重力擋墻抗滑抗傾穩定性分析畢業論文-文庫吧

【正文】 “方案優化、經濟合理、技術可行、不留后患”作為滑坡防治的總體方針,要做到具體問題具體分析,只有這樣才能最大程度地減少經濟損失和人員傷亡。相當一部分混合壩的壩基存在軟弱結構面，其深層抗滑穩定問題受到普遍關注。三峽工程混合壩的左岸廠房壩段深層抗滑穩定曾經是該工程的重大的技術問題之一，在壩體設計和壩基穩定方面開展過一系列的分析論證工作。其它的工程，如大化、安康、葛洲壩、天生橋二級、銅街子、雙牌、百色等，也都進行了深層抗滑穩定分析研究，分別采取了相應的壩基加固處理措施。滑坡是山區主要的地質災害之一。它是在重力作用下, 斜坡天然平衡受到破壞產生自然卸荷, 達到新的平衡的過程。其滑動時產生的巨大推移力, 對氣田地面建設諸如管道、站場、井場等會構成很大的危害和破壞。滑坡,是在一定的地形、地質條件下的邊坡,由于外界因素的變化(如坡面植被破壞、長期受水浸潤、切坡或堆載等) ,破壞了原有的力學平衡條件,使邊坡上的不穩定體在自重或其他荷載的共同作用下,沿著一定的相對軟弱面(帶) 作整體的、緩慢的、間歇性的有時甚至是突發性的向下滑動的不良地質現象。常見觸發滑坡的因素有:邊坡開挖,堤防快速填筑,地震作用,水庫水位驟降,暴雨作用,河流沖刷等。通過對國內外的研究發展表明，對于水壩的滑坡進行穩定分析，對于已成土壩,在管理運用中,注意做好經營性的養護工作,防止或減輕外界因素對壩坡穩定的影響。對土壩穩定有懷疑時,應進行穩定校核。如發現土壩在高水位或其他不利情況(如地震等)下有可能滑坡時,則應及時采取預防措施。一般可采取在壩腳壓重或放緩邊坡,或采取防滲、導滲措施以降低浸潤線和壩基滲透壓力。在特殊情況下,可采取有針對性的專門措施,或將土壩局部翻修改建。是對水壩的安全使用的重要因素。因此為了避免翻建改建就必須對混合壩工程進行穩定分析 ，以完善向家壩工程混合壩深層抗滑穩定設計工作，進一步論證和優化壩基的穩定加固處理措施，而達到提高設計質量、節省工程量、縮短工期、提高安全度的要求，研究成果直接為工程設計和施工提供技術支持，同時為后續類似工程的混合壩壩基穩定和處理措施的設計和研究提供參考，進一步豐富混合壩深層抗滑穩定和處理措施的設計經驗。因此，開展研究抗滑穩定分析工作具有重要的實踐價值和學術意義，具有很高的的經濟效益和社會效益。江蘇宜興抽水蓄能電站位于宜興市西南郊約10km的銅官山區，是一座日調節純抽水蓄能電站，裝機容量1000MW，電站由上水庫、下水庫、輸水系統、地下廠房、地面開關站等建筑物組成。上水庫位于銅官山主峰北側的溝谷內，由主壩、副壩和庫周山嶺圍成。，可研階段推薦的上庫主壩為瀝青混凝土面板堆石壩方案，下游壩坡腳至壩頂最大高差達285m，國內外還缺少在如此長斜坡上建壩的經驗，為此需對上庫主壩采用鋼筋混凝土面板混合壩方案進行分析比較。鋼筋混凝土混合壩方案采用全庫防滲，庫盆和壩體上游護面均為鋼筋混凝土面板。庫岸開挖邊坡1:（花崗斑巖巖脈處為1:）。，壩頂寬8m，，上游壩坡1:，鋼筋混凝土面板厚40cm。下游壩坡馬道之間1:，下游綜合壩坡1:，下游傾斜建基面開挖成臺階狀。壩體堆石料分為墊層、過渡層、主堆石區、次堆石區和基礎面過渡區。，采用外購灰巖料；，采用砂巖夾泥巖料；主、次堆石區均采用砂巖夾泥巖料；過渡區厚4m，采用外購灰巖料。