高土石壩砂卵石作壩殼堆石料應(yīng)用研究.pdf

1、為了滿足高速發(fā)展的國民經(jīng)濟對于電力和水資源的巨大需求，我國已經(jīng)和即將建設(shè)一大批大型水利水電工程。這些工程的建設(shè)都不可避免地要在各種復(fù)雜的地質(zhì)環(huán)境條件下，人為地開挖、支護形成各種各樣的高陡巖石邊坡。這些邊坡在開挖過程中以及建成后長期運行中的安全穩(wěn)定性對于水利水電工程建設(shè)的成敗關(guān)系重大、影響深遠。因此，在我國大型水利水電工程的施工和運行過程中，必須高度重視和積極開展對于高邊坡安全穩(wěn)定性的分析評價和研究工作，特別是在工程竣工后的運行過程中應(yīng)定

2、期對邊坡的安全穩(wěn)定性進行分析和評價。另外，邊坡巖土體在長期運行過程中受風(fēng)化、地震、地下水作用等環(huán)境因素影響，其物理力學(xué)參數(shù)存在逐漸降低的可能，而降低程度由于受到許多不確定因素的影響，為一隨機變量，鑒于巖土力學(xué)的這一個客觀特征，采用工程結(jié)構(gòu)可靠度和風(fēng)險分析的理論和方法解決邊坡穩(wěn)定及風(fēng)險評價問題，則顯得更為科學(xué)合理。 本文以南椏河姚河壩水電站廠房高邊坡作為研究的工程實例，通過對邊坡安全監(jiān)測資料、邊坡變形性態(tài)、邊坡支護結(jié)構(gòu)工作情況

3、以及各種環(huán)境因素(氣溫、降雨)對邊坡變形的作用規(guī)律和影響程度的研究分析，根據(jù)地面廠房基坑開挖過程中邊坡的實測位移值，采用基于有限元數(shù)值模擬的位移反分析方法，對邊坡巖體彈塑性本構(gòu)模型參數(shù)進行反分析，并根據(jù)反分析參數(shù)值對邊坡的點安全系數(shù)進行了復(fù)核。通過以上分析，得出了邊坡目前處于穩(wěn)定狀態(tài)的結(jié)論。 根據(jù)結(jié)構(gòu)風(fēng)險分析的理論和方法，針對邊坡工程有限元分析特點，進行了邊坡風(fēng)險理論研究，包括： ①應(yīng)用強度折減法尋找邊坡平面有限元分析中

4、的主現(xiàn)場碾壓所能達到的干密度為2.08～2.16g／cm<'3>，壓實孔隙率為20～24％。 ③滲透試驗結(jié)果表明，該砂卵石料的滲透系數(shù)介于1.42×10<'-1>～9.24×10<'-3> Cm／s之間，為透水料，滲透性良好；其滲透變形的破壞形式為管涌，臨界坡降介于0.10～0.28之間。 ④變形特性研究表明，該砂卵石料三條包線的a<,v1-2>分別為0.053、0.014、0.011(Dr=0.75)，0.024，0.

5、016，0.006(Dr=0.85)，均小于0.1，為低壓縮性土，抗壓縮能力較好。 ⑤根據(jù)抗剪強度試驗，可得該砂卵石料的抗剪強度指標(biāo)為C=30 kP3，φ=39.3°，具有較高的抗剪強度。 (2)通過理論分析和工程類比可知：該砂卵石料的級配組成在國內(nèi)外土石壩建議理想級配的優(yōu)良的壩殼透水料和密實度最佳的壩殼透水料之間，下包線靠近建議密度最佳的透水料曲線，為性能優(yōu)良的壩殼透水料；其現(xiàn)場碾壓所能達到的干密度、孔隙率均與其他類堆

6、石料相近，與國內(nèi)外土石壩的石料設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)相符，滿足高土石壩殼堆石料的壓實要求；滲透性滿足土石壩設(shè)計的規(guī)范要求，但滲透變形的容許坡降偏低，需考慮合理使用反濾層來提高其抗?jié)B透變形能力；其變形和強度與大部分中高強度堆石料的抗剪強度相近，完全能滿足壩殼填筑料的變形和強度要求。 (3)數(shù)值模擬分析可知：大壩建成后，壩殼體壩坡穩(wěn)定，其應(yīng)力形變規(guī)律與堆石填筑的高土石壩的應(yīng)力形變規(guī)律一致；壩殼填筑體內(nèi)，最大沉降量約2.10m；最大水平位移約0.4

7、5 m，下游水平位移大于上游；壩殼體內(nèi)最大主應(yīng)力約4000kPa，最小主應(yīng)力的最大值為1600 kPa，最大剪應(yīng)力1300kPa，壩坡最大拉應(yīng)力約21.055kPa，安全系數(shù)2.581。 (4)通過對直剪和三軸兩種剪切手段的結(jié)果對比，確定了以三軸試驗結(jié)果為標(biāo)準(zhǔn)的直剪試驗結(jié)果修正公式φ＇=βφ，得出此類壩殼料在無正應(yīng)力(σ=0)下剪切試驗確定的C<,o>值條件下，修正系數(shù)為0.95。 綜合評價，該砂卵石料為工程特性良好的壩