有在抗抗滑桩桩以上上和以以下部部分堆堆积体体里形形成新新的危危险滑滑面的的可能能性。。因此此，对对加固固后的的局部部稳定定性验验算是是十分分必要要的。。由于于预先先不知知道危危险滑滑动面面的位位置，，本课课题采采用圆圆弧滑滑动面面法进进行搜搜索，，并求求出相相应的的安全全系数数。计计算结结果如如图2-27～～图2-30和和表2-16(Pg32)所示。。由图2-27～～图2-29和表2-16可可以看看出，，边坡坡加桩桩支护护后，，在桩桩以上上坡体体仍存存在局局部滑滑动面面，该该滑面面深度度一般般都不不大，，最大大深度度约在在4-5m以内。由图2-30和表2-16可以看看出，边坡坡加桩支护护后，在桩桩以下坡体体在蓄水以以前是各剖剖面的安全全系数均大大于1.0,但是蓄蓄水后则存存在局部滑滑动面可能能性，其中中除SECT11剖面的最小小安全系数数（K=1.28）大于1.0外，而S0、S2及SECT22剖面的安全全系数均小小于1.0，说明极极有可能失失稳，其中中SECT22的滑弧深度度较小，而而S0、S2剖面的滑弧弧深度较大大，最大深深度约在15m以上。上述局部稳稳定性分析析计算表明明：在抗滑滑桩以上靠靠坡顶附近近堆积体以以及抗滑桩桩以下部分分堆积体均均存在局部部失稳的可可能性。对对于坡顶的的局部不稳稳定部位，，由于天然然情况时是是稳定的，，开挖和蓄蓄水的影响响不大，安安全系数不不足的可能能原因是按按整体稳定定条件反演演的参数与与局部稳定定分析不匹匹配。而且且该部位即即使蓄水后仍位位于蓄水位位以上，便便于观测和和处理，故故可暂时不不处理，但但应在坡顶顶适当位置置设置合理理有效的排排水系统，，并布置一一定的监测测仪器以便便施工期、、运行期的的跟踪观测测，发现问问题及时处处理。对于于抗滑桩以以下部分堆堆积体，受受施工和运运行扰动很很大，且由由于工程竣竣工后处于于水下，因因此，建议议工程施工工期就应采采取加固补补强措施，，在开挖面面以及往上上延伸一定定区域布置置网格梁，，使该部分分堆积体具具有较好的的稳定性。。图2-27～～图2-29图2-30抗滑桩以下下堆积体局局部圆弧滑滑面小结综上所述，，可以得出出如下结论论：天然状态下下，边坡大大致处于稳稳定安全系系数为1.05~1.10的的极限平衡衡稳定状态态，据此反反演的力学学参数综合合反映了滑滑面及堆积积体的特性性，并用此此来计算分分析边坡开开挖完建、、正常运行行等工况的的安全系数数和设计相相应的加固固支护措施施是合理的的。开挖完建后后未蓄水时时，边坡稳稳定安全系系数均大于于1.05，滑动的的可能性不不大。但是是蓄水对边边坡稳定性性的影响显显著，各滑滑面的稳定定安全系数数大都小于于1.0,边坡可可能失稳。。通过对开挖挖完建工况况、正常运运行、正常常运行+地地震工况及及库水位骤骤降等几种种工况的分分析比较，，欲保证能能够在该工工程运行安安全可靠，，需采取适适当的加固固支护措施施。通过分分析，建议议在边坡开开挖前在边边坡中下部部设置抗滑滑桩以维持持边坡的整整体稳定在坡脚开挖挖施工过程程中抗滑桩桩以下部分分堆积体是是基本稳定定的。由于于稳定性计计算时未考考虑开挖施施工的扰动动影响，因因此，为了了确保工程程在施工过过程中的安安全性，建建议尽可能能在坡脚开开挖时采取取分期开挖挖分期支护护或者边开开挖边支护护的办法。。