水库石料场终采边坡方案研究.pdf
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1、设计施工水利规划与设计 年第 期:/水库石料场终采边坡方案研究韩新捷 孙志翔 徐梦佳 俞正浩(浙江省水利水电勘测设计院有限责任公司 浙江 杭州)摘要:文章以嵊州市某拟建水利枢纽工程的石料场开挖为例 考虑坡比、马道高差、马道宽度等因素影响 研究开挖边坡稳定系数和有用层开采量的关系 并利用正交试验对各变量进行敏感性分析 寻找边坡稳定条件下石料场边坡开采的最优方案关键词:料场边坡 储量计算 边坡稳定性中图分类号:文献标识码:文章编号:()收稿日期:作者简介:韩新捷(年)男 工程师:针对水电、水利工程料场高边坡具有高度大、坡度陡、卸荷速度快等特点 赵建军提出了边坡稳定性动态评价 指导支护设计的方法 张
2、显书利用数值仿真 对不同开挖角的高边坡稳定性和变形进行计算 综合技术经济比较 确定了边坡结构处理的最优方案 陈星通过三维数值模拟对 种开挖方案的位移、应力、塑性区、安全系数、开挖方量、开采难易程度进行综合比较分析 为选择最优方案提供了思路本文通过嵊州市某拟建水利枢纽工程的料场边坡 模拟研究不同坡比、马道宽度、马道级差对料场有用层开采量和边坡安全系数的影响 探求既定开挖顶底高程条件下 料场的最优开采方案 综合考虑边坡稳定和经济性 精确计算有用层开采量 选择最优开挖方案 对实际工程施工具有一定的指导意义 开采方案设计 工程概况绍兴地区主要山脉为会稽山 其主要地层岩性为白垩系下统的火山碎屑 为地区的
3、工程建设提供了良好的天然石料场 在水库区内经比选确定的料场岩性稳定 地质构造不发育 地质条件较简单天然建材开挖主要受征地红线限制 如何在既定范围内一方面保证边坡稳定 减少支护投入 同时尽可能增加有用层开挖量 保证天然建材供应 增加有效库容 成为石料场开挖方案设计的主要考虑方向嵊州市某拟建水利枢纽工程的 料场位于规划堆石坝上游右岸 计划开采石料 万 石料场在大坝填筑期同步开挖 一方面提供堆石坝所需填筑料和混凝土骨料 另一方面可增大拟建水库库容 水库建设完成后将形成终采边坡 料场现状地形如图 所示图 料场平面图根据地质勘察成果 料场边坡坡表为第四系全新统残坡积()含碎石粉质粘土 厚度 不等 基岩为
4、白垩系下统西山头组上段()熔结凝灰岩 强风化带厚 弱风化带厚 其下为微风化至新鲜 绘制 地质剖面图如图 所示 方案设计根据 水利水电工程边坡设计规范可确定 料场边坡级别为 级 对应的抗滑稳 年第 期水利规划与设计设计施工图 料场工程地质剖面图定安全系数为 该石料场初步考虑开挖至高程 河床高程约 开挖后将形成高差约 的终采边坡根据规范 结合工程实际 弱 微风化岩质边坡坡比可达到 设置马道宽度不宜小于 马道高差不宜大于 根据以上情况 设计不同的料场边坡开挖方案考虑边坡坡比、马道高差和马道宽度 个因素 每个因 素 个 水 平 设 计 坡 比 依 次 为 、单级马道宽度依次为、各级马道高差依次为、种因
5、素组合共计形成 个开挖方案不同开挖路径对应不同的终采边坡坡面形态同样的地质条件下 边坡稳定系数应符合坡比越小、安全系数越大这一规律 但是随着坡比变小 终采边坡形态变缓 有用层开采量随之减小 两者存在矛盾统一的关系 因此 安全系数满足要求条件下实现有用层开采量最大化的方案 即为料场边坡开采的最优方案 边坡典型开挖方案如图 所示图示方案 为最陡开采方案 方案 为最缓开采方案 根据方案设计 和 之间存在其余 组开采方案 不难发现 安全系数()和有用层开采量()保持着如下关系:为所有方案的最小值 为所有方案的最大值 为所有方案的最大值 为所有方案的最小值其中存在着同时满足边坡安全系数和有用层开采量 且
6、能实现效益最大化的方案 即为该料场边坡开采的最优方案 方案分析 原始边坡的稳定性计算利用极限平衡法计算 料场边坡现阶段的稳定图 典型开挖方案示意图性情况 根据熔结凝灰岩的抗剪强度参数(见表)分别计算发生整体破坏和局部破坏的安全系数 计算结果如图 表 岩体物理力学参数天然密度/(/)单轴抗压强度饱和/干燥/破坏荷载/抗剪强度内摩擦角/()粘聚力/泊松比 根据现状边坡的稳定性计算结果可知 边坡整体破坏的安全系数为 局部破坏的安全系数为 该边坡现状处于稳定状态 不同开采方案边坡稳定性计算料场边坡开挖顶高程 底高程 选取同一典型剖面 对不同开采方案分别计算终采边坡安全系数 部分方案安全系数计算结果如图
7、 所示 不同开采方案边坡有用层开采量计算建立 料场的三维地质模型 利用河床做为开设计施工水利规划与设计 年第 期图 现状边坡整体破坏稳定性计算图 现状边坡局部破坏稳定性计算图 不同方案的稳定性计算结果(部分)挖基底 后缘先建立垂直面 顶高程为 坡表残坡积层和强风化岩为剥离层 平均厚度约 建立的三维地质模型如图 所示通过计算分析可知:垂直开挖条件下 剥离层方量为 万 有用层开采量为 万 此时的剥采比最小 为 在不同开采方案下 无用层开挖量几乎不变 有用层开采量发生变化 剥采比也随之改变 计算结果及分析通过对 个不同开采方案的模拟计算 其安全系数和有用层开采量计算结果见表 根据工程建设需求 开采方
8、案需同时满足终采边坡安全系数不小于 有用层开采量不小于 万 据此绘制不同方案的安全系数和有用层开采量折线图(如图 所示)可知同时满足安全系数和有用层开采量两个条件的方案共有方案、方案、方案、方案、方案、方案、方案、方案、方案、方案 共计 组方案其中方案(坡比 、马道高差、马图 料场边坡三维地质模型 年第 期水利规划与设计设计施工表 不同方案开采方量与边坡稳定性计算结果方案编号坡比马道高差/马道宽度/有用层开采量/万 安全系数方案编号坡比马道高差/马道宽度/有用层开采量/万 安全系数 道宽度 )的安全系数最小 为 其对应的有用层开采量为 万 方案 (坡比、马道高差、马道宽度 )的安全系数最大 为
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