基于Hoek-Brown准则和Sarma法的海外水电工程边坡稳定性评价.pdf
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1、第 卷第 期年 月水利与建筑工程学报 ,:收稿日期:修稿日期:基金项目:陕西省创新能力支撑计划项目(;);陕西省科技统筹创新工程项目();国机集团青年科技基金重点项目(;);西安市英才计划青年项目()作者简介:柳(),男,高级工程师,主要从事岩土体稳定性及其工程环境效应方面的研究工作。:基于 准则和 法的海外水电工程边坡稳定性评价柳,夏玉云,门青波,王冉,刘云昌,杨晓鹏,(机械工业勘察设计研究院有限公司,陕西 西安 ;陕西省特殊岩土性质与处理重点实验室,陕西 西安 )摘要:在海外水利水电工程勘察中,由于中国规范与国外规范的差别,导致岩体力学参数的合理取值一直都是难点,难以得到业主及咨询方的认可
2、。文章以老挝南俄 水电站 坝段开挖边坡为例,利用基于 法的 强度准则岩体力学参数估计方法,结合开挖地质资料和室内岩石力学试验结果,估算边坡岩体力学参数,分析对比 法和中国规范经验取值的差异,综合提出边坡稳定计算力学参数值,并采用 法对坝基边坡的稳定性进行定量计算与分析。研究成果对类似海外水利水电工程地质勘察具有一定的指导意义。关键词:准则;法;边坡稳定性;法中图分类号:文献标识码:文章编号:(),(,;,):,:;近年来,随着“一带一路”建设的持续推进,中资企业在海外工程总承包发展迅猛,承揽多项大型水利水电、公路、铁路、港口码头等项目。其中大型的水利水电项目多位于贫困落后国家,经济与技术发展与
3、发达国家相比相对落后。针对建设过程中遇到的技术难题,当需要开展大型现场试验或复杂的室内试验时,因高精仪器设备匮乏或成本过高等因素限制往往难以实现 ;此外,海外大型水利水电工程多采用 合同或欧美合同,基于欧美规范,与中国规范相对应,在技术理念和设计方法等多方面差异性突出。由于中国规范大部分采用前苏联模式,海外普适性不足,按中国规范中依据经验获取的岩体力学参数往往难以得到欧美咨询公司的认可,导致中资企业在国外开展勘察设计时阻力重重。综合分析,在勘察设计过程中,寻找一种国内外广泛认可的方法对岩体力学参数进行合理取值,在国内外工程界,是一个突出的难题 。在这种情况下,寻找合适的替代方案尤为重要。目前,
4、国际上有多种岩体参数估算方法,其中采用基于 法 的 强 度 准 则 被 广 泛 应用 ,尤其适用于岩体开挖后,现场具备很好的量测条件时 ,采用基于 法的 强度准则确定岩体力学参数显得较为合适,根据此方法获取的参数国外咨询工程师认可度较高。本文通过介绍基于 法的 强度准则岩体参数估算方法及在坝基边坡实际应用,探讨中外规范差异性,采用 法对该边坡的稳定性进行计算分析,最后对该边坡的稳定性进行评估,在此基础上提出相应的支护措施。准则 强度准则(以下简称 准则)是用于预测岩体强度的经验公式,由 和 通过对大量室内和现场岩石力学试验成果和岩体结构特征进行分析整理于 年提出 。之后对该公式进行了拓展,提出
5、了广义 强度准则,公式为:()()式中:、分别为岩体破坏时的最大和最小主应力,;为岩块强度,可通过室内试验获得,;、属于经验参数;为常数,与岩体结构特征有相关关系。式()中含有 个独立参数、,下和扰动程度 相关联的参数为、,可分别通过式()式()计算确定:()()()()()()式中:为岩体的地质强度指标;为完整岩块的 强度参数,可通过查表获得;为岩体扰动系数 ,反映开挖方式对岩体的扰动程度,常见的 值取值见表 。表 值取值建议表岩体特征描述的建议取值小规模爆破造成岩体中等程度破坏 (爆破良好)应力释放对岩体产生扰动 (爆破效果差)大型生产爆破或者移去上覆岩体导致大型矿山边坡严重扰动 (生产爆