为了分析研研究设置抗抗滑桩后，，在抗滑桩桩以上及以以下堆积体体里面形成成局部滑动动面的可能能性，还进进行了圆弧弧滑动面搜搜索计算，，计算结果果证实了这这种可能性性。建议抗抗滑桩以上上部分堆积积体可考虑虑设置排水水系统和布布置监测系系统。对于于抗滑桩以以下部分堆堆积体采用用布置网格格梁的加固固支护方案案。针对抗滑桩桩方案，采采用RTM法求出各种种工况的推推力曲线，，以此为依依据进行抗抗滑桩的设设计，本次次研究工作作确定了两两个桩方案案，供设计计部门设计计时参考。。三二维有有限元法分分析计算参数计算模型计算结果与与分析小结岩土名称天然容重饱和容重浮容重弹性模量泊松比cΦKN/m3KN/m3KN/m3MPaKPa°块石(高程592.0m以下)19.02111100.35031.5碎石土、坡积物(592.0m以上)18.019.49.430.35521.5滑面18.019.49.47.50.353529.68基岩26.8

50000.3110050.20计算参数计算模型稳定性分析析采用降强度度法计算天天然情况下下坡的稳定定安全系数数分别为1.01，，开挖后边边坡的稳定定安全系数数分别为0.90。。有限元的的计算结果果表明：开开挖后边坡坡将会失稳稳，也与圆圆弧滑动面面搜索的计计算结果是是一致的。。对比有限元元法和刚体体极限平衡衡法的计算算结果可以以看出，有有限元法计计算的安全全系数比刚刚体极限平平衡法的计计算结果小小，这是因因为极限平平衡法主要要考虑边坡坡整体稳定定——即边边坡在滑面面上失稳，，有限元法法中失稳还还可能由于于材料内发发生大范围围的屈服引引起局部失失稳。由于于当失稳后后，有限元元无法继续续计算下去去。计算成果与与分析附图3-1天然状状态下开挖挖引起边坡坡变形的位位移等值线线变形规律附图3-2天然状状态下开挖挖引起边坡坡变形的位位移矢量图图从位移图看看出，开挖挖后边坡的的变形规律律为：开挖面附近近岩体的位位移指向临临空面，这这是由于开开挖应力释释放后，岩岩体回弹所所致。开挖面以上上崩塌体近近似沿滑面面方向向下下变形。这这是因为开开挖降低了了滑面的抗抗滑力，从从而导致开开挖面以上上边坡向下下滑动。边坡的最大大变形在610m高程处,最最大位移移约为0.52m，在该处上面面岩体位移移小，说明明该处岩体体处于拉应应力状态，，这与极限限平衡分析析法计算结结果是吻合合的。边坡的变形形是上面大大，下面小小，说明该该边坡的滑滑动属于推推移式滑动动。因此可可以通过在在崩塌堆积积体条件推推力最大处处附近施加加抗滑桩来来保证边坡坡的整体稳稳定性。二维计算的的最大位移移和三维计计算的结果果数量级是是相同的，，但是二维维计算的结结果比三维维的大。原原因可能有有以下3个个方面：①二维计计算中没有有三维结构构的锁口效效应；②二维计算算没有支护护，三维计计算中是边边开挖边支支护，有支支护效应；；③二维计算算时，坡顶顶崩塌堆积积体采用最最初提供的的力学参数数。由于设设计院重新新勘探，三三维计算时时坡顶的力力学参数提提高到和坡坡底一致。。附图3-3天然条件件下开挖后后主应力矢矢量图应力分布布规律附图3-5天天然条件件下开挖挖后第二二主应力力矢量等等值线图图附图5-36开开挖挖坡脚时时边坡内内主滑面面上的第第三主应应力等值值线图（（单位:Pa)应力随覆覆盖层厚厚度的增增加而增增加，第第二主应应力最大大为-9.27MPa在坡面主主应力基基本上与与坡面平平行，与与坡面垂垂直方向向主应力力值很小小。