边坡随机楔体的稳定分析和锚固风险设计方法.docVIP

PAGE 6 PAGE 7  边坡随机楔体的稳定分析与锚固风险设计方法 贾志欣1 汪小刚1 张发明2 （1 中国水利水电科学研究院; 2 河海大学土木工程学院） 摘要：本文针对岩质边坡中经常出现的随机楔体破坏形式，提出了应用概率与数理统计理论确定结构面分布规律、采用随机结构面网络模拟技术研究随机楔体的稳定性以及运用风险设计理论进行加固优化设计的系统分析方法。 关键词：随机楔体；结构面；网络模拟；加固 引言 在岩质边坡中，由结构面组成的楔形体破坏，是边坡破坏事例中最常见的一种破坏类型。根据结构面的组合形式及其发育规模，楔体破坏可分为定位楔体破坏和随机楔体破坏两种形式。对于由随机结构面(一般指IV、V级结构面)组合形成的“随机楔体”，由于结构面在边坡面上的出露位置具有不确定性，同时结构面的延伸范围具有不连续性等特点，其稳定性分析和加固方案的制定已成为目前工程设计中的一个重要难题。本文提出的随机楔体稳定性分析和加固设计优化方法，可为边坡工程的加固设计提供依据。 随机楔体的稳定分析方法 2.1随机楔体的组成方式和有哪些信誉好的足球投注网站方法 构成随机楔体的结构面在边坡面上具有不确定的出露位置，由这些结构面构成的楔体也相应的具有不同的组合形式和规模。因此，在随机楔体的稳定性分析中，必须首先根据工程区段结构面的发育和分布情况，研究和确定边坡岩体内可能滑动楔体的各种组合形式和规模，为稳定分析提供几何边界条件。在本次研究所提出的方法中采用了如下的步骤： （1） 根据现场岩体结构面几何参数的实测资料，应用概率数理统计理论，建立反映岩体结构面空间分布几何特征参数的概率统计模型。 （2） 应用岩体结构面三维网络模拟原理，在边坡岩体内生成三维的岩体结构面网络，并据此确定结构面在开挖面上的出露情况，如图1a。 3. 研究边坡面上各组结构面出露迹线的相互交切和组合情况，应用块体理论和随机有哪些信誉好的足球投注网站方法，找出边坡面上可能滑动的楔体，例如图1b所示。 图1 边坡面上的结构面网络及其楔体示例 图1b所示的楔体是工程中最常见也是最典型的一种形???，事实上由随机结构面组合形成的楔体可以有多种不同的形式。 一旦找到了某种组合形式的楔体，其稳定分析方法与常规定位楔体的分析基本一致，在此不作详述。所不同的是，由于随机结构面具有不连续性，其力学指标需根据上述有哪些信誉好的足球投注网站获得的楔体的规模来具体确定。此外，随机楔体的稳定分析是建立在结构面网络模拟基础上，必须进行大量的随机抽样，所得到的是基于抽样样本的统计结果。 2.2 组成楔体结构面强度指标的确定 构成随机楔体的结构面，其强度指标与随机楔体的规模是紧密相联的。当随机楔体的规模与结构面的尺度相当时，阻止楔体下滑的力主要由结构面本身的强度提供；但是随着楔体规模的增大，即超出结构面的延伸范围时，结构面之间的岩桥将提供阻滑力，增大楔体的稳定性。在工程实践中，小楔体一旦临空后易于掉落，而由不连续结构面组合形成的大楔体则不易坍滑，正是由于“岩桥”的作用。为了在随机楔体的稳定性分析中体现这一特点，引入节理岩体面连通率ks来反映节理和岩桥分别对抗剪强度的贡献。楔体侧滑面的强度指标按式（1）计算。 (1) 式中：C，f为楔体滑裂面的抗剪强度指标，Cr，fr为岩桥的抗剪强度指标，cj，fj为结构面抗剪强度指标，ks为结构面三维面连通率。有关三维连通率的确定方法另文发表。 边坡锚固的风险设计 在实际工程中，对不稳定的随机块体，一般都需要采取锚固技术进行加固。目前，在诸如长江三峡、黄河小浪底及漫湾水电站等一大批水利水电工程中普遍采用了高强预应力锚索加固技术。加固方案的合理性直接关系到工程的总体投资。本文运用风险设计理论建立了随机楔体加固设计的优化方法。 首先建立与影响锚杆布置的参数对应的投入与效益的功利函数[3]，一般而言，功利函数可表示为： (2) 式中：α1为锚杆加固费用；α2为楔体失稳造成的生命财产损失；α3为社会影响损失；α4为误工费用；α5为加固修复费用。对于边坡失稳造成的损失，不同的因素，其权重不同。因此给每一因素以不同的权值，并按可能的失效概率计算对应的损失费用。 根据收益最大的原则确定最佳的锚固工程量。 工程应用实例 4.1 工程概况 小湾水电站位于云南省凤庆县和南涧县境内的澜沧江中游。设计拦河大坝高292m，为双曲拱坝。电站设计地下厂房进水口位于大椿树沟右侧山坡，该边坡开挖后将在大椿树沟左右两侧形成高陡边坡。进水口边坡总高度达220 m，开挖高度160 m。进水口平台开挖后将在大椿树沟左右两侧形成高陡边坡。运用本文建立的方法，重点对正面开挖边坡的稳定性进行了分析，并提出了锚固方案。 4.2 结构面统计规律 根据大量野外勘探平硐及开挖露头上采用测线法与统计窗法实测得到的结构面几何参数资料，首先进行结构面