績溪抽水蓄能電站上庫左岸卸荷裂隙對邊坡巖體位移的影響分析

王 靖 江金亮 張京斌

（1.河海大學(xué)地球科學(xué)與工程學(xué)院，江蘇 南京210098；2.河海大學(xué)大禹學(xué)院，江蘇 南京210098）

0 引言

安徽績溪抽水蓄能電站(以下簡稱績溪抽蓄)位于安徽省績溪縣伏嶺鎮(zhèn)境內(nèi)，績溪抽蓄上水庫位于登源河北支流赤石坑溝源頭段，庫岸地形陡峻，卸荷作用強烈，左庫岸為層狀順向結(jié)構(gòu)邊坡，卸荷帶內(nèi)順層卸荷裂隙及層間擠壓破碎帶發(fā)育頻度高、張開寬度大，多充填次生黃泥、巖屑及鐵錳質(zhì)等，性狀差，抗剪強度低，以純泥型為主，巖屑夾泥型次之。

卸荷裂隙是自然地質(zhì)作用和人工開挖使岸坡巖體應(yīng)力釋放和調(diào)整而形成的一種與岸坡傾向相同的裂隙，在水利水電工程高邊坡中經(jīng)常遇到，對高邊坡的穩(wěn)定性有著重要的影響[1]。

對卸荷條件下的巖體力學(xué)特征的研究常規(guī)方法有力學(xué)加卸載法，即針對實際工程問題概化出典型的裂隙巖體模型，通過不同的加卸載路徑下的相似材料物理模型試驗，研究卸荷裂隙，現(xiàn)階段在卸荷巖體的強度、變形破壞、尺寸效應(yīng)方面以及卸荷條件下巖體的破壞形態(tài)及裂隙的擴展演化方面的研究均已比較深入和成熟[2]。

然而，自然邊坡在漫長的地質(zhì)構(gòu)造及自然風(fēng)化作用下表面產(chǎn)生風(fēng)化卸荷，巖體基本上處于平衡狀態(tài)，在進行人工切削邊坡和深切邊坡后，自然平衡遭到嚴(yán)重破壞，巖體至少在一個方向大面積卸荷，造成應(yīng)力的二次調(diào)整，局部可能存在拉應(yīng)力，應(yīng)力應(yīng)變極為復(fù)雜和不利，此時常規(guī)的力學(xué)加載方法已經(jīng)不再能滿足研究需要；數(shù)值模擬方法則是通過計算機軟件模擬天然卸荷過程， 如河谷下切開挖洞室等應(yīng)力釋放，重現(xiàn)卸荷過程中巖土體內(nèi)應(yīng)力調(diào)整和位移規(guī)律。

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1 問題簡化與模型建立

考慮卸荷裂隙的影響后，X 軸方向位移最大值為18.501mm，分布在卸荷裂隙與坡面相交處，坡面附近位移最小值為8.902mm，分布在坡內(nèi)； 塑形應(yīng)變云圖中可見坡頂卸荷裂隙內(nèi)有顯著的塑性變形區(qū)域，邊坡其他區(qū)域內(nèi)均為發(fā)生塑性形變。

本計算是針對二維平面應(yīng)變問題進行處理，具體計算模型參數(shù)見表2。

對考慮巖體卸荷后的有限元模型進行網(wǎng)格剖分，采用四邊形單元進行剖分，結(jié)果見圖3。 考慮卸荷裂隙[3]時，由于裂隙寬度遠(yuǎn)小于裂隙延伸長度，為了保證單元質(zhì)量以及運算的精確性，故對裂隙單獨進行加密剖分，最終共剖分單元6318 個，節(jié)點19165 個。

基于圖3所示概率圖，在基于波束成形的一對一無線充電過程中，情況1-情況4發(fā)生的概率可分別用pc1、pc2、pc3、pc4表示：

根據(jù)以上實測資料以及卸荷裂隙分布特征，建立績溪抽蓄左岸卸荷邊坡的地質(zhì)模型如圖1，巖層層面產(chǎn)狀同卸荷裂隙產(chǎn)狀，在圖中未標(biāo)明。

圖1 績溪抽蓄上庫左岸邊坡地質(zhì)模型

水泥混凝土路面共振碎石化技術(shù)是從國外引進而來的一種技術(shù)，針對水泥路面進行碎石化并加以利用，在上面鋪筑瀝青路面，達(dá)到舊混凝土路面重復(fù)利用的目的。在國內(nèi) “白加黑”改造工程中應(yīng)用較多。對舊混凝土路面碎石化共振技術(shù)的探討可以深入了解技術(shù)的本質(zhì)，為類似工程積累一些有益的經(jīng)驗。

