基于强度折减法的鲁基厂水电站厂区边坡稳定分析
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抗剪 强度 与 滑移 面上 的实 际剪力 的比值 ， 公式 表示 如 用
下 一 ：
ｆ
长为 ２． ｍ， 中 ７ ２ 位于 山体之 内，７２ ４４ 其 ．ｍ １． ｍ为地 面
式 。厂 区永 久 边坡 高 ７ ７ ．ｍ， 逆 向岩 质 高 边 坡 ， ０— ５６ 属 边 坡采 用 喷锚 支护 ， 面 布 置 有排 水 孔 ； 坡 坡脚 部 位 设 置 贴 坡挡 墙及 长 锚杆 以增 强边 坡稳 定性 。 电站尾 水 洞为 １ １ 布置 ， 机 洞 尾水 检 修 闸门前 洞段 为 有压 洞段 。尾水 检修 门后 尾 水 支 洞 汇 至 １ 尾水 主 条 洞 ， 尾水 排入 普渡 河 。 将 传 统边 坡稳 定分 析 采 用 的条 分 法 是 以极 限平 衡 理 论 为基 础导 出的 ， 些方 法 以边坡 达 到极 限状 态时 土体 这 强 度参 数 的降低 程度 来 评价 边坡 的稳 定性 ， 在计 算 时 并 采 用 了诸多 假 定 。而基 于有 限元 的强 度 折减 法 不 仅 可 以得到 坡体 内应力应 变 分布 ， 可考 虑岩 土体 材料 的非 还 线性 本 构关 系 ， 边 坡稳 定性 的变 化 同坡体 内材 料 的各 将 种 物理 量变 化联 系起 来 。近 年来 ， 应用 有 限计 算边 坡 的安 全 系数 来评 价其 稳 定 性 越来 越 受 到 研 究者 的关 注 。 本 文采 用弹 塑性 有 限元强 度折减 法 ， 依据 最大 剪应 变 和塑性 区 、 破坏 区 贯通 判 据 ， 对 云 南 省 鲁基 厂 电站 针 厂 区边坡 进 行稳定 分 析 ， 将计 算结 果 同极 限平衡 方法 并 进 行 了 比较 验证 。
１ 强度 折减 法基 本原 理
云南 省 鲁基 厂 水 电站 工 程 等 别 属 Ⅲ 等 ， 模 为 中 规
型。电站总装机容量为 ９ Ｍ 永久性 主要建筑物级别 ６ Ｗ，
为 ３级 ； 要建 筑 物级 别 为 ４级 ； 时性 水 工 建 筑 物 级 次 临 别 为 ５级 。地 震动 峰值 加 速 度 为 ０２ ｇ地 震 动 反 应谱 ．０ ，
上式 左边 等于 １ 表 明 当强 度 折 减 Ｆ 以后 ， 体 进 ， 坡 入临界 状 态 。采 用 强度折 减法 分析 边坡 稳定 性时 ， 一般
收稿 日期 ：０ １ ０ ０ ２ １ — ３— ４：
修 回 日期 ：０ １— ３—２ ２１ ０ ８
作者简介 ： 志浩（ ９０一） 男 ， 傅 １８ ， 博士 ， 主要从 事地下工程与水工结构的研究与设计工作 。
（ 中水珠 江规 划勘 测设 计 有 限公 司 ， 东 广 州 ５０ １ ） 广 １６０
摘 要： 采用弹塑性有 限元 强度折 减法对云 南省鲁基厂水 电站厂 区边坡 进行 了稳定分析 ， 并采用极 限平衡 方 法对计算结果
进行 了验证 。计 算结果表 明 ： 在参数取值 与计算模型一致的情 况下， 方法计 算所得 安全 系数基 本吻合 ， ２种 均能满足 现行规
果 分析 ， 增加 （ 减小 ） 或 折减 系 数 ， 到达 到 临 界状 态 为 直
止 ， 时折减 系 数 Ｆ 即为坡 体 的稳定 系 数 ， 时 的滑 移 此 此
特 征 周期 为 ０ ４ ｓ相应 的地震 基本 烈度 为 Ⅷ度 。 ．５ ，
引水 发 电系统 布 置 在 左岸 ， １洞 ３机 引水 方 式 ， 为
总额 定引 用流 量 为 １０ １ ｓ ４ ．ｍ ／ 。
根据 Ｄ ｎａ （９６ 指 出边坡 安 全系数 可 以定义 为 ｕｃｎ １９ ）
