前坪水库溢洪道高边坡设计优化研究
发布时间：2020-09-05 10:48
前坪水库溢洪道高边坡稳定性是控制工程建设的关键因素。本文在工程地质勘察和岩土体力学试验基础上,采用数值分析和极限平衡法研究边坡稳定性,首先运用极限平衡法计算边坡的安全系数,然后针对边坡典型剖面进行了数值分析,研究边坡的位移和应力分布规律和蒙特卡洛可靠性分析研究了多种工况下的溢洪道边坡的稳定性,采用多种方法综合集成,开展溢洪道边坡优化设计方案研究。溢洪道边坡原设计方案为进水渠岩质边坡采用1:0.5放坡,左岸共设5级马道。根据溢洪道边坡稳定性分析结果,边坡的坡度可适当增加,由原设计1:0.5提高至1:0.4,减少坡体开挖量。原设计锚杆长5m,直径Φ25,间距@2m×2m,锚杆不能穿越边坡失稳滑移面,应将其长度增加至10m,锚杆角度宜与滑移面垂直。刚体极限平衡法和数值分析相两种方法结合不仅可以计算边坡的安全系数和边坡体位移场,而且可以更全面地评价边坡稳定性。本文采用极限平衡法、数值分析和可靠性分析研究了溢洪道在不同工况下的稳定性。原设计方案溢洪道高边坡完全开挖后的安全系数为1.74,优化设计方案溢洪道高边坡完全开挖后的安全系数为1.61,比较两者安全系数的值,相差不大;溢洪道高边坡开挖后,虽然优化方案下边坡开挖坡度提高,但坡体最大变形与设计方案相比,变形变化不显著,其最大变形值不超过5cm;原设计方案溢洪道高边坡完全开挖后的可靠性指标为5.24,优化设计方案溢洪道高边坡完全开挖后的可靠性指标为4.89。分析结果表明,边坡开挖优化设计方案满足边坡设计规范要求,且优化方案减少了开挖量,节省了工程投资。
【学位单位】：华北水利水电大学
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2018
【中图分类】：TV651.1
【部分图文】：
图 1.1 前坪水库地形示意图Fig 1.1 Topographic map of Qianping Reservoir1.2 边坡稳定性研究现状20 世纪 60 年代以来，国内外很多专家学者在边坡稳定性分析方法的领域做出了重要的贡献。边坡工程的研究从初期定性分析发展到定量研究，1985 年张天宝研究了边坡最危险滑面的多极值的规律[8-9]；孙君实在 1984 年解决了条分法中土条间的相互作用力的大小、方向和作用点计算等问题[10]；陈祖煜 1984 年改进了摩根斯坦法和普里斯法提出的边坡稳定性计算方法，并给出了在数值计算中合理解集的最大、最小值使计算方法有很大的改进。伴随着计算技术和计算方法的发展，有限元计算法开始运用实际计算中，为土质边坡的稳定性分析提供新的思路和方法[11]。外国专家学者也在边坡发展领域同样做出了很大的突破，如Yamagami 等 2003 年将应力分析所采用的单元网格和动态规划法进行了同步处理来进行边坡有限元计算[12]；Crasa 等在 2005 年提出了 CRISS 法用于边坡有限元稳定性分析中；Lee 等用边坡滑动面滑弧和分割单元的交点对边坡滑动面的滑
2 溢洪道工程地质条件2.1 地形地貌本区处于豫西山地，为秦岭东延余脉，山势西高东低，呈扇形向东展开，海拔在 500～2000m，最高峰约 2500m。区域内主要河流有洛河、伊河、北汝河，受地质构造的影响，河流走向为北东向，在洛河、伊河、北汝河下游有一些小型的山间盆地。区内冲沟发育，具有切割深、延伸长的特点。前坪水库位于淮河支流沙颍河的支流北汝河上游，北汝河发源于豫西伏牛山区嵩县外方山跑马岭。在襄城县丁营乡崔庄村岔河口汇入沙河，主河道长 250km。北汝河呈东西走向，西南高、东北低，在汝阳紫罗山以上属于山区河道，河道宽200～1000m。河床质为卵石夹砂，河床比降 1％～0.33%；紫罗山至襄城段为低山丘陵区，河槽骤然变宽，河道最大行洪宽度为 3000～4000m，河床比降 0.30％～0.17%；襄城以下为平原区，河道变窄，最窄处仅有 100～200m，河床内主要为砂，河道比降平缓，河身弯曲[7]。
