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锦屏一级水电站泄洪洞出口覆盖层边坡开挖稳定性与处治技术

作　者: 袁小飞
导　师: 周德培
学　校: 西南交通大学
专　业: 岩土工程
关键词: 锦屏一级水电站覆盖层边坡点安全系数参数反演强度折减法稳定性分析处治措施数值模拟
分类号: TV551.4
类　型: 硕士论文
年　份: 2011年
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内容摘要

本文以锦屏一级水电站泄洪洞出口覆盖层边坡为研究对象,对其开挖稳定性进行三维数值分析,并提出相应的处治措施,并对开挖支护施工过程进行了数值模拟。主要内容如下：(1)广泛收集地质资料、图片、文献和相关研究报告,对泄洪洞出口边坡的工程地质条件进行了较为完整的描述,为别人借鉴本工程经验提供了地质资料依据,同时也为本工程后续分析计算提供支撑。(2)分析总结了几种岩土体参数获取方法的优缺点,分析了其在本工程碎石土参数运用的局限性,以及边坡三维空间效应显著,基于点安全系数法的基本理论和计算方法,对覆盖层碎石土抗剪强度参数进行三维反演分析,得到覆盖层岩土体的抗剪计算参数。(3)因为本工程边坡规模庞大,为节约计算时间,基于FLAC3D软件高度的开放性以及二分法和强度折减法的基本原理,根据本工程实际自编了强度折减法,并利用自编强度折减法对自然边坡和开挖后边坡进行稳定性安全系数计算,并结合边坡的受力、开挖后变形和速度矢量等对开挖后边坡进行综合稳定性分析,为边坡的工程设计提供了计算依据。(4)分析了当前边坡处治的几种常见工程措施,选择削方减重和预应力锚索加固两种方法对覆盖层边坡进行预加固。对预应力锚索框架的优点进行了概括总结,并对其在本工程中的适用性进行分析,为保证边坡的安全,最后选择将钢筋混凝土贴坡墙替代框架梁。(5)对预应力锚索贴坡墙的数值模拟方法进行了介绍,并对覆盖层边坡开挖支护施工过程进行模拟,对每一工况下的变形和速度矢量计算结果进行分析,由于支挡结构的设置,边坡主滑方向随着支挡结构的设置和边坡的开挖而有所改变；削方减重和预应力锚索贴坡墙的预加固措施使得开挖后的变形大大减小,且由直接开挖的大规模深层滑动破坏转变为范围较小的浅层滑动破坏,说明边坡采用削方减重和预应力锚索预加固措施效果显著。并利用自编强度折减法对其稳定性安全系数进行计算,为本工程科学合理地安排施工工序提供了强有力的支撑。

全文目录

摘要  6-7
Abstract  7-11
第1章绪论  11-23
  1.1 问题的提出  11-13
  1.2 边坡稳定性分析方法国内外研究现状  13-19
    1.2.1 定性分析方法  14-16
    1.2.2 定量分析方法  16-17
    1.2.3 非确定性分析方法  17-19
  1.3 边坡处治技术国内外研究现状  19-21
  1.4 本文研究的主要内容、目标与方法  21-23
第2章边坡工程地质条件  23-36
  2.1 坝址区工程概况  23-32
    2.1.1 自然地理及交通状况  23-24
    2.1.2 区域地质背景  24-32
  2.2 泄洪洞出口边坡工程地质条件  32-35
    2.2.1 地形地貌  32-33
    2.2.2 地层岩性  33-34
    2.2.3 水文地质条件  34-35
    2.2.4 地震条件  35
  2.3 本章小结  35-36
第3章点安全系数法与参数反演  36-54
  3.1 岩土参数获取方法  36-37
  3.2 参数反演方法的研究  37-40
    3.2.1 参数反演的极限平衡法  37-38
    3.2.2 参数反演的有限元法  38
    3.2.3 参数反演的智能方法  38-39
    3.2.4 存在的问题  39-40
  3.3 点安全系数法的基本理论  40-45
    3.3.1 计算思路与步骤  40-41
    3.3.2 滑面法向量和切向量  41-43
    3.3.3 滑面上的正应力和剪应力  43-44
    3.3.4 安全系数的定义  44-45
  3.4 覆盖层抗剪强度参数反演  45-52
    3.4.1 三维模型建立  45-49
    3.4.2 覆盖层抗剪强度参数反演  49-52
  3.5 本章小结  52-54
第4章边坡稳定性分析  54-67
  4.1 基于FLAC~(3D)自编强度折减法的实现  54-58
    4.1.1 FLAC简介  54-55
    4.1.2 强度折减法原理  55-57
    4.1.3 自编强度折减法的实现  57-58
  4.2 边坡设计安全系数的规范要求  58-59
  4.3 边坡开挖稳定性分析  59-66
    4.3.1 边坡开挖情况介绍  59-60
    4.3.2 观察剖面设置  60-61
    4.3.3 自然边坡稳定性分析  61-63
    4.3.4 边坡开挖稳定性分析  63-66
  4.4 本章小结  66-67
第5章边坡处治措施  67-75
  5.1 边坡处治基本原则  67-68
  5.2 边坡处治措施  68-74
    5.2.1 边坡预加固措施  68-73
    5.2.2 开挖边坡支挡措施  73
    5.2.3 开挖区自然边坡防护措施  73
    5.2.4 边坡防水排水措施  73-74
  5.3 本章小结  74-75
第6章边坡开挖支护数值模拟  75-98
  6.1 预应力锚索贴坡墙的模拟  75-79
    6.1.1 贴坡墙的模拟  75-76
    6.1.2 预应力锚索的模拟  76-78
    6.1.3 连接与接触面的设置  78-79
  6.2 计算结果与分析  79-96
    6.2.1 削方开挖计算结果与分析  79-81
    6.2.2 削方支护计算结果与分析  81-83
    6.2.3 第1级边坡开挖计算结果与分析  83-85
    6.2.4 第1级边坡支护计算结果与分析  85-87
    6.2.5 第2级边坡开挖计算结果与分析  87-89
    6.2.6 第2级边坡支护计算结果与分析  89-91
    6.2.7 第3级边坡开挖计算结果与分析  91-93
    6.2.8 第3级边坡支护计算结果与分析  93-96
  6.3 数值计算结果在工程实际的实施情况  96-97
  6.4 本章小结  97-98
结论  98-100
致谢  100-101
参考文献  101-105
攻读硕士学位期间参加的科研项目  105-106
附录  106-119

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