基于FLAC-(3D)白荡...闸站基坑边坡变形和稳定分析_邓朝贤.pdf

收稿日期：；修回日期：作者简介：邓朝贤（），男，安徽池州人，工程师，主要从事水利水电工程现场施工管理工作。第 卷第期安徽水利水电职业技术学院学报 年月 基于 白荡湖闸站基坑边坡变形和稳定分析邓朝贤，纪文杰（安徽省水利水电勘测设计研究总院有限公司，安徽 合肥 ）摘要：文章以枞阳县白荡闸改扩建基坑开挖为研究对象，通过数值模拟的方法，综合分析基坑边坡的变形与稳定性，对比不同边坡坡比的数值计算结果，结合相关规范的规定，最终确定的坡比方案为最优。关键词：；基坑开挖；坡比；方案比选 ：中图分类号：文献标识码：文章编号：（），（，）：，：；白荡湖闸站现状抽排能力不足，需对原泵站进行扩建，以增加抽排流量。新建厂房需要对原泵站主厂房一侧进行开挖，以达到建设高程，最大开挖深度约 。本文考虑原泵站主厂房的影响，基于 对不同坡比方案进行数值模拟研究，综合考虑边坡开挖过程所导致的变形和边坡开挖后边坡的稳定性，结合工程实际情况和相关规范，考虑工程进度与经济性，并确保工程的安全，需要对不同坡比方案进行比选，并获最优方案。工程地质条件根据本次钻孔所揭露，闸址地层自上而下依次为（高程采用吴淞高程系）：堤身填土（）：成分以重粉质壤土、粉质粘土为主，灰黄色，软可塑，层厚 ，层底高程 。压缩性不均匀。层（）：重粉质壤土，灰黄色，硬可塑，局部硬塑，普遍分布，局部未钻穿，最大揭露厚度 ，相应的底高程 。中等偏低压缩性。层（）：全强风化灰岩，灰、灰黑色，硬，稍湿，局部夹棕黄色重粉质壤土，局部位置含溶洞。局部未钻穿，已揭露最大厚度 ，最低层底高程 。数值计算 模型建立计算模型如图所示，该边坡是由层土组成的非均质边坡，计算区域长 ，高 ，厚度方向取单位宽度，单元总数 个，节点总数 个，整个模型所有节点向固定，左右两侧节点法向约束，底部向固定。为考虑原有厂房的影响，在原主厂房的位置，将板底荷载施加在如图所示位置，板底荷载取完建期基本组合，大小为 ，对主厂房侧土体节点的法向进行约束。土体采用摩尔库伦模型，土体参数根据勘察报告选取，参数如表所列。图计算模型（坡比）表土体参数土层杨氏模量 泊松比粘聚力 内摩擦角（）密度（）人工填土 层 层 数值计算过程：首先，通过网格的参数赋值与边界条件的施加，施加重力荷载，形成未开挖时的初始应力场；进行分级开挖至基坑底部，每级开挖深度为，开挖通过将网格设置成空模型实现（空模型区域内应力自动设置为，且该区域网格失去所有物理性质），每级开挖后进行静力计算并达到平衡；开挖完成后，保留开挖过程中形成的网格变形与应力状态，基于强度折减法进行边坡安全系数的计算。计算结果及分析选取、和 的坡比进行计算。计算结果发现，坡比的方案在开挖后无法计算收敛，说明该方案土体开挖后会导致土体失稳，坡比是能够达到开挖后土体稳定的最大坡比。因此对比分析、和 的坡比方案，对比开挖后的坡体变形，以及基于 强度折减法计算所得的边坡稳定性系数。不同坡比开挖后边坡变形分析不同坡比方案的土体开挖后边坡变形如图和图所示。坡比 的方案在开挖后形成一个明显的滑坡体（图第一幅云图中白色区域），该方案坡脚位置的水平向产生 的位移，滑体顶部产生 的向下位移，该坡体产生了较大的相对位移，发生失稳。