维捷布斯克水电站边坡h型抗滑桩应用研究.pdf

年第 期水利技术监督理论研究:/维捷布斯克水电站边坡 型抗滑桩应用研究向 胜(中国水利水电第九工程局有限公司 贵州 贵阳)摘要:型抗滑桩是常用的滑坡治理措施 连梁截面尺寸对滑坡治理具有重要影响 结合复杂滑坡治理 对不同连梁截面尺寸的 型抗滑桩进行数值模拟研究 结果表明:型抗滑桩治理滑坡后 坡体稳定安全系数均有效提升 连梁截面高度为 时 剪力与弯矩较其他两者更优 经综合考虑 推荐使用截面高度为 的连梁 研究成果为治理类似复杂滑坡时 型抗滑桩连梁截面尺寸的确定提供参考关键词:型抗滑桩 连梁 复杂滑坡 数值模拟 治理效果 内力分析中图分类号:文献标识码:文章编号:()收稿日期:作者简介:向 胜(年)男 高级工程师:近年来 我国中西部大规模基础设施的建设伴随着出现很多大推力滑坡治理、含软弱夹层的滑坡治理以及特殊环境要求的滑坡治理等复杂滑坡治理工程 抗滑桩作为治理滑坡的重要方式之一 在实际工程中得到广泛的应用 然而 普通单排抗滑桩在面对以上复杂滑坡治理工程中 存在抵抗滑坡推力能力不足、自身刚度不足、经济性较差等缺点 为解决这些问题 采用 型抗滑桩治理复杂滑坡变得十分重要 为此 学者们对 型抗滑桩进行了不同方面的研究 罗勇等通过采用传统的深部位移测试手段和先进的 全分布式光纤传感测试技术 对 型抗滑桩在滑坡治理全过程中的变形及内力响应进行研究 研究结果表明:在治理大型滑坡过程中 采用 型抗滑桩效果显著 宁宇等通过采用有限元软件方法 建立了节点耦合的 型桩与桩间横梁、桩后锚索共同作用模型 并采用有限差分法进行变形分析 分析结果表明:型抗滑桩支护位置由坡顶至坡地 强度折减的安全系数整体上先减小后增大 王晨涛等通过深孔位移监测与桩体内力监测 对 型抗滑桩支护的坡体变形规律与桩身内力分布特征进行研究 研究结果表明:型抗滑桩支护后 坡体位移趋于稳定 且实测桩身内力分布特征与理论计算相近 刘松等通过利用有限元软件 建立了二维 型抗滑桩支护边坡的模型 分别对坡体支护效果与 型抗滑桩的内力进行了研究 研究结果表明:型抗滑桩在治理不允许进行坡面防护的边坡时 治理效果显著且符合工程安全要求以上研究分别通过现场监测、数值模拟、理论计算等方法 对 型抗滑桩的支护效果、桩身内力、结构优化等进行研究 然而 对不同连梁截面尺寸的 型抗滑桩的研究较少 本文结合滑坡治理工程 利用有限元软件 建立不同连梁截面尺寸的 型抗滑桩支护模型 分析不同连梁截面尺寸的 型抗滑桩治理效果以及连梁内力 为 型抗滑桩连梁的截面尺寸确定提供参考 工程概况维捷布斯克水电站位于白俄罗斯维捷布斯克市的西德维纳河上 距维捷布斯克市 电站以发电为主 兼顾航运 水库正常蓄水位 总装机 坝顶高程 坝顶宽度为 最大坝高 坝轴线长度 枢纽建筑物从左到右依次为:左岸土坝、船闸、泄洪闸、发电厂房、开关站、右岸土坝 工程为三等 枢纽的主要建筑物为 级 次要建筑物为 级 临时建筑为 级 库岸由于陡峭 发生滑坡现象 滑坡体岩土由风化较强烈的炭质页岩及软弱夹层、页岩层组成 滑坡体自上而下为粉质黏土、全风化页岩、强风化及中风化炭质页岩 炭质页岩含有软弱夹层夹层抗剪强度低 是滑坡带主要诱发地段 