范的 要 求 ， 计 采 用 的 支护 方 案及 加 强措 施 能 保 证 边 坡 的安 全 稳 定 。 同 时 简要 地 介 绍 并 讨 论 了强 度 折 减 法 的 基 本 原 理 及 设
锚 固支护 计算方法 、 强度折减 法的收敛判据等相 关问题 。
关键词 ： 坡稳定 ； 限元 ； 边 有 强度 折 减 法 ； 值 分 析 数 中图 分 类 号 ： Ｖ ３ Ｔ ４２ 文 献 标 识 码 ： Ｂ 文 章 编 号 ：０ ８— １２ ２ １ ）５— ０ ３— ４ １０ ０ １ （ ０ １ ０ ０ １ ０
ｌ ・ ３
・
２１ ０ １年 ５月
第 ５期
傅志浩 ， ： 等 基于强度折减法的鲁基厂水电站厂区边坡稳定分析
Ｎ ． Ｍ ｙ２ １ ｏ５ ａ ．０ １
采 用解 的不 收敛 性作 为 破 坏 准 则 。首 先选 取 初 始 折 减
系数 ， 将岩土（ 强度参数进行折减 ， 体） 将折减后 的参数 作 为输 入 ， 行有 限元计 算 。若程 序在 用户 指定 的收 敛 进 准则下收敛 ， 则土体仍处于稳定状态。根据每次计算结
电站厂房采用窑洞式形式布置 ， 主机间全部位于山 体 内； 厂房 围岩主要为 Ⅲ类 ， 局部为Ⅳ类 ， 具备较好 的成
洞 条件 。安装 间位 于 主 机 间 右侧 ， 主机 间 同宽 ， 与 前缘
使边坡 刚好达到临界破 坏状态时 ， 对岩土 （ ） 体 的剪切 强度 进行 折减 的程 度 。即稳 定 系数 定 义 为沿 滑 动 面 的
第 ５期
２１ ０ １年 ５月
广 东 水 利 水 电
ＧＵＡＮＧ Ｄ０ＮＧ Ｗ Ａ ＥＲ ＲＥ ０ＵＲＣ ＮＤ ＨＹＤＲＯＰ Ｗ ＥＲ Ｔ Ｓ ＥＳ Ａ Ｏ
Ｎｏ． ５
Ｍａ ． ０ １ ｙ２ １
基于强度折减 法的鲁基厂水 电站厂 区边坡稳定分析
傅 志浩 ， 文周 ， 何 毕树根
ｆ ＋ｒｎ）ｌ （ ｔ ￣ｄ ｃ ｔｂ ａ
， ： ———。—一
Ｊｌ ， ｒ ｄ
０
将上 式两 边 同除 以 Ｆ， 式变 为 ： 上
Ｚ
‘Ｃ ＋ １＝ ——丁——一
６
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上 式 中 ： Ｃ； ＝ａｃａ （ ｃ ＝ ｒｆｎ
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式 。厂 区永 久 边坡 高 ７ ７ ．ｍ， 逆 向岩 质 高 边 坡 ， ０— ５６ 属 边 坡采 用 喷锚 支护 ， 面 布 置 有排 水 孔 ； 坡 坡脚 部 位 设 置 贴 坡挡 墙及 长 锚杆 以增 强边 坡稳 定性 。 电站尾 水 洞为 １ １ 布置 ， 机 洞 尾水 检 修 闸门前 洞段 为 有压 洞段 。尾水 检修 门后 尾 水 支 洞 汇 至 １ 尾水 主 条 洞 ， 尾水 排入 普渡 河 。 将 传 统边 坡稳 定分 析 采 用 的条 分 法 是 以极 限平 衡 理 论 为基 础导 出的 ， 些方 法 以边坡 达 到极 限状 态时 土体 这 强 度参 数 的降低 程度 来 评价 边坡 的稳 定性 ， 在计 算 时 并 采 用 了诸多 假 定 。而基 于有 限元 的强 度 折减 法 不 仅 可 以得到 坡体 内应力应 变 分布 ， 可考 虑岩 土体 材料 的非 还 线性 本 构关 系 ， 边 坡稳 定性 的变 化 同坡体 内材 料 的各 将 种 物理 量变 化联 系起 来 。近 年来 ， 应用 有 限计 算边 坡 的安 全 系数 来评 价其 稳 定 性 越来 越 受 到 研 究者 的关 注 。 本 文采 用弹 塑性 有 限元强 度折减 法 ， 依据 最大 剪应 变 和塑性 区 、 破坏 区 贯通 判 据 ， 对 云 南 省 鲁基 厂 电站 针 厂 区边坡 进 行稳定 分 析 ， 将计 算结 果 同极 限平衡 方法 并 进 行 了 比较 验证 。
１ 强度 折减 法基 本原 理
