大渡河黄金坪水电站后山高陡岩质边坡稳定性分析

大渡河黄金坪水电站后山高陡岩质边坡稳定性分析 大渡河黄金坪水电站后山高陡岩质边坡稳 定性分析 ? l82? 路基工程 SubgradeEngineering2011年第4期(总第157期) 大渡河黄金坪水电站后山高陡岩质边坡稳定性分析 (西南交通大学土木工程学院,成都610031) 摘要:综合运用赤平投影图解法,实体比例投影空间矢量解析法及块体离散单元法,分析了大 渡河黄金坪水电站后山高陡边坡岩体内不同结构面和临空面组合关系对边坡稳定性的控制作用.通过 定量计算得到了边坡在不同工况下,不同结构面组合类型的稳定性系数,提出了边坡主要破坏模式为 局部楔形体滑移破坏,主控边坡稳定性的最危险结构面组合为J2,J3结构面组合. 关键词:高陡岩质边坡;赤平投影;离散单元法;结构面组合 中图分类号:U416.14文献标志码:A文章编号:1003—8825【2011)04—0182—03 大渡河黄金坪水电站后山高陡岩质边坡,位于四 川康定县姑咱镇境内.边坡于2006年6月18日及 2008年"5.12"大地震时期均发生过规模不等的崩 塌,造成部分民宅破坏和居民,水电施工人员伤亡, 并对水电站引水式厂房及当地居民的生产生活造成严 重威胁.该段边坡为四组结构面组合切割的高陡岩体 边坡,确定对坡体稳定性影响最大的结构面组合形式 及不同工况作用下相应的稳定性,将对其防护治理具 有重要意义. 1工程地质条件 该区地处青藏高原东南部与川西北丘状高原东南 缘向四川盆地过渡地带,为横断山脉系北段的高山曲 流深切峡谷地貌.高陡边坡位于大渡河左岸,山坡陡 峻,坡高近400m,其崩塌破坏不稳定区高程为2065 — 2125m,距大渡河高差为250In左右,坡度70.左 右,见图1.地层岩性主要以晋宁澄江期斜长花岗 暑 檀 河 收稿日期:2010—07—05 作者简介:徐飞飞(1985一),男,山西太原人.硕士研究生,主 要从事地质工程方面的研究.E-mail:sbh2012@ 163.corn. 岩,石英闪长岩为主.区内岩体卸荷松弛强烈,岩体 完整性差,较破碎,呈块裂到碎裂结构,主要发育四 组优势结构面.区域内岩体透水性较弱,地下水埋藏 较深,除山体表面堆积层有少量滞水外,大部分水以 基岩裂隙水形式存在.据查该区地震动峰值加速度为 0.2g,基本烈度为?度. 2边坡稳定性评价 在岩质边坡中,岩体的失稳与破坏主要受岩体内 结构面和临空面的控制,它们相互之间的空间分布位 置,组合关系和结构面的力学参数对边坡的稳定起着 至关重要的作用….本文通过赤平投影图解法和实体 比例投影空间矢量解析法及离散元法对高陡岩质边坡 在不同工况下的稳定性进行评价,已得到对该边坡稳 定性的最大影响工况及相关稳定性系数,并深入分析 不同结构面组合类型对高陡边坡稳定性的影响. 2.1赤平投影分析 2.1.1赤平投影图解法 坡体主要发育四组结构面,分别为J1(产状 350.10.),J2(产状190./-80.),J3(产状305. /_55.),J4(产状160./_65.),坡面为slope表示 (产状232./_70.).据试块结构面试验,取摩擦圆的 角为22.,结构面及坡面赤平投影图如图2.分析 可知,J3和J4的交线与坡面倾向相同,且位于坡面 与摩擦圆组成的阴影区内,形成危险块体;J2和J3 的交线与坡面倾向相同,且位于坡面与摩擦圆组成的 阴影区内,形成危险块体,且该边坡的主要破坏模式 为楔形体破坏,故对结构面J3,J4和坡面组成的楔 形体以及结构面J2,J3和坡面组成的楔形体利用实 体比例投影空间矢量解析法分天然,地震,暴雨三种 工况分别进行定量计算分析. 铝 ?面 4剖 离陡 ?距高 ?图 ? 徐飞飞:大渡河黄金坪水电站后山高陡岩质边坡稳定性分析?183? W N \//, ;\\ /<r11千 /IfI/III /li /I /\ ?, n////=二:二二 , /,, pe ,J3,—一 \ S 图2结构面及坡面赤平投影 4 E J2 2.1.2实体比例投影空间矢量解析法 据现场测试结合室内试验,取危岩块体横向宽度 10m,结构面强度参数::22.,c2=0.05MPa,. =22.,C=0.05blPa;据研究区地震资料,取地震 加速度0.2g;降雨作用考虑作用在楔形体两侧结构 面上的浮托力作用一.实体比例投影空间矢量解析 如图3. 图3实体比例投影空间矢量解析 2.1.3稳定性计算结果 J2,J3组合岩体在天然工况下稳定性系数1.91, 地震工况下为0.28,暴雨工况下为0.82;J3,J4组 合岩体在天然工况下稳定性系数4.88,地震工况下 为0.66,暴雨工况下为3.85. 2.2离散元稳定性分析 2.2.1模型建立 块体离散元程序(UDEC)是一个处理不连续介 质的二维离散元程序,非连续介质是通过离散的块体 集合体加以表示,不连续面处理为块体间的边界面, 允许块体沿不连续面发生较大位移和转动.为对比 分析J2,J3结构面组合与J3,J4结构面组合对边坡 稳定性影响,模型计算断面分别取J2,J3结构面交 线地质剖面及J3,J4结构面交线地质剖面,剖面倾 向分别为268.,236..结合野外勘察统计,结构面平 均间距取为5m.为消除边界影响,边坡后缘向后延 伸21in,坡脚向外延伸21m,底边向下延伸28m. 左右两侧水平位移约束,底边界竖直位移约束.计算 中在坡面选择5个监测点,监测点的位移变化, 分析边坡位移变化规律,监测点在各剖面上的分布见 图4,其中c点为结构面组合交线与坡面的交点,a 点为结构面组合交线的另一端点,b,d,e为变 坡点'8]. 