浙江科技大学西北地区大型土质边坡支护设计（二）

1. 边坡稳定性分析概述

1.1 研究背景

1.1.1 边坡稳定性问题的提出

• 某抽水蓄能电站上库施工期用水通过三级泵站由下库接力泵送，其中第三级泵站和6

#水池位于沟边的崩坡积体上，覆盖层厚，水池平台和泵站平台的开挖对原边坡的稳定性可能产生不利影响。

• 为避免设计现场处理问题时处于被动状态，拟对不同覆盖层厚度进行边坡稳定性分析。

1.1.2 软件选择与分析方法

• 利用Rocscience公司岩土系列软件（Slide5.0版本）选取简化毕肖普法进行计算。
• Slide 5.0是Rocscience公司开发的一款岩土系列软件，主要用于边坡稳定性分析。

1.2 研究目的与意义

1.2 研究目的与意义

• 对拟布置的水池和泵站开挖支护方案进行边坡稳定性分析。
• 通过不同的方案对比和敏感性分析，给出最适合的方案。

2. 计算依据

2.1 规程、规范及参考文献

2.1 规程、规范及参考文献

• 《水电水利工程边坡设计规范》(DL/T5353-2006)
• 《水电水利工程边坡工程地质勘察技术规程》(DL/T5337-2006)
• 《水电枢纽工程等级划分及设计安全标准》(DL5180-2003)
• 《水工建筑物抗震设计规范》(NB35047-2015)

3. 边坡稳定计算

3.1 建筑物级别及边坡设计

3.1 建筑物级别及边坡设计

• 根据《水电水利工程边坡设计规范》（DL/T5353-2006）的有关规定，边坡级别为A类Ⅲ级，边坡最小抗滑稳定安全系数如表3.1-1。
• 边坡抗滑稳定最小安全系数表3.1-1。

3.2 初步设计思路

3.2 初步设计思路

• 根据原始边坡坡度判断地质参数的合理性。
• 拟定不同的边坡坡比和锚杆支护参数（粗细、间距），计算不同方案的各工况下的安全系数，综合比较各方案的安全性、经济性，选出最适宜的方案。
• 对覆盖层的参数做敏感性分析，并得出相关结论。

3.3 计算工况

3.3 计算工况

• 按《水电水利工程边坡工程设计规范》（DL/T5353-2006）规定，本次计算按持久设计工况、短暂设计工况两种工况进行设计，如表3.3-1所示。
• 计算工况表3.3-1。

3.4 计算方法及参数选取

3.4.1 计算方法

• 采用刚体极限平衡法，利用Rocscience公司岩土系列软件（Slide5.0版本）选取简化毕肖普法进行计算。
• 简化毕肖普计算方法的核心思想是，假设滑动面为圆弧形状，并通过一系列的简化步骤来计算滑动土体的稳定性系数。

3.4.2 计算参数选取

• 6

#水池和三级泵站处覆盖层主要有崩坡积物，主要为碎石土。

• 在地质工程师给的建议值的基础上，通过对天然边坡的试算，选取几种工况安全系数略大于1的参数。

3.4.3 荷载等效

• 等效原则：将水池荷载简化为均布荷载，水池高度约为4.3m，考虑积灰及检修人员荷载，简化后的均布荷载可按50kN/m2考虑。

4. 计算过程与结果

4.1 坡比1:0.45边坡安全系数分析

4.1.1 天然状态

• 当C：28kpa， phi：30°时，陡坡暴雨工况安全系数为1.039＞1，符合安全标准。

4.1.2 设计一

• 插入五根锚杆（粗细22mm，抗拔力100kn，间排距2m，长度6.97m）后，开挖土方体积123.82m³后，贴坡挡墙后的边坡比（1:0.36），符合安全标准。

4.1.3 设计二

• 插入三根锚杆（粗细25mm，抗拔力100kn，间排距4m，长度6.97m）后，开挖土方体积123.82m³后，贴坡挡墙后的边坡比（1:0.36），符合安全标准。

4.1.4 设计三

• 插入两根锚杆，（粗细25mm，抗拔力150kn，间排距8m，长度6.97m）后，开挖土方体积123.82m³后，贴坡挡墙后的边坡比（1:0.36），符合安全标准。

4.1.5 坡比1:0.45边坡整体稳定安全系数计算成果表

• 表4.1-1坡比1:0.45不同设计方案安全系数计算成果。

4.1.6 坡比1:0.45设计小结

• 设计一在持久工况和地震工况比设计二更安全，设计二在暴雨工况比设计一更安全。
• 综合考虑后，决定选择设计一，既在安全性和设计二相较差距不大，能在经济性占据第二。