6、破)软岩地区用撬挖或机械方式开挖,边坡的破坏程度较低 (机械开挖)法 方法可以反映岩体强度特征,对均质岩体具有良好的适用性,随着经验积累,风化岩体和非均质岩体也可采用 法进行分析。当具备完整的钻孔统计数据时,强度准则中参数 可采用式()进行取值 。()式中:通过钻探统计资料获取;可采用岩体 分类法,评分标准见表 表 。表 不连续结构面特征评分不连续结构面特征评分不连续、闭合、岩面很粗糙、岩面没有风化 岩面稍粗糙,宽度 ,岩面具有轻微风化 岩面略微粗糙,宽度 ,岩面风化严重 面光滑,或软弱夹层厚度 ,宽度 ,连续 面光滑,或软弱夹层厚度 或张开度 ,连续表 不连续结构面特征评分准则不连续长度 评
7、分间距 无 评分粗糙程度非常粗糙粗糙微粗光滑擦痕面评分宽度及填充物 无岩屑 岩屑 泥质 泥质 评分风化程度未轻微中等严重全风化评分 强度准则中 的取值范围及描述如图 所示。水利与建筑工程学报第 卷图 取值范围图 基于 和 强度准则的岩体力学参数估计 年,和 考虑了岩体开挖过程的扰动参数 ,综合考虑爆破等挖掘方式对岩体的影响,给出了估算岩体变形模量的公式:()()式中:为完整岩石的变形模量,。当室内试验测量值 不可用时,和 推荐使用如下公式进行估算:()()等将 强度准则与 强度准则进行了等效转换 ,得出 准则下估计的等效内摩擦角和等效黏聚力,见下式:()()()()()(槡)()()()()(
8、)()()式中:为等效条件下最小主应力的上限值。工程应用 场地基本地质条件老挝南俄 水电站总库容为 ,电站装机容量为 。根据 水电枢纽工程等级划分及设计安全标准()的相关规定,枢纽工程等别为二等,工程规模属大()型。该工程最大坝高 ,坝长 。南俄 水电站大坝右岸坝肩永久边坡高 ,坝段位于大坝右岸上半部。坝段自坝顶高程 开始,顺开挖边坡(坡比 )至高程 平台,平台宽 ,长 。坝段开挖揭露坝基地层岩性主要为泥盆系下统()砂砾岩类夹少量泥质板岩、砂质板岩等,岩层层面产状 ,。坝基强风化岩体主要分布于 以上的 断层带上盘内,断层带内砾岩透镜体及泥质板岩条带亦多呈强风化状,岩体较破碎破碎,多呈现碎裂结构
9、,其中泥质板岩遇水易软化,工程性能较差;弱风化岩体则主要分布于 断层带下盘及 ,岩层多呈中厚层厚层状结构,该层岩体层厚较大,卸荷不明显。详见图 。图 大坝右岸 坝段开挖地质展示图坝址区 坝段坝基主要发育较大规模的 断层带,以及宽度多为 的级结构面第 期 柳,等:基于 准则和 法的海外水电工程边坡稳定性评价 等(集中发育于 高程,为 断层带的旁侧构造),其余以、级结构面为主,详见图 。断层 ,建基面揭露产状为 ,深部产状较陡,为 ,宽度约 ,由塑性挤入的泥质板岩条带、砾岩透镜体、构造角砾岩、碎粉岩、断层泥等组成,其中泥质板岩条带厚度一般 ,波状起伏,局部有分叉现象,带内塑性挤压现象较明显,多呈强
10、风化薄片状,遇水极易软化泥化,开挖后有崩解现象;构造角砾岩、碎粉岩和断层泥多较疏松、潮湿,呈破碎质、软化状态,总体胶结较差。开挖揭露该断层主要由 坝段坝基向下游侧展布,在 高程被 断层带终止(见图)。图 右岸 和 断层带构造出露情况 准则估算岩体力学参数根据式()式(),利用 强度准则可以估计出岩体的黏聚力 、内摩擦角 ,变形模量 。为方便工程应用,目前多采用 软件计算上述参数,如图 所示。图 软件界面()取值根据 坝段内所有开挖揭露面的地质编录工作,并分别对 断层上盘岩体()、断层下盘岩体()典型岩性泥质板岩、粉砂质板岩、砾岩、砂岩等,取岩块试样开展了点荷载试验,试验结果见表 。表 岩石单轴
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