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新疆某工程高边坡建筑稳定性分析及支护研究

时间:2018-04-26 18:32来源:www.e-lunwen.com 作者:lgg 点击:
本文是一篇建筑工程论文,建筑工程,指通过对各类房屋建筑及其附属设施的建造和与其配套的线路、管道、设备的安装活动所形成的工程实体。
本文是一篇建筑工程论文,建筑工程,指通过对各类房屋建筑及其附属设施的建造和与其配套的线路、管道、设备的安装活动所形成的工程实体。其中“房屋建筑”指有顶盖、梁柱、墙壁、基础以及能够形成内部空间,满足人们生产、居住、学习、公共活动需要的工程。(以上内容来自百度百科)今天为大家推荐一篇建筑工程论文,供大家参考。
 
第 1 章 绪论
 
1.1 选题背景及意义
随着国民经济的发展,人们的生活和生产活动与边坡密切相关。随着城市建设和改造的发展,人类经济活动规模也随着迅速扩大。在人类不断向大自然索取的过程中,生态环境被严重破坏,很多边坡由此出现失稳现象,大大提高了发生滑坡、崩塌、泥石流等灾害的可能性。边坡失稳造成的滑坡和地震、洪水,被人们称作三大自然灾害,它不但会危害建筑物的稳定和安全,更有可能造成直接的生命和财产损失。统计数据显示,2015 年我国总共发生 8224 起地质灾害,其中滑坡和崩塌分别有 5600、1800 多起,分别占地质灾害总数的 68.3%和 21.9%,(2015年地质灾害类型构成详见图 1-1),共造成直接接经济损失 24.9 亿元(全国地质灾害造成直接经济损失对比详见图 1-2)[1]。在水利工程方面,1963 年发生意大利的瓦伊昂滑坡,是欧洲历史上严重的灾害性滑坡,同时也是世界上最大的水库失事事件, 该大坝蓄水后,近坝左侧土体开始下滑,速度达到了 25-30m/s,将近 2.5 亿 m3岩土掉落到水库中,激起的水浪高度超过坝顶 100m,湍急的水流顷刻间涌向下游的村庄,造成近 3000 人死亡[2]。1985年长江新滩北岸土体因巨大变形引发了巨大滑坡,滑坡量高达 3000 万 m3,导致新滩镇被推毁,滑坡前缘深入长江近百米,形成涌浪高达 36m,导致长江水倒流至秭归以上,下及九鱼湾与三斗坪,翻没各类船只,迫使长江一度封航。1994 年 4月 30 日,重庆武隆县兴须乡鸡冠岭(海拔 1100m)发生特大岩崩,400 余万 m3巨石、乱石崩滑落入乌江,在上下边滩约800m江段形成了上下水位差达9m的"拦河坝",造成乌江断航半年。边坡稳定性是工程选址、设计和建造所需考虑的关键因素,而且对工程效益的正常发挥起着重要的控制作用,其处理费用也十分巨大。例如龙羊峡水电站的虎山滑坡,治理费用达 3 亿元;漫湾水电站左岸滑坡治理费用近亿元。在水利水电工程中,更多的山体滑坡在水库蓄水之后发生的。边坡的稳定性分析及治理已成为岩土工程、地质工程非常重要的研究课题。拟建新疆某水库正常蓄水位 1282.0m,相应库容 0.3072亿m3,死水位 276.0m。调节库容0.1035亿m3,电站装机容量50MW,主坝为砼重力坝和沥青心墙坝结合,最大坝高 73m,坝长 431m 坝址位于某峡谷近出山口处,呈不对称"U"型谷,河谷走向近南北向,正常蓄水位 1282m 时,相应河谷宽 373.8m。坝址左岸地形陡竣,三面均为边坡,边坡高约 123m,主坡走向 NW(20°~45°),坡度 40°~50°,东侧边坡为反向边坡,北侧为斜交边坡,西侧是顺向边坡,其破坏模式十分复杂,在该地区具有一定代表性。这样的高陡边坡如果失稳,必然会影响到工程的建设和运行,不但延误工期,而且会带来巨大的经济损失,以及由此带来的社会影响都是不可估计的。为此,利用先进的研究思路和分析方法,对左岸边坡的工程地质条件进行分析,并对边坡的稳定性和稳定性进行定性分析和定量评价,制定支护设计方案,为该水电站建设提供依据,确保项目能够如期竣工、可靠运行,节省项目成本,有力地保障人民的生命财产安全。
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1.2 边坡稳定性分析国内外研究现状
边坡稳定性研究是岩土力学研究的重要内容,人类工程基础建设的发展促使了它的出现,并带动着相关学科也跟随着发展。岩土力学作为一门独立的学科,历史相对较短。起初,只有地质工程师从事岩质边坡稳定性的研究,而慢慢地,从事力学的学者也参入其中[3]。但在早期阶段,地质研究与力学研究是相互分离的,也因此在国际学术界形成了两种流派,一种是以地质学为主的"岩土不连续面控制论学派",还有一种是基于力学理论的数值学派,随着实践活动的不断开展,这两个学派的理论认知逐渐融合在一起,相关的理论框架初具雏形。从二十世纪初到 1950 年,边坡稳定性分析几乎属于土力学的范畴。在最初的研究中,主要以材料力学和弹性理论为理论基础,以土质边坡稳定性的分析方法为分析计算手段。在这个时期,半经验半理论性质和假定的滑动模块具有固定的位置和形状,是边坡稳定性计算分析方法的突出特点。二战结束后,很多国家都加快水利、建筑等土木工程,边坡稳定性研究进入了重要的发展阶段。在 50 年代采矿业的快速发展,矿山边坡、路堤边坡、坝肩边坡谷人工和天然的岩质边坡稳定性问题日益突出,人们普遍意识到岩土力学解决实际问题开展系统的重要性,同时分析师们觉得可以引进一些比较新的理论和方法,比如极限平衡理论、均质体光弹实验、均值弹塑性理论等等,都是这个阶段理论和实践的主要特点。
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第 2 章 边坡工程地质条件
 