安徽水利水电职业技术学院学报第 卷图不同坡比向变形云图（图中单位为）坡比和 的两个方案，在水平方向和竖直方向上的变形有相同的趋势，由于土体的开挖，导致未开挖侧土体向基坑侧发生变形。两个方案的水平方向上计算的最大位移分别为 和 ，均位于马道附近。个方案的竖直方向上计算的最大位移均为 ，均表现为马道至原厂房处土体的向上隆起。坡比和 的个方案，并没有在坡体处产生较大变形，在开挖后能够达到坡体的变形稳定。图不同坡比向变形云图（图中单位为）不同坡比开挖后边坡稳定性分析图不同坡比边坡稳定性系数以及潜在滑动面示意图基于 所提供的强度折减法对开挖后的边坡稳定性安全系数进行计算，该系数反映了土壤的抗剪强度与平衡所需的抗剪强度的比值，当该系数大于等于时，表明边坡土体具有达到平衡状态的抗剪强度。而实际工程考虑安全储备，认为当边坡稳定性安全系数至少不小于 才是基本稳定状态，白荡湖闸站改造工程的基坑开挖所形成的边坡，安全等级为级，边坡类型为临时性边坡，边坡稳定安全系数为 。坡比 的方案形成了一个明显的潜在滑动面，滑动面示意图如图所示，该方案计算的边坡稳定系数为 ，根据 建 筑 边 坡 工 程 技 术 规 范 规范，该边坡为欠稳定状态。而坡比的方案相比坡比 的方案，其潜在滑动面的面积要小很多，并且其计算的边坡稳定系数为 ，根据规范，该方案边坡为基本稳定状态。坡比 的方案，没有形成较明显的潜在滑动第期邓朝贤，等：基于 白荡湖闸站基坑边坡变形和稳定分析面，并且计算的边坡稳定系数为 ，由于该边坡为临时性边坡，根据规范，该方案边坡为稳定状态。通过计算，坡比 方案的边坡稳定安全系数也大于，该稳定性计算仅考虑了边坡开挖后土体本身抗剪强度，不能够反映实际土体开挖卸载导致的边坡变形过大这一现象。因此，对于开挖形成的边坡进行稳定性分析，不仅需要对开挖后的边坡稳定安全系数进行分析，还需要综合分析开挖过程导致的边坡变形。综合上述对比分析，考虑实际工程工期紧张，施工采用坡比的开挖方案，对于该临时性边坡，虽然 坡比的开挖方案所达到的稳定性更佳，但是个方案的开挖所引起的边坡变形几乎一致，坡比方案的开挖量更小，所需工期更短，因此在开挖过程中做好降排水工作，同样可以保证边坡的稳定。结论考虑原主厂房的影响，对白荡湖闸站改扩建工程中的边坡开挖进行变形和稳定性分析，分析结果表明：（）对于开挖所形成的边坡稳定性分析，不仅需要对开挖后边坡的安全系数进行计算分析，还要综合考虑土体开挖使边坡产生的变形，以防止土体开挖产生滑体。（）坡比的开挖方案，开挖导致的边坡变形较小，开挖后的边坡稳定安全系数计算表明该边坡处于基本稳定状态，并且该方案开挖量较小，工期短，是最合理的方案。参考文献王中达，孟庆辉，李建博 （）基于强度折减法在深基坑开挖边坡稳定性分析中的应用世界有色金属，（）：李勇辉，孙勇，朱伯文，等基于 （）方法对某边坡的稳定性分析水利科技与经济，（）：肖洁某深基坑开挖支护设计与安全性分析淮南：安徽理工大学，孙海军，刘念 基于 （）的边坡开挖稳定性数值模拟 工程建设，（）：孙海军，刘念土体强度与边坡稳定性分析北京：中国水利水电出版社，建筑边坡工程技术规范（责任编辑秦丽）欢迎赐稿欢迎交流电话：（）：安徽水利水电职业技术学院学报第 卷