滑坡体基底为微风化炭质页岩 根据现场勘测、计算分析理论研究水利技术监督 年第 期以及工程经验 确定采用 型抗滑桩进行治理 滑坡最危险截面如图 所示 型抗滑桩有 种设计方案 方案中除连梁截面尺寸不同外 其他设计参数均相同 选择最优连梁截面尺寸 型抗滑桩施工工序如下:首先根据现场地形地貌、水文地质条件进行施工准备 现场测量 确定桩位与桩顶标高 然后进行成孔 钢筋笼绑扎、吊装 随即浇筑混凝土图 滑坡最危险截面图 模型建立 有限元模型建立利用有限元分析软件 建立不同连梁截面尺寸的 型抗滑桩支护模型 滑坡岩土体选用摩尔库伦本构模型模拟 抗滑桩与连梁均选用线弹性本构模型模拟 滑坡有限元模型左高 右高 长度为 模型整体按平面应变类型进行考虑 在模型左右分别施加水平边界约束 上方不施加约束 下方施加竖向和水平的边界约束 为保证抗滑桩与岩土体接触处的受力均匀 在接触处共用节点 有限元分析模型如图 所示图 型抗滑桩的前后排桩桩身截面尺寸均为 前排桩桩长为 后排桩桩长为 抗滑桩前后排桩净距为 连梁底面在竖直方向上距后排桩桩顶 为便于施工 保证连梁的截面宽度不变 通过改变连梁的截面高度 使连梁截面尺寸发生变化 考虑到实际工程造价 设置 种连梁截面高度分别为 、型抗滑桩构造与不同连梁截面如图 所示图 型抗滑桩构造与不同连梁截面 计算参数选取 型抗滑桩混凝土强度等级为 采用 钢筋 抗滑桩与岩土体物理力学参数见表 表 抗滑桩与岩土体物理力学参数类型重度/(/)弹性模量/黏聚力/内摩擦角/()泊松比粉质黏土 全风化页岩 强风化炭质页岩 中风化炭质页岩 软弱夹层 抗滑桩与连梁 数值模拟结果分析 治理效果分析边坡稳定安全系数是衡量边坡稳定的重要指标 通过强度折减法对有限元模型进行分析 分析结果表明天然状态下边坡稳定安全系数为 显然不满足实际工程安全的需要 天然状态下坡体有效塑性应变云图如图 所示 坡体总位移云图如图 所示图 天然状态下有效塑性应变云图 年第 期水利技术监督理论研究图 天然状态下坡体位移云图(单位:)由图 可得 天然状态下坡体最大有效塑性应变为 位于软弱夹层区域 软弱夹层区域的有效塑性应变明显高于其他岩土体区域 滑坡 的岩土体区域有效塑性应变低于 有明显塑性应变的岩土体区域达 主要发生在坡顶位置处与软弱夹层位置处 由图 可得 天然状态下坡体最大位移为 位于坡脚区域坡面上粉质粘土区域与软弱夹层上部的强风化炭质页岩区域较其他岩土体区域坡体位移较大 的岩土体区域坡体位移很小 有明显位移的岩土体区域占 通过对天然状态下坡体有效塑性应变与坡体位移分析可知 天然状态下有效塑性应变与破土位移均较大 需要进行加固治理 采用不同连梁截面尺寸的 型抗滑桩治理后 各组抗滑桩治理后坡体稳定安全系数与坡体最大总位移见表 表 各组抗滑桩治理后坡体稳定安全系数与坡体最大总位移连梁截面高度稳定安全系数最大总位移/由表 可得 经不同连梁截面尺寸的 型抗滑桩治理后 边坡的稳定安全系数都有提升 稳定安全系数均提高到 以上 连梁截面高度为 与 时 边坡稳定安全系数均为 连梁截面高度为 时 稳定安全系数最大 最大值为 较天然状态下提升 种连梁截面高度对应的稳定安全系数较天然状态均提升 以上 