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基于FLAC3D引水渠边坡稳定复核

更新时间:2009-03-28

边坡工程的稳定性分析历来是工程界和学术界极为关注的研究课题,而边坡稳定性分析和评价一直是边坡工程的核心。能否正确评价边坡的稳定性并提出相应的改造措施是此类工程成败的关键,也是确保工程安全和降低建设费用的重要环节。目前研究边坡稳定性的方法主要有三大类[1],即定性类方法、定量类方法和非确定性方法。定性方法主要有过程机制分析法和工程地质类比法,定量类方法主要有刚体极限平衡法和有限元等数值方法,非确定性方法较多,主要为可靠度法和计算机智能结合的智能分析方法等。

这种模式较适于有延长产业链能力肉牛场。一是作为栽培基质利用,以固体粪污、农作物秸秆等为原料,堆肥发酵后作为基质生产蘑菇等农产品。二是动物蛋白转化,用固体粪污作为原料生产蚯蚓、蝇蛆等动物蛋白体。基质化利用后的产物还可作为粪肥还田,液体粪污通过污水池处理。该模式优点是延伸了产业链,实现粪污增值和生态循环利用,缺点是产链较长,要求生产者整体素质高。

图6为Un-PCW试样的疲劳断口观察图,图6(b)、(c)、(e)分别是图6(a)中(b)、(c)、(e)矩形框的放大图,图6(d)是图6(c)中d标记方框处的放大图。其疲劳断口同样可以分为萌生、扩展和瞬断三个阶段。图6(b)为裂纹萌生位置的放大图,疲劳裂纹起源于晶体滑移,且在高应力加载下试样的表面有多个裂纹起始位置。图6(c)和(d)对裂纹扩展位置的观察发现沿晶平面和穿晶平面混合存在,此外还有包围这些平面的晶界破坏形成的条纹。而图6(e)对瞬断区域的观察同样发现由大量的韧窝组成。低应力下的疲劳试样断口观察具有类似的特征,和高应力下疲劳试样相比,裂纹源位置减少。

在工程设计中,一般采用极限平衡法较多,极限平衡法在理论上不考虑边坡土体的应力~应变关系,也不研究边坡土体的变形情况,存在一定的局限性。本文采用开源的FLAC3D数值模拟软件进行分析计算,不需事先假定土条间的相互作用力及滑移面的形状,减少人为的干扰。它不仅能考虑岩土体的非线性弹塑性本构关系,还能动态模拟边坡的失稳过程及其滑移面的形状,能比较真实地反映实际材料的动态行为[2~5]

1 工程概况

五里牌水电站位于永州市零陵区与双牌县交界处,潇水下游,是潇水8个梯级开发电站的第7个梯级。坝址左岸为五里牌镇佑里村,右岸为平福头乡沙背甸村。五里牌水电站距双牌县城约6km,距永州市约42km。地理坐标 x=2871650~2883650,y=37565800~37569000。坝址控制集雨面积10832km2,占整个潇水流域面积的89.5%[6]

小学语文,尤其是小学作文教学是孩童语言学习中的重要组成部分,也是为青少年发展打下良好语言基础的关键。从经验可知,小时候作文写得好,语文学得好,兴趣就可能更广泛,知识也就更丰富,写作时容易有感而发、真情流露。但农村小学生作文内容普遍较为平淡无物、空洞且模仿痕迹明显,难有真实情感,甚至有的学生无法下笔写,这个问题必将是农村小学语文教师需要探讨的共同课题。怎样才能使农村学校的学生写作水平有所提高呢?对此,我浅谈下个人看法。

该段属岩石边坡山体段,山顶最大高程为151.2 m,该段边坡岩性为泥盆系中统棋梓桥组薄层状泥灰岩夹泥质灰岩,岩层倾向坡外,倾角11°~15°,岩性软弱,呈强~中风化,力学强度较低,岩性较弱,岩体破碎,表面有剥落迹象,部分岩层走向与渠到中心线近乎平行,易发生顺层滑动,潜在边坡不稳定隐患。