水渠段建基面高程为399.0m，中心桩号溢0-232.8～溢0-046，长度186.8m。溢洪道位于弱风化安山玢岩上，左岸边坡最高达到84m，为中~高岩质工程悬坡，其中主要裂隙产状285°∠ 35°、25°∠ 60°，与左岸边坡呈105°、155°相交，倾角16.5°(逆坡状)、 57.5°(逆坡状)，裂隙对边坡稳定影响不大；岩体多呈镶嵌碎裂结构，完整性较差，可能存在边坡稳定问题。泄槽前段基岩裸露，岩性为弱风化安山玢岩，后段大致桩号0+363以后上部为覆盖层，下伏弱风化辉绿岩，岩体裂隙发育，裂隙走向以北西向为主，与溢洪道轴线角度较大，受构造影响，岩体多呈镶嵌碎裂结构，完整性较差，抗冲刷能力差。出口消能工段位于弱风化辉绿岩，受构造影响，岩体多呈镶嵌碎裂结构，完整性较差，抗冲刷能力差。这两个部分边坡高度较低，边坡稳定性较好。溢洪道高边坡主要位于进水渠段，左岸边坡一般高于右岸，因此本次研究主要以进水渠的左岸高边坡为主。选择溢洪道开挖后最高最陡的横剖面0-106进行极限平衡法分析。溢洪道进水渠段主要岩性为安山玢岩，其强度高，弱风化，裂隙发育，多微张。0-106工程地质剖面图中上部为重粉质壤土，分布范围及厚度均较小。下部为安山玢岩，分布范围及厚度较大。
本文编号：2812929
【学位单位】：华北水利水电大学
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2018
【中图分类】：TV651.1
【部分图文】：
图 1.1 前坪水库地形示意图Fig 1.1 Topographic map of Qianping Reservoir1.2 边坡稳定性研究现状20 世纪 60 年代以来，国内外很多专家学者在边坡稳定性分析方法的领域做出了重要的贡献。边坡工程的研究从初期定性分析发展到定量研究，1985 年张天宝研究了边坡最危险滑面的多极值的规律[8-9]；孙君实在 1984 年解决了条分法中土条间的相互作用力的大小、方向和作用点计算等问题[10]；陈祖煜 1984 年改进了摩根斯坦法和普里斯法提出的边坡稳定性计算方法，并给出了在数值计算中合理解集的最大、最小值使计算方法有很大的改进。伴随着计算技术和计算方法的发展，有限元计算法开始运用实际计算中，为土质边坡的稳定性分析提供新的思路和方法[11]。外国专家学者也在边坡发展领域同样做出了很大的突破，如Yamagami 等 2003 年将应力分析所采用的单元网格和动态规划法进行了同步处理来进行边坡有限元计算[12]；Crasa 等在 2005 年提出了 CRISS 法用于边坡有限元稳定性分析中；Lee 等用边坡滑动面滑弧和分割单元的交点对边坡滑动面的滑