经不同连梁截面尺寸的 型抗滑桩治理后坡体的总位移发生明显的下降 各组坡体总位移均小于 连梁截面高度为 时 坡体最大总位移在各组中最大 最大值为 连梁截面高度为 时 坡体最大总位移最小 最小值为 综合上述分析 型抗滑桩治理此复杂滑坡效果显著 采用不同连梁截面尺寸的 型抗滑桩治理后 坡体稳定安全系数均有明显提高 稳定安全系数最高提高了 但各组之间的提升差异不大 各组坡体最大总位移差异也不明显 可以大致认为:组不同连梁截面尺寸的 型抗滑桩对复杂滑坡的治理效果影响不大 连梁内力分析 种截面尺寸连梁的剪力、弯矩、轴力图分别如图 所示 由图 可知 种截面尺寸连梁剪力分布形式整体相同 均为从连梁左侧至右侧 剪力大小呈现递增的趋势 当连梁截面高度为 时 连梁的最大剪力与最小剪力均为 组中最大最大值剪力数值为 最大值剪力数值为 当连梁截面高度为 时 连梁的最大剪力与最小剪力均为 组中最小 最大剪力数值为 最小剪力数值为 由图 可知 种截面尺寸连梁弯矩分布形式整体相同 连梁左端均为负弯矩 连梁右端均为正弯矩 当连梁截面高度为 时 连梁弯矩最大值数值最大 最大弯矩数值为 种截面尺寸的连梁弯矩零点 分别位于距连梁左端 、处图 种截面尺寸连梁的剪力图(下转第 页)理论研究水利技术监督 年第 期图 有无砂垫层方案含水率变化曲线结构冻胀破坏 土工膜上的小范围破损等缺陷不会对水分迁移规律造成明显影响 设置 层土工布以及在土工布下设置粗砂垫层可以有效改善水分在表层土工膜下聚集的现象 对冬季渠道防冻胀具有重要价值 建议根据工程实际情况选用 当然 此次研究没有就双向冻结、多层土工布、土工布不同布置位置以及砂层厚度等因素的影响展开研究 因此 在今后的研究中需要针对上述问题展开进一步的试验 以便为工程设计提供更有力的支持参考文献 刘阳.浅谈农田水利工程中节水灌溉技术的应用与发展.河南水利与南水北调 ():.叶知晖 吴建东.浅析我国农田灌溉渠道防渗技术研究进展.水利规划与设计():.何一洋 黄耀英 费大伟 等.王甫洲水利工程复合土工膜渗透系数时变特性反演分析.水利水电技术(中英文)():.古丽苏玛依阿不都萨塔尔.季冻区高含水率土壤渠道衬砌冻胀试验研究.水利技术监督():.汪菲 唐少容 王红雨.季冻区土体水分迁移研究综述.灌溉排水学报 ():.姜海波 李琳 李志强.季节冻土区渠道水分迁移规律及冻胀特性试验研究.水利水电技术 ():.翟金榜 芮大虎 张军 等.冻结作用下考虑补水层影响的水分迁移试验.冰川冻土 ():.王凤华 项伟 袁悦锋.离子土壤固化剂改性膨胀土冻融过程中水分迁移试验研究.长江科学院院报 ():.(上接第 页)图 种截面尺寸连梁的弯矩图图 种截面尺寸连梁的轴力图(下转第 页)理论研究水利技术监督 年第 期 影响去除率的多种因素通过对比分析连续运行和间歇运行方式的水体指标变化规律 发现雨量变化对垂直流人工湿地处理效果具有一定的影响 在降雨量较大的几个月中 连续运行状态的 和叶绿素 出水变化较大 分别上升了 和 间歇运行状态的 和 出水变化较大 分别上升了 和 但总氮的出水能够达到地表水标准 出水指标上升为初雨中携带的大量污染物质进入水体降雨不仅使人工湿地去除负荷增加 