人工开挖高边坡支护结构加固作用数值模拟分析

为提升人工开挖高边坡的稳定性，以湖北武汉森林大道挖方高边坡为研究对象，利用强度折减法，通过数值模拟研究了未开挖、开挖未支护、抗滑桩支护和肋柱式预应力锚索+抗滑桩支护等4种工况下的边坡稳定性、变形特征及支护结构作用机理。结果表明：(1)边坡开挖后稳定系数大幅度下降，抗滑桩能有效阻止坡脚土体的变形，板肋式锚索对抗滑桩以上的土体加固效果较好，各工况的稳定性由大到小依次为未开挖边坡、肋柱式预应力锚索+抗滑桩支护边坡、抗滑桩支护边坡、未支护边坡；(2)抗滑桩主要受剪力作用，悬臂段剪力为负，嵌固段为正，最大值在一级坡坡脚附近，其弯矩基本为正值，最大值处距桩顶约13 m;(3)在肋柱受力方面，锚固点处剪力最大，近似于集中点荷载，弯矩大小接近0,锚固点中间段肋柱剪力由受压向受拉状态转换，在中点附近达到最大拉剪应力，弯矩则先为正值再变为负值。     

某水电站导流洞出口侧面边坡变形及防护措施

某水电站导流洞出口侧面边坡在开挖期间曾出现量值超过0.5 m的大范围持续变形。为分析并解决该问题,首先对变形监测资料进行分析,圈定变形范围,了解边坡变形过程及主要特征;综合采用工程地质分析、极限平衡分析、数值模拟等手段,研究边坡在不同阶段和不同条件下的稳定特征,重点分析不同类型支护措施对限制边坡变形、维护边坡稳定的作用机制及效果。结果表明:边坡开挖过程中,如不及时有效支护,表层第四系土层会发生滑移;现有支护手段能维持边坡在正常工况下的稳定,但边坡安全储备不够;现有支护措施里面,存在过量支护,部分已施工锚索及锚筋桩对提高边坡稳定性系数意义不大。建议通过在边坡后缘增加抗滑桩、对潜在滑移体进行固结灌浆、加强疏排地下水等措施,提高边坡整体稳定性。     

大岗山水电站左岸缆机平台边坡稳定分析

大岗山水电站坝区边坡具有高地应力、高地震烈度、卸荷风化强烈的显著特点。为确保缆机平台边坡安全,采用二维弹塑性有限元方法模拟左岸缆机平台PLIII-PLIII剖面边坡开挖施工过程,对开挖过程中的应力变形特征及稳定性进行计算分析,研究边坡在逐层开挖逐层支护过程中的应力变形演化规律、预应力锚索对边坡的加固支护效果以及对边坡稳定性的影响。计算结果表明,在预应力锚索的及时加固下,边坡均处于稳定状态。     

高陡边坡局部开挖支护对边坡稳定性影响分析

某大型水电站近坝库区一高陡边坡局部开挖有临时施工道路,为分析该施工道路开挖及附属支护对边坡稳定的影响,本文采用极限平衡理论,借助SLIDE边坡计算软件对该处边坡进行稳定性分析。通过对比该边坡布置有施工道路+锚索和未布置的情形,研究局部施工道路和锚索对该高陡边坡稳定性的影响。计算表明,局部的开挖和支护对该边坡的整体稳定性影响较小,但对工程扰动附近的潜在滑体有一定影响,锚索对局部滑体稳定有一定加强作用,但影响不太明显。     

岩质顺层破碎采石场开挖边坡稳定性分析

以宜昭B4取料场边坡为实例，选取边坡单级坡高、开挖坡度、支护方式等3个典型影响因素进行分析，利用ABAQUS建立边坡三维有限元模型，模拟了边坡开挖、支护施工过程，计算出各开挖支护方案下坡体的水平及竖向位移随开挖时步的变化情况，并结合强度折减法，将安全系数作为边坡稳定性评判标准。结果表明：同一边坡在工况相同时，支护方式对边坡稳定性影响最大，其次是边坡坡度，单级坡高影响最小。经优化后降低单级坡高（10m）、减缓边坡坡度（1∶1）、采用喷锚联合支护，此方案下边坡支护结构面上最大竖向位移为3.67mm，最大拉应力为0.73MPa，最大水平位移出现在边坡坡脚与平台上，为1mm；边坡开挖支护后的安全系数为1.46，大于规范中边坡稳定安全系数1.35。     