2 工程地质勘察

模型范围如下:

 

表1 岩石物理力学性质实验成果表

  

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3 引水渠边坡稳定性复核

3.1 引水渠的工程级别及抗滑稳定安全系数

(3)模型采用实体单元模型,共划分单元10325个,结点12996个。

 

表2 土堤边坡抗滑稳定安全系数

  

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3.2 边坡稳定复核

引水渠桩号K0+490~K0+590段,边坡主要地质情况为泥质灰岩,根据现场调查和实际测量情况,以典型断面K0+540为例(如图1)进行数值模拟,建立三维模型,模拟边坡的稳定情况。

  

图1 引水渠K0+540左岸边坡断面图

断面K0+450河底高程为118.67m,边坡采用二级边坡,自上而下坡比分别为 1∶1.5、1∶1,在 129.77m 高程处设宽度1.5m的马道,坡顶为厂坝公路。

五里牌电站引水渠为开挖明渠,开挖断面为梯形断面,底宽35m,全长3.78km,渠底坡降1/3000,根据现场调查及《湖南省永州市五里牌水电站枢纽工程建设用地地质灾害危险性评估报告》可知,引水渠边坡安全隐患及具有代表性的地段主要为引水渠桩号K0+430~K0+590段。

引水渠为明渠,从平面布置上看,渠线为直线圆弧联接形式。渠道附近基本为小山丘,下游相对平坦。地貌属于丘陵盆地地貌,山岭高程(100~151)m,河段两岸分部Ⅰ级阶地,地势较平坦,阶面高程(124.3~133.4)m,局部Ⅰ级阶地后缘可见残留的Ⅱ级阶地。根据《湖南省永州市五里牌水电站枢纽工程建设用地地质灾害危险性评估报告》地质勘测可知,上游部分基岩为泥质灰岩,下游部分为坚硬的灰岩,渠道上游地段地质条件相对较差。岩石物理力学性质指标见表1。

(1)以河道中心线为坐标原点,坡顶至右侧边界距离为10m,坡脚向下边界延伸一个坡高距离20m。

模型边界条件为下部固定,左右两侧水平约束,上部为自由边界;采用Mohr-Coulomb准则,初始应力场按自重应力场考虑。

根据国家标准《防洪标准》(GB50201-2014)和《五里牌电站初步设计报告》,五里牌电站设计洪水标准为50年一遇。五里牌电站引水渠作为电站的重要组成部分,则该引水渠的设计洪水标准亦为50一遇。根据《堤防工程设计规范》(GB50286-2013),该段引水渠的工程级别为2级,其相应的设计工况下抗滑稳定安全系数见下表2。

(2)模型侧面宽度取10m。

根据快速拉格朗日差分法计算,两种工况条件的抗滑稳定安全系数k=1.8~2.0≥1.35,说明该段引水渠边坡基本稳定,满足《堤防工程设计规范》(GB50286-2013)关于堤防抗滑稳定安全系数的要求;

从图2剖面图(Y=5m位置)x方向位移分布情况可知,在工况一河道正常水位情况下,正常水位125.85 m,渠道底高程118.67m,水深7.18m。边坡在水压力的挤压作用下有沿着X正方向运动的趋势,说明边坡在正常水位条件下部不存在沿坡滑动的可能。从图4剖面图(Y=5m位置)可知,在工况二河道水位骤降期,考虑极端情况,河道无水情况下,边坡存在潜在圆弧滑动面,滑动面位于高程131.67m处,最大贯穿圆弧滑动面为数值等于-0.002m等值线,即2mm,说明渠道有潜在边坡失稳的可能,但滑移量极小,潜在的危险也较小。从正常水位和无水情况对比来看,正常水位条件下比渠道无水情况下更趋于稳定。

