电站坝肩卸荷岩体稳定性探讨范文

《资源环境与工程杂志》2014年第S1期

1边坡稳定性研究分析及计算成果

根据工程的重要性，选取两种边坡稳定性综合分析方法是:刚体极限平衡法和有限元法。

1．1刚体极限平衡法分析

岩质边坡稳定性分析采用刚体极限平衡法，根据边坡岩体裂隙产状、强卸荷带深度及边坡破坏模式，确定滑移面地质剖面(图2)。由滑移面或潜在滑移面的几何形状，选择双平面滑动计算公式，双平面块体受力如图3。由图2可以看出，需对整个可能失稳的边坡进行稳定分析计算，即计算①、②及③三部分的整体稳定性。施工期间，第①部分被挖除，需考虑②与③两部分的整体稳定性以及②与③各自的稳定性。边坡稳定性计算工况如表1。由表2可以看出，目前现状条件下，三种工况下边坡整体处于稳定状态;施工期间，块体①被挖除，边坡由剩余块体②与③组成，各工况下整体也处于稳定状态。块体③在短暂状况下稳定程度稍低;块体②在各工况下处于稳定状态。

1．2有限元数值分析

本文根据边坡岩体节理裂隙发育特点，使用节理材料来模拟滑动破坏面，再通过有限元折减强度法计算。有限元模型及网格划分截面如图4。图4中箭头所指区域为使用节理材料的区域。左右边界约束X方向位移，底边界约束X和Y方向位移。模型采用4节点平面应变线性完全积分单元，自由网格划分，共有2169个单元。节理面的粘聚力C和内摩擦角φ与刚体极限平衡分析取值相同，天然状态下滑面抗剪断强度的取值，节理岩块的抗剪强度参数取值等于灰岩的取值，计算中节理材料为无拉力材料，即节理张开时没有拉伸强度。采用强度折减法，选取4种抗剪强度折减系数对边坡原抗剪强度的相关系数折减，使用折减后的系数进行有限元计算。

1．2．1抗剪强度折减系数Fr=0时得到自重应力平衡初始各方向的相应应力云图如图5－图7。由图可以看出初始自重应力平衡后(Fr=1.0时)，最大剪应力发生在边坡表面即块体③的下半部分，而且由于节理材料区的存在，使得坡顶和块体③的上部与整个岩体连接削弱，从而最小水平向应力发生在该处。

1．2．2抗剪强度折减系数Fr=1．2时得到应力分布云图如图8－图10。图8中当Fr=1.2时，塑性区几乎贯穿了整个块体①以及大部分块体③，说明在自重作用下块体③的稳定系数为1．2。节理裂隙区的顶部也已进入塑性屈服。但图10可见，此时顶部节理并未开裂，因为顶部的水平向应力为负值，即依然为压应力。

1．2．3抗剪强度折减系数Fr=1．404时得到应力分布云图如图11－图13。当Fr=1．404时，塑性区继续向上和向坡面深度方向发展，节理裂隙区的顶部塑性屈服区向下发展。图13显示此时最大剪应力集中于滑移面附近。

1．2．4抗剪强度折减系数Fr=1．820时得到应力分布云图如图14－图16。当Fr=1．820时，塑性区贯穿整个边坡，此时发生块体①②③的共同失稳，因此自重下块体①②③共同失稳的稳定系数为1．820。图15中坡顶的水平向应力为正值，说明节理裂隙区域已经开裂。图16中剪应力最大值集中分布于裂隙左侧的滑床表面，而滑体内部剪应力相对较小，说明此时的破坏是整体滑移破坏。整体失稳示意图如图17。的过程及塑性区的分布来看，塑性区在抗剪强度折减系数Fr相对较小的时候，主要集中在浅层表面，这表明主要的破坏形式为崩塌、掉块，出现大规模整体滑移失稳的可能性很小。

2结语

(1)通过刚体极限平衡法对卸荷岩体不同时期边坡破坏模式计算，结果表明，左岸边坡不会产生整体式变形破坏，逐步的、小规模的崩塌、掉块是边坡主要的破坏特征。(2)根据节理材料来模拟的有限元截面模型是合理的，较好的反映了左坝肩卸荷岩体裂隙发育特征。(3)有限元计算的稳定系数与刚体极限平衡法计算的稳定系数基本一致。(4)通过有限元强度折减法，选取一系列的抗剪强度折减系数对边坡原抗剪强度系数折减来有限元计算，由塑性区分布云图分析，塑性区呈现由下往上的发展趋势，这表明该边坡易出现牵引式的破坏模式，即上部岩体因失去支撑而变形失稳。

作者：曾锋练操单位：水利部长江勘测技术研究所