在壩軸線下游132m處，即可研階段地質“擋墻Ⅰ線”附近，布置混凝土重力擋墻（，混合壩布置圖）。，墻頂寬4m，墻頂長369m，上游面坡度1:~1:，下游面坡度1:，擋墻平均高度24m。擋墻基礎座落在弱風化砂巖上，為了保證擋墻基礎的穩定，墻后基巖留有不小于10m的平臺。為了減少地下水及坡面雨水侵入對擋墻穩定的影響，在擋墻基礎及墻身不同高程布置了排水孔，同時沿擋墻軸線在兩溝谷處分別布置了大斷面排水涵洞。為降低地下水位，擬在下游壩坡覆蓋的山體范圍內，分別在不同高程布置五排排水平洞，平洞內向上鉆排水孔，孔深35~40m。 混合壩布置圖混合壩下游重力式擋墻承受著由上游堆石體形成的土壓力，比普通的擋墻高，且建在傾斜的堆石和基巖結合面上，擋墻在此土壓力作用下其本身的穩定性和基礎的穩定性都需要進行深入的分析研究。另外，本工程的特點是重力式擋墻后的填土中可能的滑裂面是土和基巖的接觸面，因此，不能完全套用庫倫理論, 需要在近代土壓力理論和修建高擋土墻實踐經驗的指導下，對混合壩方案的土壓力問題做專題研究，為高擋墻的結構設計和抗滑穩定分析提供基礎數據。研究區位于銅官山主峰北側溝源坳地中，溝底高程420~440m，主沖溝呈東西向展布于北側，主壩擬建于東側，沿壩軸線地形起伏呈“W”形。混合壩壩軸線位于瀝青混凝土面板堆石壩軸線上游12m處，混凝土擋墻位于壩軸線下游132m左右。擋墻部位地形起伏、陡峻，軸線方向溝梁相間，呈不對稱的“W”形，從左至右依次有①、③、④、②、⑤等沖溝，沖溝走向與壩軸線近正交。其中，近左岸坡的①號沖溝寬緩，溝底高程352m，縱坡度20~25176。，左岸坡30~35176。，右岸坡40176。；①與③沖溝之間為凸起的山梁，軸線處山脊高程約390m，寬60多米，岸坡陡峻，坡向與軸線平行，坡角40~45176。；③、④沖溝系花崗斑巖脈風化所成，溝窄坡緩，其間山梁窄小；④、②沖溝于擋墻軸線偏下游處交匯，軸線處寬40多米，縱坡度35176。，左、右岸坡45~50176。，局部達60176。；擋墻右岸（370m高程以上）坡度為30~35176。研究區出露地層主要為泥盆系中下統茅山組上段（D12ms3）和泥盆系上統五通組下段（D3w1）的碎屑巖，局部見燕山晚期侵入的花崗斑巖脈，上覆厚度不大的第四系殘坡積層。研究區內茅山組上段（D12ms3）主要為中厚層巖屑石英砂巖夾薄層粉砂質泥巖或泥質粉砂巖。五通組下段（D3w1）主要為中厚層石英巖狀砂巖夾薄層粉砂質泥巖或泥質粉砂巖，前者致密堅硬，后者具泥質結構，巖質軟弱。研究區內的第四系殘坡積層（Q4edl）由壤土夾碎石、塊石等組成，松散堆積，~，局部較厚。局部發育的燕山晚期花崗斑巖脈呈北西西向脈狀產出，巖體抗風化能力差，地表多為全風化狀態。混凝土擋墻部位覆蓋層大多淺薄，一般小于1m，沖溝部位有3~8m厚。基巖以茅山組巖屑石英砂巖夾泥質粉砂巖為主，五通組石英巖狀砂巖主要分布于①、③沖溝之間的山梁處，巖層緩傾左岸偏下游，呈弱風化狀。軟弱巖層較為發育，主要有st1st1stst2st24，延伸較長，并以泥質粉砂巖與粉砂質泥巖互層出露，~，~，上下層面見巖屑夾泥型軟弱夾層。~%。~%，~，~%，單孔累計厚度一般為5~32cm。花崗斑巖脈在擋墻軸線上寬達20多米。