2.1 工程建筑概况
新疆某二级枢纽挡水建筑物工程是某流域生态保护一期工程的水源工程。该挡水建筑物水库正常蓄水位为 1282.0m,相应的库容为 0.3072 亿 m3,死水位为1276.0m。调节库容为 0.1035 亿 m3,电站装机容量为 50MW。挡水建筑物设计等级 2 级,设计形式为混合坝型,左岸河床段为常态混凝凝土重力坝,右岸地段为沥青混凝土心墙坝,坝顶高程 125.3m,坝顶长度 426m。左岸混凝土重力坝坝顶长度为 173.50m,最大坝高为 68m,分为 11 个坝段,其中 1#-4#为左非溢流坝段,5#-6#为溢流表孔坝段,7#为泄洪底孔坝段。8#-11#为右溢流坝段,生态基流兼灌溉放水孔布置在 8#坝段。右岸沥青混凝土心墙坝坝顶长度 252.50m,最大高度 60.3m。高程 1255m 以上沥青混凝土心墙宽度 0.5m,1255m 一下心墙宽度 0.8,m;心墙上下游设置过渡料两个分区,宽度分别为 3m;上下游堆石区为石方爆破料。
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2.2 工程地质条件
库区处在峡谷的出口位置,两侧属于侵蚀构造中低山地貌,海拔高度在1230~1550m 之间。山顶较平坦,山体宽厚。两岸冲沟较发育,冲沟切割深 50~150m,沟底宽 20~50m。库区河流蜿蜒曲折,河谷呈“U”字形,谷底宽 30~50m,正常蓄水位 1282m 高程处谷宽 350~700m,回水长约 6.0km。两岸Ⅰ、Ⅱ级阶地较发育,Ⅰ级阶面比高 2m 左右,局部缺失;Ⅱ级阶地比高 2~4m,分布范围较少;两岸Ⅲ级阶地发育,阶面比高 8~10m,阶面宽 150~200m。水库回水至两岸Ⅲ级阶地后缘地段,水库周边地形封闭条件好,分水岭高程 1350~1550m,为较好的水库地形。库区地层岩性:主要分布石炭下统阿吾拉勒组(C1a)的一套滨海相火山岩—火山碎屑岩建造,岩性为中酸性熔岩,英安质凝灰岩、晶屑岩屑凝灰岩、凝灰质砂岩和角砾凝灰岩夹少量灰岩透镜体,第三系上新统(N2)的紫红色泥岩、泥质砂岩、砂砾岩(主要分布于下坝线上游 300~400m 和下坝线下游 100~350m 处,出露宽度 100~300m)。库区以第四系地层为主,上更新统~全新统冲积(Q3-4al)砂砾石层(上更新统冲积砂卵砾石层分布于河两岸Ⅰ~Ⅲ级阶地,厚 5~15m;全新统冲积砂卵砾石层分布于现代河床,厚度约 3~8m)和全新统崩积、坡积(Q4col+dl)含块碎石土层(分布于两岸山坡,厚度约 3~8m)。
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第 3 章 边坡稳定性影响因素及破坏模式分析............14
3.1 研究区域边坡稳定性影响因素分析....14
3.2 边坡破坏模式.......18
3.3 研究区域边坡破坏模式分析.....21
3.3.1 研究区域边坡破坏模式类型.....21
3.3.2 边坡破坏理论模型..........27
3.4 本章小结....31
第 4 章 边坡稳定性分析及数值模拟......32
4.1 研究区域边坡稳定性分析.........32
4.2 Midas GTS 模拟 ..............43
4.3 本章小结....52
第 5 章 边坡支护方案设计...........53
5.1 边坡常用的支护手段......53
5.2 边坡支护方案设计及模拟.........55
5.3 模拟结果分析.......63
5.4 本章小结....63
 
