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岩石高边坡稳定

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所属类别:水工建筑物

基本信息

中文名称:岩石高边坡稳定
外文名称:

对水利工程中岩石高边坡进行稳定分析的方法和保持稳定的工程措施。

岩石边坡是地壳表面具有侧向临空面的地质体,包括坡面、坡顶、坡肩、坡脚及下部一定深度的坡体。岩石边坡按高度可分为超高边坡(大于100 m)、高边坡(50~100 m)、中边坡(20~50 m)、低边坡(小于20 m);按边坡岩体结构可分为层状结构边坡、块状结构边坡、碎裂结构边坡;按边坡岩体变形破坏的基本形式可分为松弛张裂变形边坡、滑动变形边坡、崩塌变形边坡、塌滑变形边坡、倾倒变形边坡、蠕动变形边坡、剥落变形边坡、流动变形边坡;按成因可分为剥蚀边坡、侵蚀边坡、塌滑及人为边坡;按其人工改造程度,可分为自然边坡(天然河谷或库区岸坡等)和人工边坡(基坑、坝肩、洞脸等);按与水利水电工程的关系可分为工程边坡和非工程边坡。

水利水电工程中应注意岩石边坡稳定性的主要部位有:对库区工农业生产生活设施、航运、取(进)水口安全运行形成威胁的库区内的库岸部位,对大坝稳定性有直接影响的坝肩部位,对水利水电工程主要效益发挥和安全运行有影响的下游电站厂房、溢洪道和船闸部位。这些边坡的主要特点是:与水的关系密切,受工程荷载的影响显著;水库运行直接影响边坡变形与稳定,对边坡稳定的要求随边坡所处部位要求不同而异。影响边坡稳定与变形的主要内在因素有原始应力状态、地下水状态、岩石的构成及特征、边坡形状、岩体结构特征、岩体中软弱带的分布特征;影响边坡稳定与变形的主要外在因素有施工开挖引起的卸荷和应力调整,施工爆破引起的岩体损伤和动力荷载,由于库水位变化、降雨、泄洪雾化雨而引起的地下水位变化等。

边坡稳定性的评价主要有4类方法:历史分析法、工程地质类比法、刚体极限平衡法、应力应变分析法。前两种方法属定性评价,后两种方法属定量评价。

定性评价是基本的方法,其要点是:①对边坡的发育历史进行分析,从而评价其现在的稳定状况,并推测其未来的稳定趋势;②在大量的调查研究的基础上,对影响边坡稳定的诸多因素进行分析,参照与本边坡地质条件类似的边坡的稳定状况,评价本边坡的稳定状况,并推测其未来的稳定趋势。定性评价的优点是能综合考虑各种因素,无需大量的试验和计算即可较快地对边坡的稳定状况和未来的稳定趋势进行推测,为边坡的进一步勘测、定量评价和综合治理创造条件。

边坡稳定性的定量评价常采用刚体极限平衡法,其基本假定是:视边坡岩体为刚体,不产生变形但传递力。在此假定的基础上,通过力的平衡分析,获取滑动面的反力,进而计算相应的安全系数。 该法的优点是:计算简单,参数取值和安全系数取值有工程经验和设计规定。该法的缺点是:不能计算岩体的变形,而在某些情况下,变形是很重要的(如拱坝坝肩,山体中开挖的船闸边坡等);当滑动面由两个及以上平面组成时,滑动面上的反力为超静定,此时必须对反力的方向或大小进行假定,有可能引入较大的计算误差;仅能用于滑动破坏的评价,对崩塌和蠕动等变形破坏的边坡尚缺少成熟的分析方法。

应力应变分析法发展很快。按理论体系可分为等效连续介质力学方法和不连续介质力学方法,前者包括有限元法、边界元法、差分法等,后者包括离散单元法、不连续变形法、刚体—弹簧元法、块体单元法等。20世纪90年代以来出现的数值流形元法和无单元法等方法具有两类方法的一些特性。应力应变分析法可采用弹性、黏弹性、弹塑性、弹黏塑性、弹脆性、内时、损伤等模型。应力应变分析法的主要优点是:可考虑复杂的边界条件、介质力学性质、结构轮廓和实际施工运行过程,岩体内不同级别的结构面的影响,与渗流与温度的耦合,综合加固的机理及加固措施的优化。应力应变分析法的主要缺陷是:前处理复杂且工作量大,软件不规范计算结果可因人而异,参数获取困难且工程类比经验不多,安全系数取值无标准。针对这种状况,研究的新进展有:自适应理论引入计算软件研制;地质优势面—统计优势面—力学优势面综合分析和反馈分析引入参数研究;可靠度理论引入安全度评判等。

经分析后被判定可能失稳的边坡,若设计无法避开,应根据其可能造成的后果,研究整治措施。要针对不同类型和变形破坏机制的边坡,抓住重点,综合治理。通常可考虑采用的措施有:①消除或减轻水的作用,阻排地表水和地下水,防止水对边坡的冲蚀;②改善边坡的力学平衡条件,削坡、减载和压重,设置抗滑挡墙、抗滑桩、锚固、抗剪键等;③增强弱面的物理力学性质,进行水泥或化学灌浆等。

  
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