锚索应力增量法评价边坡稳定性

预应力锚索加固后，边坡岩体的力学性能得到改善，从而使其受力状态发生变化，此时如仍按一般边坡稳定性评价方法评价并不是很合理。因此，提出采用支护结构的受力特性来表征加固后边坡的稳定性，具体是指用预应力锚索在各工况下产生变形所引起的应力增量与允许应力增量的差值，将该差值与允许应力增量的比值来表示边坡的稳定性。某水电站左岸坝轴线边坡天然岸坡高、自然坡角大、片麻理陡倾岸外，与片麻理垂直的陡倾裂隙和平缓裂隙是控制边坡稳定性的主要因素，结合现场地质资料和监测数据，利用离散化有限元软件FINAL建立左岸边坡开挖变形分析模型。对比研究3种工况下不同预应力锚索加固设计方案的边坡稳定性，得出暴雨工况为最危险工况，然后分析了最危险工况下不同加固方案时的变形、位移及应力，所得结果与边坡稳定系数法得到的边坡稳定性状况一致。研究结果对该电站左岸坝轴线边坡后续加固有一定的参考作用。     

考虑倾斜侧滑面的高陡岩质边坡块体稳定性分析

边坡稳定影响因素中较少考虑侧滑面对稳定性的影响。针对东庄水利枢纽水垫塘右岸区段高陡岩质边坡为研究对象,考虑坡内块体倾斜侧滑面的影响,采用ＡＮＳＹＳ软件模拟施工开挖和支护,并选用强度折减法对规范规定的三种工况下边坡的变形情况进行分析和整体稳定性评价。结果表明:坡内的潜在滑动块体在不支护的条件下,地震工况的安全系数均满足要求,正常运用工况和泄洪雾雨工况的安全系数不满足要求。采用系统锚索加固后,三种工况下的块体安全系数均满足设计标准。     

百米级高陡顺向坡变形与稳定性研究

针对我国西南地区高陡顺向岩质边坡灾害频发而现有研究较少反映顺向坡在不同工况下的变 形和稳定性问题,以西南地区某高陡顺向岩质边坡为例,构建有限差分数值仿真模型,采用遍布节理本 构模型及强度折减法,系统研究了边坡在开挖、支护和降雨等工况下的边坡变形场、应力场、塑性区分布 特征及稳定性安全系数。研究结果表明:顺向坡开挖引起的卸荷回弹变形主要集中在边坡中下部且临 近开挖面附近;边坡总体上处于压应力状态,开挖后的边坡新增塑性区主要位于边坡开挖表层及坡脚部 位;边坡潜在的滑移路径有两部分组成,一部分沿着顺向层面滑移,另一部分在岩体内部发生剪切滑移, 边坡前缘剪出口大致位于坡脚以上 13ｍ;边坡在开挖、支护及降雨工况下的安全系数依次为 1．43、1．43 和 1．15,整体稳定性较好。     

长河坝水电站1~#初期导流洞进口高边坡稳定分析

文中对长河坝水电站1~#初期导流洞进口高边坡稳定进行了分析,分析采用ANSYS软件,运用三维非线性有限元法模拟了相关各岩层、断层的结构和性能,计算了全断面开挖未支护工况、开挖过程与支护工况、正常蓄水位工况和水位骤降工况下的应力状态,并通过初始地应力场计算、开挖作用下边坡变形应力计算、运行期水位骤降情况变形应力计算,综合评价了该边坡的整体稳定性,提出了合理的加固支护建议.     

猴子岩水电站料场高边坡施工期稳定性监测及分析

大型水电工程石料场边坡开挖稳定问题突出,采用单一的数值计算方法——安全度度量,难以准确确定边坡稳定性,而结合监测方法可真实反映边坡内部力学效应、检验设计的可靠度及加固处理效果。为揭示猴子岩水电站色龙沟料场高边坡施工期开挖稳定性,对边坡表面变形、多点位移、锚杆应力及锚索荷载等进行了有效的监测。结果表明,色龙沟料场边坡施工期稳定性良好,其监测分析成果可供类似工程借鉴和参考。     

开挖和隧洞掘进对洞脸边坡影响的有限元分析

水电站引水洞进口边坡一般都比较陡峻,该边坡的变形、稳定情况是引水隧洞乃至整个工程建设的关键问题。为了解边坡开挖、隧洞掘进对边坡的影响,采用有限元方法,利用单元生死技术全真模拟边坡开挖、隧洞掘进。根据分析结果进行了边坡支护设计,并采用强度折减法得到安全系数,通过分析该边坡变形、应力、屈服破坏情况,对其稳定性及支护措施的合理性进行评价。计算结果表明:边坡开挖使坡体产生一些竖直方向的回弹变形和水平向坡外的变形,并出现不同程度的张拉应力区域;深埋隧洞开挖仅对隧洞附近边坡影响较大;采取的支护形式能够有效的加固边坡,符合工程要求。     

锦屏水电站缆机平台高陡边坡开挖支护数值模拟

以锦屏水电站缆机平台高陡边坡为例,采用有限元法对其分级开挖支护过程进行数值模拟计算,分析不同的单级开挖高度、岩体强度参数和支护时间对高陡边坡变形和稳定性的影响。结果表明边坡的变形、安全系数受岩体强度参数影响较大;较好岩体条件下,单级开挖高度和支护时间对边坡的变形、安全系数影响很小,较差岩体条件下,单级开挖高度和支护时间对边坡的变形、安全系数影响显著,且单级开挖高度越大,支护的作用效果越明显。研究成果可为实际高陡岩石边坡工程开挖支护方案优化和施工提供参考。     