在远远离坡面面的部位位，主应应力方向向近似铅铅垂和水水平。这这与实际际是吻合合的。从数量和和分布规规律上看看，二维维计算的的第二主主应力和和三维计计算结果果的第三三主应力力十分吻吻合。附图3-6天然然条件下下开挖后后屈服区区分布图图屈服区分分布规律律从屈服区区的分布布图可以以看出，，从最上部部到开挖挖面，滑滑面和附附近崩塌塌体沿滑滑面方向向塑性区区完全贯贯通，说说明崩塌塌堆积体体处于一一种失稳稳或临界界稳定状状态。在592m高程处崩崩塌堆积积体内塑塑性区已已发展到到地表，，这说明明崩塌体体在592m高程以上上存在局局部失稳稳的可能能。由于于该处塑塑性区较较大，因因此变形形也应该该比较大大，这与与变形分分析的结结果也是是一致的的。开挖完成成后，边边坡的稳稳定安全全系数约约为0.90,即边边坡将处处于失稳稳状态。。该边坡的的滑动属属于推移移式滑动动，即坡坡顶变形形大，坡坡底变形形小。从变形规规律上，，在约610m高程处岩岩体处于于拉破坏坏状态。。在约592m高程，崩崩塌体的的屈服区区从滑面面延伸到到地表，，而且该该高程以以上崩塌塌体内出出现大面面积的屈屈服区，，该部位位存在局局部失稳稳的可能能。小结结四初步步加固方方案的三三维有限限元分分析与评评价计算条件件及有限限元模型型计算方案案计算结果果与分析析小结岩土名称天然容重(kN/m3)浮容重(kN/m3)弹性模量(MPa)泊松比C(kPa)Φ(°)块石堆积体19.0011.00100.35033上游接触面粘土（层面）18.009.4050.352018下游接触面碎石夹土18.009.40100.35026基岩26.80

50000.3110050.2C35的混凝土24.50

315000.167287058.9计算参数数有限元模模型几何模型型和有限限元网格格计算工况况及加载载方案分析该边边坡在施施工期、、运行期期的变形形稳定性性，考虑虑如下几几种计算算工况及及相应的的荷载。。工况一（（天然工工况）：：自重荷荷载；工况二（（施工期期）：桩桩基坑开开挖荷载载→桩体体混凝土土自重→→锚索的的锚固力力→进水水口边坡坡开挖荷荷载工况三（（运行期期）：正正常运行行工况(蓄水软软化+浮浮托力)；工况四（（运行期期）：正正常运行行+地震震工况(蓄水软软化+浮浮托力+地震力力)。计算上述述各工况况时，工工况一的的应力结结果作为为工况二二的初始始应力状状态，工工况二的的应力状状态作为为工况三三和工况况四的初初始应力力状态。。计算方案案计算步骤骤按下述步步骤进行行：1）计算算自重作作用下边边坡的初初始应力力状态；；2）计算算开挖桩桩基坑后后边坡的的应力状状态及变变形；3）考虑虑桩混凝凝土自重重，计算算边坡的的应力状状态及变变形；4）计算算施加预预应力锚锚索的锚锚固力后后边坡的的应力状状态及变变形；5）进水水口开挖挖，计算算出开挖挖引起边边坡的位位移变化化、应力力分布布变化等等；6）考虑虑正常蓄蓄水，蓄蓄水位以以下堆积积体的软软化及浮浮托作用用，计算算边坡的的位移变变化、应应力分布布变化等等；7）考虑虑正常蓄蓄水和地地震作用用，计算算边坡的的位移变变化、应应力分布布变化等等；为了便于于整理计计算结果果，共取取了9个个剖面，，分别是是主滑面面、6个个横剖面面、2个个辅助剖剖面。