所有的河道水质 等指标都会普遍升高较多 因此应考虑在雨季前 将人工湿地水位降低 增加降水在湿地中的停留时间 保证 的去除率达到一定的水质标准后排出 同时后期可以对垂直流人工湿地上部种植的菖蒲、千屈菜等植物在雨前雨后根系附近的微生物群落种类进行测定研究 分析哪种植物对于雨量变化的耐冲击性较好 近几年 国内外很多学者也在从湿地微生物、湿地植物等方面对潜流湿地的运行特征进行研究 因此可与同类研究进行对比分析 结语垂直流人工湿地在保证较好的水体景观同时兼具进一步净化河水的作用 本次研究的间歇运行方式能够延长水体净化时间 在垂直流人工湿地的微小生境中完成的氧化分解、硝化反应、反硝化反应等较为充分 因此出水水质相比连续运行效果要好 但间歇运行比连续运行的处理水量减少/考虑垂直流人工湿地是对污水处理厂尾水和地表水类以上河流水质进行进一步净化的措施 因此更多的需要考虑节能、降耗、景观的综合效益参考文献 杨长明 马锐 汪盟盟.潜流人工湿地对污水厂尾水中有机物去除效果.同济大学学报(自然科学版).():.张亚琼.不同进水方式潮汐流人工湿地污染物去除研究.中国林业科学研究院.夏斌.人工湿地处理农村生活污水的问题诊断与氮磷强化去除技术研究.上海师范大学.张靖雯 阮爱东.人工潜流湿地脱氮技术研究进展.环境科技 ():.张琪 古丽扎.潜流式人工湿地污水处理工艺设计.水工业市场():.王拯 张红涛.间歇流人工湿地处理农村生活污水的研究.兰州交通大学学报 ():.林瑞峰 沙洪利 沈晓强 等.北关人工湿地对河道水污染物去除研究.水利规划与设计():./.水生态健康评价技术规范.谢飞 黄磊.对微污染河水的净化效果.环境工程学报 ():.(上接第 页)连梁左端弯矩最小出现在连梁截面高度为 组 连梁右端弯矩最大出现在连梁截面高度为 组 由图 可知 种截面尺寸连梁的轴力基本相同 轴力大小均在 之间各组中不同位置的连梁轴力也基本相同综合上述分析 种截面尺寸连梁中 截面高度为 时 最大弯矩大小与最大剪力大小均较合适 且轴力与其他两种截面高度连梁基本相同 考虑到实际施工成本 优先推荐使用截面高度为 的连梁 结语()在保证连梁具有一定刚度的前提下 不同连梁截面尺寸的 型抗滑桩对治理复杂滑坡的效果差异不大 稳定安全系数均提升了 以上 坡体最大位移均明显下降()种截面尺寸连梁的内力分布形式大体相同 综合考虑连梁滑坡治理效果与连梁内力的分布形式与大小 在、连梁截面高度中考虑到工程造价 推荐使用截面高度为 的连梁()本文对所涉及的内力分析只针对连梁内力进行分析 未考虑施工方案的可行性 需要结合现场情况进行综合比选参考文献 罗勇 姜波 李春峰 等.型抗滑桩滑坡治理中的变形特性及内力研究.地下空间与工程学报 ():.宁宇 黄青富 郝李坤 等.联合 型桩在滑坡体阻滑中应用数值模拟研究.科学技术与工程():.王晨涛 刘欣 张尧禹 等.型抗滑桩的分析方法及在滑坡治理工程中的应用.路基工程():.刘松 王晨 武兰蕊.型抗滑桩治理边坡的效果评价.陕西水利():.余政兴 孙宁.引发某近坝库岸滑坡失稳临界蓄水位研究.水利技术监督():.何佳楠 石强 吴震宇.考虑各向异性渗流的重力坝深层抗滑稳定分析.水利规划与设计():.