研究區斷裂構造發育（），斷層以NWW~EW向陡傾角為主，其次為NW和NNE~SN向，規模較大的有30余條，一般寬1~2m，其中F4寬達3~5m，斷層帶內普遍發育碎裂巖、斷層角礫巖、糜棱巖及斷層泥。斷層以正斷層為主，錯距由數米至上百米。擋墻部位斷裂構造從左至右有F2FFF1F1F2等，呈NW~NWW向橫切擋墻基礎。擋墻軸線下部發育F25斷層。除斷層外，研究區節理極為發育，陡傾角節理以NW~NWW向為主，其次為NE和近SN向，節理面較平整。此外，緩傾角節理也較發育，主要為層面節理，節理面平整，延伸較長。混凝土擋墻部位節理裂隙主要有5組，分別為：1. 走向N45~70176。W，傾向NE20~45176。，傾角10~15176。；2. 走向N55~65176。W，傾向NE25~35176。，傾角65~75176。；3. 走向N55~70176。E，傾向NW325~340176。，傾角60~75176。；4. 走向N50~70176。E，傾向SE140~160176。，傾角70~80176。；5. 走向N50~60176。W，傾向SW210~220176。，傾角30~40176。上述5組裂隙中，以2組裂隙最為發育，4組次之，5組最少。混凝土擋墻部位卸荷裂隙不發育，僅在ZK83孔附近見一條張開寬1~2cm、深4~5m、延伸長5~6m的淺層卸荷裂隙。研究區地下水以基巖裂隙水為主，接受大氣降水補給，向四周溝谷滲流排泄。擋墻部位由于地形陡峻，斷層、巖脈發育，基巖總體較破碎，致使其地下水位及相對隔水層普遍深埋。~，~。基巖巖體以弱~微透水性為主，透水性中等以上巖體分布在近地表風化破碎孔段，%，一般在孔深18m以內，（ZK79）。邊坡穩定、土壓力和地基承載力是土力學的三個經典問題。很多學者認為這三個領域的分析方法屬于同一理論體系，即極限平衡分析和極限方法。作用于支擋結構上的土壓力問題實際上是一個具有垂直表面并且在此表面作用有側向外荷的邊坡穩定問題。鄧肯回顧了太沙基在1928年修建的高48m的重力式擋墻時所作的大量試驗和理論分析工作，指出太沙基當年獲得擋土墻土壓力的以下認識在以后的年代被遺忘了，有必要給予重視，并在實際中廣泛地應用。(1) 所在巖基上的重力式擋土墻的主動土壓力遠小于靜止土壓力。否則就不能解釋為什么這些重力擋土墻能夠在這么長的時間內一直正常工作（如按靜止土壓力設計，這些擋土墻的抗滑安全系數小于1）。(2) 土壓力的作用點不在下三分點。(3) 為了考慮應力重分配和蠕變的影響，176。和20176。降為38176。和10176。，作為一種校核工況。傳統的庫倫主動土壓力理論假定墻后土體一部分沿一個直線滑裂面滑動。通過分析由墻土結合面、滑裂面和土體表面構成的三角形的土體的力的平衡，計算土體作用在墻上的主動土壓力P。不斷變動直線滑裂面的位置，找得使P獲得極大的臨界滑裂面。這一極大值就是按庫倫土壓力理論獲得的主動土壓力。壩體堆石有整體沿與基巖接觸面滑動的可能性，并可在擋墻后形成較大的主動土壓力，同時可見，一些斷面上堆石壩整體處于穩定狀態，在擋墻后不能形成主動土壓力或僅能形成較小的土壓力，此時，堆石壩在擋墻后形成的主動土壓力則以庫侖主動土壓力為主，因此在擋墻抗滑穩定分析中，取通用條分法和庫侖理論兩種計算方法所得主動土壓力值中的較大者，以使計算結果偏于安全。