各各剖面的的位置如如图所示示。计算结果果与分析析位移分布布规律开挖桩孔孔时崩塌塌堆积体体的变形形规律开挖桩孔削弱弱了滑面的抗抗滑能力，引引起桩孔上侧侧的崩塌堆积积体下滑移，，从而推动下下面的堆积体体向下滑移。。开挖桩孔引引起崩塌堆积积体的变形规规律为：由于在桩孔上上侧的堆积体体受下游侧的的地势高于上上游侧因素的的影响，桩孔孔上侧崩塌堆堆积体的增量量位移方向为为沿坡面向下下且偏向上游游侧。桩孔下下侧崩塌堆积积体的增量位位移方向为沿沿坡面指向坡坡底。该边坡的滑移移变形属于推推移式，由开开挖桩孔引起起的最大合位位移增量在崩崩塌堆积体靠靠近陡崖的部部位，最大合合位移增量约约为17.00cm。其中x方向的位移增增量约为9.46cm，y方向的位移增增量为-13.75cm，z方向的位移增增量约为-3.25cm。可见，全部桩桩孔同时开挖挖时，边坡的的变形较大，，可能引起局局部失稳开挖坡脚时崩崩塌堆积体的的变形规律开挖坡脚削弱弱了滑面的抗抗滑能力，开开挖面附近岩岩体向临空面面方向变形，，崩塌堆积体体有明显的变变形。开挖引引起边坡变形形规律是：崩塌堆积体主主要表现为沿沿滑床向下滑滑移变形。抗抗滑桩上侧堆堆积体的增量量位移方向为为向下且偏向向上游侧。由由于坡脚的开开挖卸荷，在在堆积体和基基岩开挖面上上的增量位移移指向开挖临临空面方向。。最大合成位移移增量在靠近近下游侧堆积积体靠近陡崖崖的部位，最最大位移增量量约为5.88cm，方向沿坡面背背离开挖面向向下，其中x方向的位移增增量约为3.89cm,y方向的位移增增量约为-4.22cm,z方向的位移增增量约为-1.29cm。开挖面上崩塌塌堆积体的最最大合成位移移增量为为3.59cm，增量位移指向向临空面，其其中x方向的位移增增量为0.79cm,y方向的位移增增量约为3.2cm,z方向的位移增增量为为1.42cm。正常蓄水时崩崩塌堆积体的的变形规律蓄水的强度软软化和浮托作作用，降低了了滑面的抗滑滑能力，导致致边坡滑移变变形。蓄水引引起的崩塌堆堆积体变形规规律为：抗滑桩上侧崩崩塌堆积体的的增量位移方方向为向下且且偏向上游侧侧。由于水浮浮托作用，正正常蓄水位以以下的堆积体体的位移方向向表现为斜向向上。最大合位移增增量在正常蓄蓄水位以下接接近正常蓄水水位处表面，，最大位移增增量约为10.00cm。其中x方向的位移增增量为-1.83cm，y方向的位移增增量为9.82cm，z方向的位移增增量为0.43cm。正常蓄水位以以上堆积体局局部最大位移移增量靠近陡陡崖的部位，，约为4.81cm.其中x方向的位移增增量为3.27cm，y方向的位移增增量为-3.37cm，z方向的位移增增量为-1.05cm。地震作用时崩崩塌堆积体的的变形规律由于考虑地震震作用是采用用的拟静力法法，即施加水水平方向的体体力。水平方方向的体力引引起边坡滑移移变形。地震震作用引起的的边坡变形规规律为：抗滑桩上侧崩崩塌堆积体的的增量位移方方向为沿坡面面向下且偏向向上游侧。抗抗滑桩下侧的的崩塌堆积体体的增量位移移指向坡底。。由于抗滑桩的的加固作用，，抗滑桩上侧侧崩塌堆积体体的向坡底变变形受到约束束，崩塌堆积积体的变形被被分成两个区区域。抗滑桩桩以上堆积体体的局部最大大合位移增量量在靠近陡崖崖的部位，最最大位移增量量约为5.04cm。