图4模型2及坡面监测点 计算模型主要分三类:剖面倾向268.含J2,J3 结构面模型(称模型1);剖面倾向236.含J3,J4结 构面模型(称模型2);剖面倾向236.含J1,J2,J3, J4结构面模型(称模型3).模型2见图4,模型计算 参数如表1. 表1参数取值 2.2.2模型结果分析 针对以上三种模型分别计算天然工况及地震工况 作用,天然工况下边坡稳定,主要对比分析地震工况 条件下边坡稳定性情况.分析可知,地震工况使坡体 表面产生最大位移分别为:模型1达2471Tl!qq,模型2达143mm,模型3达106mm,见图5. 由图5可知:坡面自上而下朝坡外方向位移量逐 渐减小,至下部坡脚点处趋于零且产生部分反向坡内 小位移,即坡体不会产生整体破坏,仅会产生上部崩 塌区局部破坏;模型1中坡面上部崩塌区坡体位移量 最大,模型3位移最小,可见J2,J3结构面组合对坡 体稳定性最不利;模型3中坡面上部坡体崩塌区位移 ? l84? 路基工程 SubgradeEngineering2011年第4期(总第157期) 量较模型2小,可见部分情况下当坡体具有倾向坡内 的缓倾结构面时对坡体稳定性较为有利. 暑 { -匿 坡面监测点 图5坡面监测点地震工况下X方向位移曲线 3结论 (1)对大渡河黄金坪水电站后山高边坡的稳定 性,采用离散元数值模拟计算与赤平投影法分析其结 果基本一致.结果表明:边坡主要为楔形体局部破 坏,不会发生大规模整体性破坏,且在天然状态下处 于稳定状态,在地震及暴雨工况下处于失稳状态,而 地震作用对边坡稳定性影响最大. (2)通过离散元数值对比计算两组结构面组合 (含J3,J4结构面)坡体四组结构面组合(含Jl,J2, J3,J4结构面)坡体稳定性,可知岩体存在少量缓倾 坡内的结构面,这有利于边坡稳定. (3)综合赤平投影与数值模拟对比分析得知,在 相同条件下组合结构面交线倾角大小对边坡的稳定性 影响较大,该段高陡边坡结构面J2,J3的组合方式 对边坡稳定性影响最大,在坡体的防护设计整治中应 予特别注意. 参考文献: [1]孙广忠.岩体力学基础[M].北京:科学出版社,1983. [2]唐平,李粮纲.三峡库区董家湾高切边坡稳定性赤平投影解析[J]. 路基工程,2010(2):139,141. [3]蒋爵光.用赤平投影进行节理岩体稳定性分析方法[J].西南交通大 学,1985(2). [4]程江涛,等.基于赤平投影的岩质边坡稳定性分析及其程序化实现 [J].四川大学(工程科学版),2007,39. [5]ItascaConsultingGroupInc.Universaldistinctelementcode(version3.1) userSmanual[R].Minneapolis,USA:ItascaConsultingGroupInc,199. [6]王士天,严明,黄润秋.高边坡变形破坏及稳定性评价[M].成 都:西南交通大学出版社. [7]张玉军,朱维申.小湾水电站左岸坝前堆积体在自然状态下稳定性的 平面离散元与有限元分析[J].岩石力学与工程,1999,18(5). [8]陈文胜,等.离散元计算的位移控制方法[J].岩土力学,2007,28 (7). StabilityAnalysisofHighSteepRockSlopeinRearMountain ofHuang~inpingHydropowerStationinDaduRiver XUFei.fei (SchoolofCivi|Engineering,SouthwestJiaotongUniversity,Chengdu610031,China) Abstract:Throughcomprehensiveusingofstereographicprojectiongraphicmethod,physic alscaleprojection spacevectoranalyticalmethodandblockdiscreteelementmethod,thecontroleffectofdiffere ntcombinations ofstructuralsurfaceandfreesurfaceonthestabilityofhighsteepslopeinrearmountainofHua ngjinping HydropowerStationinDaduRiverisseparatelyanalyzedinthispaper.Basedonquantitativecalculation,the stabilitycoefficientofslopeunderdifferentconditionsanddifferentcombinationtypesofstructuralsurfaceare obtained.Thus.itiSshownthatthemainfailuremodeiSlocalwedgeslidingfailureandthemostdangerous combinationofstructuralsurfaceasthemastercontrolfactorofslopestabilityiSJ2,J3combination. Keywords:highsteeprockslope;Stereographicprojection;discreteelementmethod;structural surfacecombination