考慮到建基面簡化和各種材料C值均設為0等安全儲備條件，選擇最大墻后土壓力時，選擇堆石與基巖接觸面摩擦角為29176。時對應的主動土壓力計算結果進行穩定計算。在壩體堆石的作用下重力擋墻沿建基面的抗滑穩定分析，采用以下兩種方法進行，(1) 設定擋墻與基巖接觸面之間的抗剪強度值采用純摩指標，計算在墻后土壓力的作用下擋墻的抗滑穩定性，其安全標準控制在Kc≥；(2) 設定擋墻與基巖接觸面之間的抗剪強度值采用抗剪斷指標，計算在墻后土壓力的作用下擋墻的抗滑穩定性，其安全標準控制在Kc≥。2近代土壓力理論回顧朗肯土壓力理論是英國學者朗肯（Rankin）1857年根據均質的半無限土體的應力狀態和土處于極限平衡狀態的應力條件提出的。在其理論推導中,首先作出以下基本定。(1)擋土墻是剛性的墻背垂直；(2)擋土墻的墻后填土表面水平；(3)擋土墻的墻背光滑，不考慮墻背與填土之間的摩擦力。把土體當作半無限空間的彈性體，而墻背可假想為半無限土體內部的鉛直平面，根據土體處于極限平衡狀態的條件，求出擋土墻上的土壓力。 半無限土體的極限平衡狀態 （注意字體格式）（a）半無限土體內的微單元體； （b）用莫爾圓表示主動和被動朗肯狀態（c）半無限土體的主動朗肯狀態；（d）半無限土體的被動朗肯狀態朗肯認為，當擋土墻墻背背立，光滑，墻后填土表面水平并無限延伸時，作用在擋土墻墻背上的土壓力相當于半無限土體中當土體達到上述極限平衡狀態時的應力情況。這樣就可以利用極限平衡狀態時的最大和最小主動土壓力的相互關系來計算作用在擋土墻上的主動土壓力或被動土壓力。下面分別給與介紹。根據主動土壓力的概念與朗肯土壓力理論的基本原理，相當于已知墻背上任意深度Z處的豎向應力sz是大主應力s1，來求解達到極限平衡時的水平應力sx = s3，就是主動土壓力強度。根據極限平衡方程 () 可得： （）式中Ka—朗肯主動土壓力系數，Ka=tan2 (45176。j/2)； C—填土的粘聚力，kPa； —填土的內摩擦角，度。對于墻后土體重度為γ的均質填土情況，此時墻背處任一點的豎向應力sz =gz，代入式（）得： ()當填土為無粘性土（C=0）時，主動土壓力強度與深度Z成正比，沿墻高呈三角形分布，如圖（b）所示。主動土壓力合力大小為土壓力（強度）分布圖形的面積，即 ()Ea方向水平指向墻背，作用點距墻底為H/3。（a） 主動土壓力的作用（b）無粘性土（c）粘性土若填土為粘性土和粉土（C＞0），當 Z=0（墻頂處）時， ＜0，即出現拉應力區；Z=H 時， a點離填土面的深度Z0常稱為臨界深度，可令式（）為零求得Z0值，即 ()因此粘性土和粉土的土壓力分布僅為abc部分，（c）所示，其主動土壓力合力大小為abc部分的面積，即 () Ea方向水平指向墻背，作用點距墻底為(HZ0)/3。根據極限平衡方程s1 = s3tan2(45176。 + j/2) + 2ctan(45176。 + j/2)可得： ()式中—朗肯被動土壓力系數， 均質無粘性土的被動土壓力當填土為均質無粘性土（C=0）時，墻背處任一點的豎向應力sz=gz，被動土壓力強度與深度成Z正比，沿墻高呈三角形分布，（b）所示。被動土壓力合力大小為土壓力（強度）分布圖形的面積，即