高校创新创业教育应该将工匠精神融入人才培养方案,并在学科建设、专业发展、课程实施等方面加以落实。但是,多数高校创新创业教育的课程体系缺乏综合性、系统性和应用性,融汇工匠精神的创新创业类通识教育课程设置较少且针对性不强,存在创新创业教育课程体系与行业发展衔接不紧密、与其他多个学科交叉发展不同步的问题。

从图3剖面图(Y=5m位置)总位移分布情况可知,在工况一河道正常水位情况下,边坡的总位移量较小,且不存顺层滑动的等值线,进一步说明边坡处于稳定状态。从图5剖面图(Y=5m位置)可知,在工况二河道水位骤降期,考虑极端情况,河道无水情况下,边坡存在潜在圆弧滑动面,滑动面位于马道处,最大贯穿圆弧滑动面为数值等于0.004m等值线,即4mm,说明渠道有潜在边坡失稳的可能,但滑移量极小,潜在的危险也较小,而马道以上主要是边坡的自然沉降作用,最大沉降量为4mm。

图1为常见的六边形蜂窝夹芯胞元结构,其中h为直壁板的长度,t为斜壁板的厚度,l为斜壁板的长度,θ为蜂窝特征角。针对六边形蜂窝夹芯面内等效弹性参数的研究已广泛开展,以Gibson提出的胞元材料理论为基础,富明慧等[4]重新考虑了蜂窝壁板的伸缩变形对面内刚度的影响,对Gibson公式进行了修正,利用修正公式得到的双壁厚和等壁厚六边形蜂窝夹芯的面内等效弹性参数的计算式分别如式(1)和式(2)所示:

由此可以看出,引水渠现状基本稳定或处于临界稳定状态,不存在边坡失稳的重大安全隐患,且正常水位工况要比无水情况工况要更趋于稳定。从引水渠安全角度长远考虑,应加强引水渠的安全观测,以确保引水渠的长期安全正常使用。

  

图2 工况一河道正常水位情况下x方向位移量

  

图3 工况一河道正常水位情况下总位移量

  

图4 工况二河道无水位情况下x方向位移量

  

图5 工况二河道无水情况下总位移量

4 结语

通过对桩号K0+540段典型断面的稳定计算分析,采用类比分析方法可以得出:

桩号K0+000~K0+990段虽然下部岩性较弱,岩体较破碎,岩层走向与渠中心线近于平行,存在边坡不稳定隐患,但大部分较高边坡地段均进行了喷混凝土支护,部分顺层边坡地段采取Φ30锚杆加混凝土支护措施,所得抗滑稳定安全系数满足《堤防工程设计规范》(GB50286-2013)关于堤防抗滑稳定安全系数的要求,说明该段现状边坡处于稳定状态。但从渠道长期运行情况考虑,对部分未进行喷混凝土支护的易分化的泥灰岩边坡应进行喷护处理,并对该段边坡进行必要的定期观测。

11月13日,“伟大的变革——庆祝改革开放40周年大型展览”开幕当天,习近平总书记来到国家博物馆参观。一张张历史图片、一件件文献实物……吸引着他的目光。

参考文献

[1]张永兴.边坡工程学[M].北京:中国建筑工业出版社,2008.

[2]张玉浩,张立宏.边坡稳定性分析方法及其研究进展[J].广西水利水电,2005,(2):13-16.

[3]有限元强度折减法在边坡稳定性分析中的运用[J].山西建筑,2011,37(15):53-54.

[4]栾茂田,武亚军,年廷凯.强度折减有限元法中边坡失稳的塑性区判据及其应用[J].防灾减灾工程学报,2003,23(3):1-8.

[5]黄昌乾,丁恩保.边坡工程常用稳定性分析方法[J].水电站设计,1999,15(1):53-58.

[6]何怀光.引水式水电站下游减水河段生态环境流量及修复补救措施研究[D].长沙:长沙理工大学,2012.

 
熊厚庭
《湖南水利水电》 2018年第03期
《湖南水利水电》2018年第03期文献

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