表1 績溪抽蓄上庫巖石（體）及結(jié)構(gòu)面物理力學(xué)指標(biāo)建議值表

最終建立起邊坡概化模型，如圖2。

最后是關(guān)于卸荷裂隙的概化，根據(jù)地質(zhì)模型中裂隙平行、近等距分布的特征， 并且考慮模型的合理有效簡化以及高效的數(shù)值運算，特取5 條平均分布在坡面上的卸荷裂隙做考慮， 裂隙延伸至坡面一下50m 深度（弱卸荷的下限埋深）處，裂隙面張開50cm，次生充填巖屑及泥。

圖2 績溪抽蓄上庫左岸邊坡概化模型

其中風(fēng)化風(fēng)帶界限和卸荷裂隙分帶，即弱風(fēng)化下限、微風(fēng)化下限、強卸荷下限和弱卸荷下限四條界限，由鉆孔資料揭示的埋深確定。

表2 計算模型力學(xué)參數(shù)取值

2 計算模型及邊界條件

模型的左右邊界分別設(shè)置X 軸方向的位移約束，即橫河向位移為0；下邊界設(shè)置X、Y 兩個方向的位移約束，即為固定邊界；坡面為自由表面，無約束。模擬卸荷裂隙的考慮與否對天然邊坡穩(wěn)定性的影響時，荷載只需要考慮重力。

本文擬采用ANSYS 軟件對邊坡穩(wěn)定性進行數(shù)值模擬分析， 為了易于得到較好的網(wǎng)格剖分效果，特針對上述地質(zhì)模型進行概化處理。

上述邊坡卸荷裂隙實際分布揭露該邊坡各組裂隙呈大致平行、等間距狀，據(jù)此從四組主要裂隙中取一組優(yōu)勢裂隙，產(chǎn)狀為平行于巖層面，傾角70°，強卸荷帶裂隙平行間距10m，弱卸荷帶平行間距30m。

圖3 考慮卸荷裂隙時網(wǎng)格剖分

圖4 考慮裂隙后邊坡X 方向位移以及邊坡塑性應(yīng)變云圖

根據(jù)績溪抽蓄可行性研究勘察工作成果， 對比左岸邊坡各個剖面，特選取如下剖面，將問題簡化為平面應(yīng)變問題，對邊坡進行二維有限元分析。

3 結(jié)果分析

結(jié)果顯示，卸荷裂隙切割邊坡巖體，并且張開充填次生泥形成軟弱結(jié)構(gòu)面，破壞邊坡完整性，導(dǎo)致邊坡在自重應(yīng)力下的位移明顯增大，并且在裂隙發(fā)育至坡面處位移均較大， 但是卸荷裂隙的影響深度有限，也即卸荷裂隙對邊坡的影響只限于裂隙發(fā)育的一定范圍之內(nèi)。 裂隙的影響具體可以表述為如下幾點：

綜上所述，酚咖片聯(lián)合甲硝唑治療口腔正畸牙痛患者可降低血清OPG水平，促進分泌5-HT，減輕牙痛程度，臨床效果顯著。

（1）卸荷裂隙切割邊坡巖體，坡面與裂隙相交處巖體破碎，位移顯著增大；

巴赫金認(rèn)為：“文類在歷史演變之中可能出現(xiàn)一種創(chuàng)造性記憶，文類不僅能持續(xù)保持自己的統(tǒng)一框架和連續(xù)性，它還能不斷地在更高的水平上復(fù)活自己；一種文類愈加完善，它同時將愈加充分地回憶起自己的過去?！?巴赫金,1988:165)因此，模仿發(fā)展成熟的文體而又對其突破，喚起讀者文學(xué)記憶的同時，又達(dá)到了推陳出新的目的。這種被模仿的文類主要包括武俠小說、偵探小說、科幻小說、神話等，這些文類都有自己非常突出的形式特征，所以容易被模仿?！毒羰繕贰凡捎昧说湫偷膫商叫≌f模式。

（2）卸荷裂隙切割邊坡巖體，充填次生泥形成坡內(nèi)的軟弱夾層，軟夾物質(zhì)強度明顯低于圍巖，導(dǎo)致裂隙兩側(cè)巖體位移的不連續(xù)；

（3）卸荷裂隙發(fā)育在一定的埋深范圍內(nèi)，其對邊坡的影響范圍也有限，邊坡內(nèi)部巖體位移受卸荷裂隙的影響不明顯。

［1］費文平,張國強,崔華麗.高邊坡卸荷巖體穩(wěn)定性分析[J].武漢大學(xué)學(xué)報:工學(xué)版,2010,43(5):1-5.

［2］張擁軍.水利水電工程高邊坡卸荷裂隙探討[J].湖南水利水電,2012,2:36-37.

［3］黃達(dá),黃潤秋.卸荷條件下裂隙巖體變形破壞及裂紋擴展演化的物理模型試驗[J].巖石力學(xué)與工程學(xué)報,2010,29(3):502-511.