4.2 坡比1:0.64边坡安全系数分析

4.2.1 天然状态

• 当C：28kpa， phi：30°时，坡比1:0.67暴雨工况安全系数为1.030＞1，符合安全标准。

4.2.2 设计一

• 插入五根锚杆（粗细22mm，抗拔力100kn，间排距2m，长度6.97m）后，开挖土方体积97.64m³后，贴坡挡墙后的边坡比（1:0.36），符合安全标准。

4.2.3 设计二

• 插入三根锚杆（粗细22mm，抗拔力100kn，间排距4m，长度6.97m）后，开挖土方体积123.82m³后，贴坡挡墙后的边坡比（1:0.36），符合安全标准。

4.2.4 设计三

• 不插入锚杆，将贴坡挡墙后的边坡比调整为1:0.50，开挖土方体积88.28m³后，符合安全标准。

4.2.5 坡比1:0.64边坡整体稳定安全系数计算成果表

• 表4.2-1坡比1:0.64不同设计方案安全系数计算成果。

4.2.6 坡比1:0.64设计小结

• 设计一和设计三的安全系数都高于设计二。
• 在地震和暴雨工况下，设计一比设计三安全系数更高，在持久工况下，设计三比设计一安全系数更高。
• 由于在初步设计里的第一步，c和phi系数的调整是反演出来的，有较高的不确定性。
• 在边坡支护工程里，我们视安全性的重要程度高于经济性，可以考虑增加在成本方面的支出。
• 暴雨和地震工况显然比持久工况更加需要保障安全性，所以要选择安全性更强，经济性稍不如方案三的方案一。

5. 敏感性分析

5.1 土体粘聚力敏感性c分析

5.1.1 坡比1:0.45

• c＝28kpa φ＝30°（定值）
• 粘聚力c（kpa）对安全系数的影响分析。

5.1.2 坡比1:0.64

• c＝28kpa φ＝30°（定值）
• 粘聚力c（kpa）对安全系数的影响分析。

5.1.3 边坡稳定性对粘聚力的敏感性分析（φ＝30°）变化规律图

• 以坡比1:0.64为例，分析粘聚力c对安全系数的影响。

5.1.4 土体粘聚力c敏感性分析小结

• C：26kpa到31kpa，粘聚力c在原基础上增加19%，安全系数在原基础上增加6%。
• 可以说明c敏感性较高，可以采用φ＝30°的取值。

5.2 土体内摩擦角φ敏感性分析

5.2.1 坡比1:0.45

• c＝28kpa（定值） φ＝30°
• 内摩擦角φ（°）对安全系数的影响分析。

5.2.2 坡比1:0.64

• c＝28kpa（定值） φ＝30°
• 内摩擦角φ（°）对安全系数的影响分析。

5.2.3 边坡稳定对内摩擦角的敏感性分析（c＝28kpa）变化规律图

• 以坡比1:0.64为例，分析内摩擦角φ对安全系数的影响。

5.2.4 土体内摩擦角φ敏感性分析小结

• φ从28°到33°，安全系数从1.387到1.553。
• 可以说明φ敏感性较高，可以采用c＝28kpa的取值。

5.3 敏感性分析总结

5.3 敏感性分析总结

• 当c＝28kpa，φ＝30°时，采用方案一的敏感性是可行的。

6. 结论与建议

6.1 结论

6.1.1 坡比1：0.45

• 采用设计一：插入五根锚杆（粗细22mm，抗拔力100kn，间排距2m，长度6.97m）后，开挖土方体积123.82m³后，贴坡挡墙后的边坡比（1:0.36），符合安全标准。

6.1.2 坡比1：0.64

• 采用设计一：插入五根锚杆（粗细22mm，抗拔力100kn，间排距2m，长度6.97m）后，开挖土方体积97.64m³后，贴坡挡墙后的边坡比（1:0.36），符合安全标准。

6.1.3 坡比1:0.45与坡比1:0.64支护方案对比

• 坡比1:0.45：细锚杆（22mm）、数量5根的组合比粗锚杆（25mm）、数量3根的组合支护效果好。
• 坡比1:0.64：5根22mm锚杆支护效果最好，1:0.50的缓坡边坡支护效果介于3根22mm锚杆和5根22mm锚杆之间。

6.2 建议

6.2 建议

• 缓坡和锚杆都可以实现边坡支护的效果，具体的效果还是需要通过slide软件的细节调整来判断结果。
• 相对于坡比1:0.45来说，坡比1:0.64的安全系数使用相同措施更高。

参考文献

• [1]边坡防护工程报价表
• [2]《水电水利工程边坡设计规范》(DL/T5353-2006)
• [3]《水电水利工程边坡工程地质勘察技术规程》(DL/T5337-2006)
• [4]《水电枢纽工程等级划分及设计安全标准》(DL5180-2003)
• [5]《水工建筑物抗震设计规范》(NB35047-2015)