复杂岩质边坡预应力锚索优化设计

由于预应力锚索可以改善岩体的强度性质、提高岩体的整体性、减小岩体的变形,使岩体达到要求的稳定安全度,因此被广泛应用于复杂岩质边坡治理工程中.预应力锚索设计参数的选取,如锚索吨位、锚索长度、锚固角、锚索间距等直接影响着边坡加固技术的可靠性和经济上的合理性.采用刚体极限平衡法,给出了考虑预应力锚索时的安全系数公式;推导了在...     

某岩质高边坡稳定性分析及预应力锚索加固设计

某岩质公路边坡最大坡高63 m,针对该公路边坡开挖形成的裂缝问题,结合地质条件分析了边坡裂缝产生的原因。采用极限平衡法对边坡整体稳定和块体稳定进行了分析计算,并用二维有限元软件Phase2对边坡开挖过程进行了仿真分析,对边坡应力和变形规律进行了研究。在此基础上,确定了边坡加固方案和预应力锚索结构形式、参数及灌浆工艺。边坡裂缝经加固处理后,边坡各测点的变形值基本稳定,表明边坡加固设计方案合理,保证了边坡稳定。其经验可为相关边坡工程加固提供借鉴。     

某电站深孔泄洪洞进口边坡锚固优化分析

以大型岩土工程数值分析软件(ADINA)为研究手段,基于卸荷岩体力学的理论和方法,对某电站深孔泄洪洞进口边坡进行了开挖卸荷分析。基于此,重点分析不同加固角度对边坡的加固效果,同时也分析了不同锚固力作用下边坡的加固效果,结果表明加固角度为俯角20°时效果最优;锚固力越大,边坡变形越小。考虑到成本控制,采用2 000 kN的预应力锚索。再者,开挖边坡直立坡段处修建有弧形闸门用于泄水,故着重分析此处的加固方案,以保证闸门的正常运行,结果显示锚固力对加固效果有直接影响。研究成果对设计采用锚索加固的高陡边坡工程具有一定的借鉴作用。     

考虑预应力损失的锚索加固条件下边坡长期稳定性分析

实际工程中,岩土体存在的蠕变性质使得加固于边坡上的锚索其预应力随时间而发生损失,从而引发边坡长期稳定性问题。为了正确评估预应力锚索加固边坡的长期稳定性,基于滑动面底面应力假设,并融入锚索预应力损失模型,建立一种新的预应力锚索加固条件下边坡长期稳定性极限平衡计算方法,以此来求出预应力锚索加固条件下不同时期边坡安全系数大小,进而反映边坡稳定状况的动态变化。通过工程实例分析,验证了该方法的可行性,并证实了锚索预应力损失可使得边坡长期稳定性变差。同时,经锚索预应力损失对边坡长期稳定性影响的多参数研究,表明提高锚索的初始预应力值是改善边坡长期稳定性的一种可靠有效途径。     

某水电站古滑体边坡稳定性分析及监测治理

对某水电站扩建工程的古滑坡体,结合有限元法和 极限平衡法的各自优点,对其变形破坏机理及稳定性进行了综合研究。施工期的两次古滑坡 体局部变形失稳,验证了前期稳定性分析成果。另分别根据两次变形失稳的监测资料和变形 破坏机理,制定了压脚回填、加强排水等合理的治理方案,并在工程中得到了应用,确保了 施工期的坡体稳定。     

土质边坡开挖试验及其数值模拟研究

通过室内土质边坡开挖试验,研究了加载和开挖条件下边坡变形和应力变化规律,并通过数值模拟方法,探讨了边坡失稳的应力-应变机制,最后分析了开挖对坡体稳定系数的影响。结果表明:顶部载荷和坡底开挖均会降低边坡的稳定系数;初始条件下边坡的稳定系数为1.84,加载120 kg重物后减为1.332,开挖15cm后减为1.093,坡体处于失稳边缘状态;坡体应力在靠近荷载处变化最大,越远变化越小,开挖主要造成坡体竖向受力逐渐减小。     

立洲水电站调压井不同施工方案三维非线性有限元分析

就调压井而言,其施工期的围岩稳定、结构受力特性是设计中须深入研究的关键技术问题之一。以立洲水电站调压井工程为研究对象,应用三维非线性有限元法对其不同方案的开挖支护效应、应力变形规律、围岩稳定及衬砌结构内力分布等开展了较为深入系统的研究,揭示该工程调压井不同施工方案井壁围岩、边坡的应力变形、塑性区分布规律及其稳定性,提出了推荐施工方案、建议优化措施等。上述研究成果为该工程优化设计提供了重要的参考依据。