其中x方向的位移增增量为3.67cm，y方向的位移增增量为-3.38cm，z方向的位移增增量为-0.70cm。在抗滑桩以下下的堆积体变变形局部最大大位移增量为为1.38cm。其中x方向的位移增增量为1.18cm，y方向的位移增增量为-0.41cm，z方向的位移增增量为-0.58cm。屈服情况天然状态下边边坡表面和底底滑面的屈服服区天然状态下下边坡主滑滑面的屈服服区分布天然状态下下边坡横剖剖面的屈服服区分布挖桩孔后边边坡主滑面面的屈服区区分布比较不同工工况下边坡坡的屈服区区分布图可可以看出，，崩塌堆积积体的屈服服区分布位位置基本一一致。即在坡顶部崩崩塌体屈服服区较大，，宽度和深深度方向基基本上贯通通，坡的中中部和坡底底屈服区较较小，且主主要分布在在崩塌体两两侧；崩塌体靠开开挖面一侧侧屈服区较较另侧屈服服区大，靠靠开挖面一一侧屈服区区深度和屈屈服程度均均大于另一一侧；崩塌体与基基岩的接触触面大部分分处于屈服服状态；开挖面上有有较大的屈屈服区；基岩没有屈屈服区；底滑面上的的最大塑性性应变在上上游面的接接近坡顶处处，在坡面面上最大塑塑性应变在在靠近开挖挖面一侧的的陡崖下面面，同一个个横断面上上，最大塑塑性在底滑滑面上，但但根据随底底滑面地形形的变化，，最大塑性性应变的位位置有变化化。从整体体上看，最最大塑性应应变在底滑滑面上；考虑开挖、、蓄水和地地震作用，，由于采用用桩加固后后开挖坡脚脚，崩塌堆堆积体底滑滑面的屈服服区范围增增加不大，，但同一点点处的塑性性变形均增增加较大。。尽管计算表表明加固后后开挖、蓄蓄水和地震震作用下边边坡整体处处于稳定状状态，但是是从屈服区区分布看，，在开挖面面附近堆积积体屈服区区较大，存存在局部失失稳的可能能性，尤其其是蓄水后后。可以考考虑在开挖挖面施加网网格梁进行行坡面支护护，且尽可可能采用跳跳挖施工。。此外还要要注意的是是，崩塌体体的坡顶有有较大的屈屈服区，开开挖、蓄水水和地震作作用时，塑塑性变形较较大导致崩崩塌体变形形较大，容容易诱发局局部失稳。。天然状态下下主滑面上上的第一主主应力等值值线图(单单位：Pa)边坡的应力力分布规律律天然状态下下主滑面上上的第三主主应力等值值线图(单单位：Pa)开挖桩孔时时主滑面上上的第三主主应力等值值线图(单单位：Pa)开挖坡脚时时主滑面上上的第三主主应力等值值线图(单单位：Pa)(a)第一主应力力（（b）第三主应力力开挖坡脚时时辅助剖面面1的主应应力等值线线图(单位位：Pa)应力分布规规律为：边坡应力水水平随着埋埋深的增加加而增大；；天然状态态下堆积体体内最大压压应力为0.5690MPa，最大拉应力力为0.0153MPa，最大拉应力力在堆积体体上游侧接接近坡顶处处。由于桩孔处处堆积体地地应力水平平不高，而而且桩孔开开挖量也不不多，因此此开挖桩孔孔对边坡整整体的应力力分布规律律影响不大大，只影响响桩孔附近近应力，在在桩孔底部部出现应力力集中现象象，但应力力水平仍然然也较低，，应力集中中最大压应应力为0.5290MPa。由于坡脚处处开挖体为为地表部分分，其应力力水平本身身不高，开开挖对边坡坡整体的应应力分布规规律影响很很小。只是是对开挖面面附近影响响较明显，，坡脚开挖挖后，在坡坡脚压应力力略有减小小，减少的的最大量为为0.0419MPa.。