2 溢洪道工程地质条件2.1 地形地貌本区处于豫西山地，为秦岭东延余脉，山势西高东低，呈扇形向东展开，海拔在 500～2000m，最高峰约 2500m。区域内主要河流有洛河、伊河、北汝河，受地质构造的影响，河流走向为北东向，在洛河、伊河、北汝河下游有一些小型的山间盆地。区内冲沟发育，具有切割深、延伸长的特点。前坪水库位于淮河支流沙颍河的支流北汝河上游，北汝河发源于豫西伏牛山区嵩县外方山跑马岭。在襄城县丁营乡崔庄村岔河口汇入沙河，主河道长 250km。北汝河呈东西走向，西南高、东北低，在汝阳紫罗山以上属于山区河道，河道宽200～1000m。河床质为卵石夹砂，河床比降 1％～0.33%；紫罗山至襄城段为低山丘陵区，河槽骤然变宽，河道最大行洪宽度为 3000～4000m，河床比降 0.30％～0.17%；襄城以下为平原区，河道变窄，最窄处仅有 100～200m，河床内主要为砂，河道比降平缓，河身弯曲[7]。
水渠段建基面高程为399.0m，中心桩号溢0-232.8～溢0-046，长度186.8m。溢洪道位于弱风化安山玢岩上，左岸边坡最高达到84m，为中~高岩质工程悬坡，其中主要裂隙产状285°∠ 35°、25°∠ 60°，与左岸边坡呈105°、155°相交，倾角16.5°(逆坡状)、 57.5°(逆坡状)，裂隙对边坡稳定影响不大；岩体多呈镶嵌碎裂结构，完整性较差，可能存在边坡稳定问题。泄槽前段基岩裸露，岩性为弱风化安山玢岩，后段大致桩号0+363以后上部为覆盖层，下伏弱风化辉绿岩，岩体裂隙发育，裂隙走向以北西向为主，与溢洪道轴线角度较大，受构造影响，岩体多呈镶嵌碎裂结构，完整性较差，抗冲刷能力差。出口消能工段位于弱风化辉绿岩，受构造影响，岩体多呈镶嵌碎裂结构，完整性较差，抗冲刷能力差。这两个部分边坡高度较低，边坡稳定性较好。溢洪道高边坡主要位于进水渠段，左岸边坡一般高于右岸，因此本次研究主要以进水渠的左岸高边坡为主。选择溢洪道开挖后最高最陡的横剖面0-106进行极限平衡法分析。溢洪道进水渠段主要岩性为安山玢岩，其强度高，弱风化，裂隙发育，多微张。0-106工程地质剖面图中上部为重粉质壤土，分布范围及厚度均较小。下部为安山玢岩，分布范围及厚度较大。
【参考文献】
相关期刊论文 前10条
1 宋丽娟;黄志全;马丽娜;;边坡稳定性分析方法综述与展望[J];山西建筑;2009年04期
2 王胜;李云华;苏谦;;基于GEO-SLOPE的高陡路基稳定性分析[J];路基工程;2008年05期
3 黄润秋;;岩石高边坡发育的动力过程及其稳定性控制[J];岩石力学与工程学报;2008年08期
4 徐卫亚;周家文;石崇;李明卫;赵谊;黄旺祥;何铮;;滑石板顺层岩质高边坡稳定性及加固措施研究[J];岩石力学与工程学报;2008年07期
5 刘玉静;;遗传算法在岩土边坡稳定性分析中的应用[J];露天采矿技术;2008年01期
6 杨继红;刘汉东;秦四清;董金玉;孙强;李厚恩;;考虑土性参数空间变异性的边坡可靠度分析[J];工程地质学报;2007年02期
7 李荣伟;侯恩科;;边坡稳定性评价方法研究现状与发展趋势[J];西部探矿工程;2007年03期
8 张发明;郭丙跃;庞正江;周祖权;周民权;;基于模拟退火算法的边坡稳定分析方法[J];岩土力学;2006年04期
9 王东;袁景;;边坡稳定性分析中不确定性方法的评价[J];辽宁工程技术大学学报;2005年S2期
10 于怀昌,刘汉东,张昕;建筑物沉降的灰色系统预测[J];华北水利水电学院学报;2005年01期
相关博士学位论文 前2条
1 廖少波;强震作用下块状岩体边坡稳定性研究[D];中国地质大学;2013年
2 罗强;岩质边坡稳定性分析理论与锚固设计优化研究[D];中南大学;2010年
本文编号：2812929
本文链接：https://www.wllwen.com/kejilunwen/shuiwenshuili/2812929.html