第 5 章 边坡支护方案设计
 
5.1 边坡常用的支护手段
对于边坡的治理和防护,一般是根据土质情况,施工作业面来进行选择的。(1)土质边坡该类边坡的土体主要以粘性土为主,硬度比较小,同时含水率高,在暴雨环境下很容易发生滑坡现象,因此在边坡治理上主要是通过减少坡体自身的坡形坡率,在坡面上加强防护,可采用抗滑桩、抗滑挡墙进行支护,并布置排水管以减少雨水对土质边坡的进一步的破坏。(2)类土质边坡此类边坡与土质边坡的区别主要是在土体的材料属性上,比粘性土稍微在强度上有所提高,因此在防护上一方面可以在坡面进行加固,另一方面可以通过锚固,注浆的形式来进行加固。(3)二元结构边坡此类边坡具有土质边坡和岩石边坡的性质,一般在设计上采用上面的坡体角度比较小,下面的坡体角度可以适当增大,即在坡体上部用治理土质边坡的方式来进行,在坡体下部用治理岩石边坡的方式来进行,因此被称为二元结构。(4)岩石边坡针对岩石边坡,由于土质强度高,孔隙率大,且在坡体表面光滑,陡峭,施工困难。一般的处理方面是先对边坡进行合理的放坡,再在处理过的坡面上采用锚索框架,同时使用锚杆打入岩体中。
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结论
 
在新疆某工程左岸坝肩高边坡现场调研的基础上,总结该高边坡工程地质条件及特征,对高边坡的稳定性影响因素进行分析并总结该高边坡可能破坏的模式,针对其影响因素和破坏模式对其进行定性和定量稳定性分析。通过 MIDSA-GTS软件进行模拟,最后根据边坡破坏特征及稳定性对该边坡进行加固设计。得出如下结论:
(1)通过对高边坡的现场调研,从地质条件,水文条件,地震影响等方面进行了分析。明确了地形地貌、岩土体结构、地震作用、降雨,左岸边坡卸荷等因素对边坡的稳定性影响较大。
(2)对边坡破坏模式进行总结,分析该边坡边坡破坏模式,研究并确定了该边坡中部以折线错落破坏模式为主,边坡底部主要以蠕动破坏模式为主,边坡顶部主要以倾倒破坏、崩塌破坏模式为主。
(3)通过定性方法和定量方法对该边坡进行稳定性分析。定性分析选用赤平投影法,其结果为该边坡右侧裂隙很发育,并有楔形滑动的可能。定量方法选用折线形-传递系数法对边坡剖面进行分块计算,其结果为天然工况下稳定系数为 1.213、暴雨工况下稳定性系数 1.199、地震工况下稳定性系数 1.159,三种工况下边坡均处于基本稳定状态。
(4)采用有限元分析软件 MADAS 建立三维模型进行 SRM(强度折减系数法)数值模拟,其结果为天然工况下稳定性系数 1.18242、地震工况下稳定性系数1.10156,进一步佐证了三种工况下边坡均处于基本稳定状态。
(5)针对该边坡破坏机理进行边坡加固设计,边坡加固设计方案创新性地设计为:清除危岩并分级放坡+锚索格构梁+锚杆+排水+灌浆支护组合治理方案。
(6)根据本项目的土质特征和岩体高边坡地质构造,采用分级放坡+锚杆+锚索框架+灌浆支护的方法。通过 Midas GTS 有限元建立模型,根据天然、地震下两种不同的工况,对不同的模型设置相应的材料参数,结果发现锚杆及锚索框架抵抗边坡变形效果比较明显,起到了良好的效果。
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参考文献(略)
(责任编辑:gufeng)
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