模拟拟蓄蓄水水过过程程，，采采用用的的是是降降低低强强度度参参数数和和加加浮浮托托力力的的方方法法，，处处于于水水位位线线以以下下的的崩崩塌塌堆堆积积体体及及附附近近岩岩体体的的主主应应力力水水平平略略有有降降低低。。模拟拟地地震震作作用用采采用用的的拟拟静静力力法法，，即即采采用用加加水水平平方方向向体体力力的的办办法法，，对对整整体体应应力力分分布布有有一一定定影影响响，，使使全全场场的的第第一一主主应应力力水水平平略略有有增增加加。。开挖挖+正正常常蓄蓄水水+地地震震作作用用下下1#~14#桩的的变变形形示示意意图图（（单单位位：：m））（变形形放放大大1000倍倍））桩的的变变形形与与应应力力分分布布情情况况开挖挖、、开开挖挖+正正常常蓄蓄水水、、开开挖挖+正正常常蓄蓄水水+地地震震作作用用下下7#和8#桩在在x方向向上上的的变变形形示示意意图图。。开挖挖+正正常常蓄蓄水水作作用用下下，，安安全全系系数数设设定定为为1.15时时，，所所有有桩桩的的变变形形示示意意图图（单单位位：：m））（（变形形放放大大1000倍倍））桩体体变变形形主主要要表表现现弯弯扭扭变变形形，，即即向向x和z两个个方方向向产产生生变变形形，，但但以以x方向向的的变变形形为为主主。。在开开挖挖+正正常常蓄蓄水水+地地震震作作用用下下，，桩桩的的最最大大变变形形为为1.1776cm(其中中x方向向的的位位移移约约为为1.1216cm，，z方向向的的位位移移约约为为-0.2897cm)。。在开开挖挖+正正常常蓄蓄水水作作用用下下，，安安全全系系数数设设定定为为1.15时时，，桩桩的的最最大大变变形形为为0.9495cm(其中中x方向向的的位位移移0.8522cmz方向向的的位位移移约约为为-0.3681cm)。。开挖挖、、开开挖挖+正正常常蓄蓄水水、、开开挖挖+正正常常蓄蓄水水+地地震震作作用用下下，，8#桩产产生生的的变变形形最最大大，，最最大大合合位位移移分分别别为为：：0.3109cm、、0.4154cm和1.1776cm。。开挖挖+正正常常蓄蓄水水作作用用下下，，安安全全系系数数设设定定为为1.15时时桩桩内内屈屈服服区区的的分分布布图图7#桩中中的的sy的分分布布情情况况(单单位位：Pa)9#桩的的sy的分分布布情情况况(单单位位：Pa)x方向向（（即即主主滑滑面面方方向向））的的推推力力在在7#桩上上产产生生的的剪剪力力和和弯弯矩矩图图z方向向（（即即垂垂直直于于主主滑滑面面方方向向））的的推推力力在在7#桩上上产产生生的的剪剪力力和和弯弯矩矩图图x方向向（（即即主主滑滑面面方方向向））的的推推力力在在9#桩上上产产生生的的剪剪力力和和弯弯矩矩图图z方向向（（即即垂垂直直于于主主滑滑面面方方向向））的的推推力力在在9#桩上上产产生生的的剪剪力力和和弯弯矩矩图图桩的的屈屈服服区区均均在在滑滑面面所所处处的的位位置置，，最最大大屈屈服服区区深深度度小小于于桩桩厚厚度度的的1/2且且处处于于拉拉应应力力状状态态，，属属于于拉拉屈屈服服。7#桩内内sy最大大拉拉应应力力值值约约为为2.10MPa,最大大压压应应力力约约为为3.80Mpa，位于于桩桩与与滑滑面面交交界界处处，，具具体体位位置置见见附附图图2-90。。9#桩内内sy最大大值值约约为为2.68MPa，最大大压压应应力力约约为为7.73MPa，位于于桩桩与与滑滑面面交交界界处处，，具具体体位位置置见见附附图图2-90。。