西北地区大型土质边坡支护设计（二）

1. 项目背景

1.1 项目概述

1.1.1 项目地点与背景

• 项目位于某抽水蓄能电站上库，施工期用水需通过三级泵站由下库接力泵送。
• 第三级泵站和6

#水池位于沟边的崩坡积体上，覆盖层厚，可能对原边坡稳定性产生不利影响。

• 项目涉及6

#水池和三级泵站边坡的稳定性分析，以确保施工期间的安全。

1.1.2 项目目标

• 对水池和泵站开挖支护方案进行边坡稳定性分析。
• 利用Rocscience公司岩土系列软件（Slide5.0版本）进行计算。
• 通过不同方案的对比和敏感性分析，给出最适合的支护方案。

2. 计算依据

2.1 计算规范

2.1.1 规范选择

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

2.1.2 规范内容

• 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：持久状况边坡抗滑稳定最小安全系数取1.10，短暂状况取1.06。
• 地震烈度为Ⅵ度，可不考虑地震工况。

3. 边坡稳定计算

3.1 建筑物级别及边坡设计

3.1.1 建筑物级别

• 根据《水电水利工程边坡设计规范》，边坡级别为A类Ⅲ级。
• 边坡最小抗滑稳定安全系数：持久状况边坡抗滑稳定最小安全系数取1.10，短暂状况取1.06。

3.1.2 边坡设计

• 边坡设计中，6

#水池平台之上边坡采用C32土钉L=9m@2m×2m梅花形布置，贴坡混凝土挡墙支护。

• 6

#水池平台与三级泵站平台之间采用衡重式挡墙支护。

• 三级泵站平台之下采用重力挡墙支护。

3.2 初步设计思路

3.2.1 设计思路概述

• 判断地质参数的合理性，确保天然边坡安全系数接近于1。
• 拟定不同的边坡坡比和锚杆支护参数，计算不同方案的各工况下的安全系数。
• 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

3.3.1 工况分类

• 持久设计工况：正常工况，常年平均地下水位，考虑地震。
• 短短暂设计工况：暴雨工况，地表线，不考虑地震。

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为崩坡积物，主要为碎石土。

• 在地质工程师给的建议值的基础上，通过试算选取合适的参数。
• 混凝土挡墙的计算参数中粘聚力为360kpa，内摩擦角为45°。

3.4.3 荷载等效

• 将水池荷载简化为均布荷载，考虑积灰及检修人员荷载。
• 泵站荷载对滑坡起到压脚的作用，对坡面稳定有利，本次计算将泵站荷载考虑为安全余地，不加载在模型上。

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

• 安全系数：暴雨工况1.039，地震工况1.093，持久工况1.578。

4.1.2 设计一

• 插入五根锚杆后，开挖土方体积123.82m³后，贴坡挡墙后的边坡比（1:0.36）。
• 安全系数：持久工况1.546，暴雨工况1.069，地震工况1.188。

4.1.3 设计二

• 插入三根锚杆后，开挖土方体积123.82m³后，贴坡挡墙后的边坡比（1:0.36）。
• 安全系数：持久工况1.533，暴雨工况1.073，地震工况1.173。

4.1.4 设计三

• 插入两根锚杆后，开挖土方体积123.82m³后，贴坡挡墙后的边坡比（1:0.36）。
• 安全系数：持久工况1.509，暴雨工况1.067，地震工况1.154。

4.1.5 坡比1:0.45边坡整体稳定安全系数计算成果表

• 设计一、二、三均在安全标准内。

4.1.6 坡比1:0.45设计小结

• 综合考虑安全性和经济性，选择设计一。

4.2 坡比1:0.64边坡安全系数分析

4.2.1 天然状态

• 安全系数：暴雨工况1.030，地震工况1.010，持久工况1.303。

4.2.2 设计一

• 插入五根锚杆后，开挖土方体积97.64m³后，贴坡挡墙后的边坡比（1:0.36）。
• 安全系数：持久工况1.459，暴雨工况1.086，地震工况1.457。

4.2.3 设计二

• 插入三根锚杆后，开挖土方体积123.82m³后，贴坡挡墙后的边坡比（1:0.36）。
• 安全系数：持久工况1.448，暴雨工况1.069，地震工况1.120。

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。
• 安全系数：持久工况1.530，暴雨工况1.081，地震工况1.211。

4.2.5 坡比1:0.64边坡整体稳定安全系数计算成果表

• 设计一、二、三均在安全标准内。

4.2.6 坡比1:0.64设计小结

• 综合考虑安全性和经济性，选择设计一。

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

• 粘聚力c在原基础上增加19%，安全系数在原基础上增加6%。

5.1.2 坡比1:0.64

• 粘聚力c在原基础上增加18%，安全系数在原基础上增加11%。

5.1.3 边坡稳定性对粘聚力的敏感性分析

• 以坡比1:0.64为例，粘聚力c在原基础上增加3%，安全系数在原基础上增加1%。

5.1.4 土体粘聚力c敏感性分析小结

• 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

• 内摩擦角φ在原基础上增加18%，安全系数在原基础上增加11%。

5.2.2 坡比1:0.64

• 内摩擦角φ在原基础上增加18%，安全系数在原基础上增加11%。

5.2.3 边坡稳定对内摩擦角的敏感性分析

• 以坡比1:0.64为例，内摩擦角φ在原基础上增加3%，安全系数在原基础上增加1%。

5.2.4 土体内摩擦角φ敏感性分析小结

• 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）。

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）。

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。