基于Phase2的巖質邊坡穩定性分析

張 君 毅

(中國電建集團　華東勘測設計研究院有限公司，浙江 杭州　310014)

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基于Phase2的巖質邊坡穩定性分析

張 君 毅

(中國電建集團華東勘測設計研究院有限公司，浙江 杭州310014)

依托大型水電工程大崗山水電站，采用Phase2有限元軟件，建立了大崗山右岸邊坡二維數值模型，對右岸纜機平臺邊坡穩定性進行了模擬分析，研究成果對邊坡穩定性的評價提供了依據。

邊坡，數值模型，變形規律，穩定性

0　引言

隨著我國現代化建設事業的迅速發展，在各類工程的建設過程中不可避免的形成了大量的邊坡工程，特別是在水利水電設施中，巖質邊坡和高陡邊坡穩定性問題愈加凸顯。而高陡邊坡的穩定性對人員和財產的安全性，工程建設的可行性，建設投資的控制性以及運營的安全性都有著重大影響。因此邊坡穩定性問題特別是高陡邊坡的穩定性問題一直是巖土工程的一個重要研究內容。

大崗山右岸邊坡巖體處于高地應力場中，邊坡逐級開挖的過程給邊坡巖體初始地應力場帶來不小的干擾。這一結果首先可能對邊坡變形的穩定性帶來嚴重的影響，其次可能對工程的安全運行以及壩體的正常工作產生不利的影響。從而，對右岸邊坡的穩定性進行分析是保證壩肩高邊坡施工和運行期穩定的關鍵性問題。

1　工程概況

大崗山水電站是大渡近年建設的大型水利工程，其右岸邊坡岸坡陡峻，地質條件復雜，層間擠壓破碎帶、順坡卸荷裂隙及深部裂縫發育。從巖體結構分析，對邊坡穩定性起控制作用的結構面主要為斷層、巖脈和巖層破碎帶以及兩條深部裂隙帶等。本文采用有限元軟件Phase2建立了大崗山右岸邊坡的二維數值模型，并對其開挖過程中邊坡的變形規律進行了研究，基于研究結果，進一步對其邊坡的穩定性進行了客觀地評價。

2　模型建立及參數選取

2.1數值模型建立

大崗山右岸邊坡地質復雜，在建立模型時，為了分析研究右岸邊坡穩定性，選取右岸邊坡一剖面進行建模。數值模型網格選用最基本的三角形單元，包含5 438個單元，其中壩體單元5 072個，其余為開挖單元。模型網格對風化的界線，巖體質量分類的界線，以及斷層巖脈等進行了加密，對其進行精細的模擬和分析。對邊坡所處位置的地形地貌條件、河谷對稱性，以及邊坡的荷載方向等因素進行充分的考慮，二維數值模型在垂直河流方向、平行河流方向以及河流底部均采用法向支座約束。圖1分別給出了右岸邊坡開挖前與開挖后的模型圖。

2.2數值力學參數

工程邊坡巖體有限元計算力學參數的確定主要通過現場的地質調查，再對地層巖性、巖體質量分級和強度等進行了深入仔細研究，對控制邊坡穩定性的結構面及巖石力學參數作了如下選取，見表1。

表1　大崗山邊坡巖體有限元計算力學參數

巖體參數變模/GPa泊松比干密度/kN·m-3f'c'/MPaⅡ類20.00.25026.51.32.000Ⅲ1類8.50.27026.21.21.500Ⅲ2類6.00.30026.21.01.000Ⅳ類2.00.35025.80.80.700Ⅴ類0.300.37524.50.5430.175

3　數值模擬分析

為了分析纜機平臺右岸邊坡在開挖過程中的變形規律，沿邊坡從上至下總共選取了9個關鍵點，邊坡在開挖過程中每個關鍵點的水平和豎直位移隨開挖的變化曲線和開挖后的位移云圖分別如圖2和圖3所示。

由模擬結果可知，一方面隨著邊坡開挖的逐級進行，由其造成的回彈變形規模逐漸增大；另一方面邊坡的逐級開挖對邊坡變形的影響由遠到近逐步加強。分析邊坡開挖過程中每一級的變形增量可知，右岸纜機平臺右岸邊坡在下挖過程中，各開挖步產生的最大水平變形增量從1.0 mm增大到12.2 mm，且各開挖步產生的水平變形增量均指向臨空面方向。若不及時進行支護，邊坡在以后的開挖過程中可能會形成以卸荷裂隙為底滑面的整體失穩。

4　結語

本文采用有限元軟件Phase2建立了大崗山右岸邊坡二維數值模型，并對其開挖過程中的變形進行了分析。其根本的原理是先將開挖邊坡體離散為有限個用節點連接的單元體，然后在單元節點上施加荷載和設置約束條件，最后對開挖過程模擬進行邊坡的求解，得出單元中的變形隨開挖的變化曲線和位移云圖。通過對變形隨開挖的變化過程進行分析，判斷邊坡在開挖過程中穩定性，來為邊坡穩定性評價和開挖方式的選擇提供依據。

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[3]歐湘萍,白楷,朱云升,等.基于FLAC3D的強度折減法邊坡穩定性分析[J].武漢理工大學學報,2009,31(9):31-32.

[4]張劍.基于ANSYS的露天礦坑巖質高邊坡穩定分析[J].山西建筑,2016,42(6):72-73.

The stability analysis of rock slope based on Phase2

Zhang Junyi

(PowerChinaHuadongEngineeringCorporationLtd.,Hangzhou310014,China)

Based on Dagangshan Hydropower Station of large hydropower engineering, using Phase2 finite element software, this paper established the Dagangshan right bank slope two-dimensional numerical simulation, simulated and analyzed the slope stability of right bank cable machine platform, the research results provided basis for slope stability evaluation.

slope, numerical model, deformation law, stability

1009-6825(2016)23-0074-02

2016-06-09

張君毅(1985- )，男，工程師

TU413.62

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