x方向的推推力在7#桩上产生生的总推推力约为为8126KN，桩底剪力力为4526KN。在桩下侧侧最大弯弯矩为15948KN.m，在靠近推推力一侧侧桩底的的最大弯弯矩为12926KN.m。z方向的推推力7#桩上产生生的总推推力约为为1105KN，桩底剪力力为1105KN。在靠近推推力一侧侧桩底的的最大弯弯矩为10113KNx方向的推推力在9#桩上产生生的总推推力约为为5914KN，桩底剪力力为4114KN。在桩背离离推力一一侧最大大弯矩为为4112KN.m，在靠近推推力一侧侧桩底的的最大弯弯矩为17385KN。z方向的推推力在9#桩上产生生的总推推力约为为384KN，桩底剪力力为384KN。在靠近推推力一侧侧桩底的的最大弯弯矩为3327KN.m。综上所述述，桩满满足抵抗抗边坡下下滑力和和变形的的要求，，但桩内内拉应力力较大，，切出现现了拉屈屈服。这这是由于于进行有有限元计计算时未未考虑桩桩的配筋筋作用，，虽然配配筋不能能阻止桩桩体受拉拉区混凝凝土的开开裂，但但可以有有效地限限制裂缝缝的宽度度和延伸伸，从而而大大提提高桩的的承载能能力。因因此，在在桩的设设计中必必须重视视配筋计计算。由由于抗滑滑桩有扭扭转效应应，需配配置抗扭扭钢筋，，必要时时适当加加大桩的的截面尺尺寸。小结结采用加抗抗滑桩的的加固方方案，坡坡脚开挖挖后边坡坡整体上上基本是是稳定的的，但在在坡脚开开挖面处处存在局局部失稳稳的可能能性，尤尤其是蓄蓄水后。。此外坡坡顶也存存在局部部失稳的的可能性性。开挖桩孔孔后，边边坡的最最大合位位移增量量在崩塌塌堆积体体顶部靠靠近陡崖崖处，最最大合位位移增量量约为17.00cm，方向沿坡坡面向下下且偏向向上游侧侧。开挖坡脚脚后，崩崩塌堆积积体的开开挖面最最大合位位移增量量约为3.59cm，方向指向向临空面面。抗滑滑桩以上上堆积体体最大合合位移约约为5.88cm，方向向下下且偏向向下游侧侧。蓄水后，，处于水水位面以以下的崩崩塌堆积积体最大大位移增增量约为为10.00cm，方向向上上且偏向向坡顶。。抗滑桩桩上侧堆堆积体最最大合位位移增量量约为4.81cm，方向沿坡坡面向下下且偏向向上游侧侧。地震作用用下，抗抗滑桩上上侧的堆堆积体最最大合位位移增量量约为5.04cm，方向沿坡坡面向下下且偏向向上游侧侧。抗滑滑桩下侧侧的堆积积体最大大合位移移增量约约为1.38cm，方向指向向坡脚。。与天然状状态相比比，开挖挖、蓄水水和地震震作用时时边坡内内的屈服服区扩展展不显著著，但屈屈服程度度（即塑塑性应变变）有所所增大。。坡顶附附近堆积积体和开开挖面附附近堆积积体的屈屈服区较较大，堆堆积体中中部和下下部屈服服区较小小且主要要分布在在崩塌堆堆积体两两侧。挖桩孔孔、挖挖坡脚脚、蓄蓄水和和地震震作用用对边边坡整整体应应力分分布和和应力力水平平影响响不大大。桩内的的拉应应力较较大，，而且且出现现了明明显的的拉屈屈服区区。建建议根根据实实际情情况采采取配配筋和和增大大桩的的截面面面积积来改改善桩桩的拉拉应力力状况况；由于布布桩较较多而而且比比较密密集，，桩孔孔开挖挖引起起边坡坡的变变形较较大，，可能能在成成孔时时诱发发边坡坡失稳稳，建建议间间隔开开挖成成孔或或分期期开挖挖成孔孔。尽管加加桩后后边坡坡整体