云南 省 鲁基 厂 水 电站 工 程 等 别 属 Ⅲ 等 ， 模 为 中 规
型。电站总装机容量为 ９ Ｍ 永久性 主要建筑物级别 ６ Ｗ，
为 ３级 ； 要建 筑 物级 别 为 ４级 ； 时性 水 工 建 筑 物 级 次 临 别 为 ５级 。地 震动 峰值 加 速 度 为 ０２ ｇ地 震 动 反 应谱 ．０ ，
上式 左边 等于 １ 表 明 当强 度 折 减 Ｆ 以后 ， 体 进 ， 坡 入临界 状 态 。采 用 强度折 减法 分析 边坡 稳定 性时 ， 一般
收稿 日期 ：０ １ ０ ０ ２ １ — ３— ４：
修 回 日期 ：０ １— ３—２ ２１ ０ ８
作者简介 ： 志浩（ ９０一） 男 ， 傅 １８ ， 博士 ， 主要从 事地下工程与水工结构的研究与设计工作 。
（ 中水珠 江规 划勘 测设 计 有 限公 司 ， 东 广 州 ５０ １ ） 广 １６０
摘 要： 采用弹塑性有 限元 强度折 减法对云 南省鲁基厂水 电站厂 区边坡 进行 了稳定分析 ， 并采用极 限平衡 方 法对计算结果
进行 了验证 。计 算结果表 明 ： 在参数取值 与计算模型一致的情 况下， 方法计 算所得 安全 系数基 本吻合 ， ２种 均能满足 现行规
果 分析 ， 增加 （ 减小 ） 或 折减 系 数 ， 到达 到 临 界状 态 为 直
止 ， 时折减 系 数 Ｆ 即为坡 体 的稳定 系 数 ， 时 的滑 移 此 此
特 征 周期 为 ０ ４ ｓ相应 的地震 基本 烈度 为 Ⅷ度 。 ．５ ，
引水 发 电系统 布 置 在 左岸 ， １洞 ３机 引水 方 式 ， 为
总额 定引 用流 量 为 １０ １ ｓ ４ ．ｍ ／ 。
根据 Ｄ ｎａ （９６ 指 出边坡 安 全系数 可 以定义 为 ｕｃｎ １９ ）
范的 要 求 ， 计 采 用 的 支护 方 案及 加 强措 施 能 保 证 边 坡 的安 全 稳 定 。 同 时 简要 地 介 绍 并 讨 论 了强 度 折 减 法 的 基 本 原 理 及 设
锚 固支护 计算方法 、 强度折减 法的收敛判据等相 关问题 。
关键词 ： 坡稳定 ； 限元 ； 边 有 强度 折 减 法 ； 值 分 析 数 中图 分 类 号 ： Ｖ ３ Ｔ ４２ 文 献 标 识 码 ： Ｂ 文 章 编 号 ：０ ８— １２ ２ １ ）５— ０ ３— ４ １０ ０ １ （ ０ １ ０ ０ １ ０
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２１ ０ １年 ５月
第 ５期
傅志浩 ， ： 等 基于强度折减法的鲁基厂水电站厂区边坡稳定分析
Ｎ ． Ｍ ｙ２ １ ｏ５ ａ ．０ １
采 用解 的不 收敛 性作 为 破 坏 准 则 。首 先选 取 初 始 折 减
系数 ， 将岩土（ 强度参数进行折减 ， 体） 将折减后 的参数 作 为输 入 ， 行有 限元计 算 。若程 序在 用户 指定 的收 敛 进 准则下收敛 ， 则土体仍处于稳定状态。根据每次计算结
电站厂房采用窑洞式形式布置 ， 主机间全部位于山 体 内； 厂房 围岩主要为 Ⅲ类 ， 局部为Ⅳ类 ， 具备较好 的成
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第 ５期
２１ ０ １年 ５月
广 东 水 利 水 电
ＧＵＡＮＧ Ｄ０ＮＧ Ｗ Ａ ＥＲ ＲＥ ０ＵＲＣ ＮＤ ＨＹＤＲＯＰ Ｗ ＥＲ Ｔ Ｓ ＥＳ Ａ Ｏ
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基于强度折减 法的鲁基厂水 电站厂 区边坡稳定分析
傅 志浩 ， 文周 ， 何 毕树根
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