某水利樞紐工程邊坡危巖體敏感性分析

鄧劍峰

(廣東西江建設(shè)發(fā)展有限公司，廣東 肇慶 526070)

1 工程概況

水庫樞紐工程主要包括大壩、溢洪道、放水洞及電站等。壩型為黏土心墻砂殼壩，全長1200 m，頂寬7.5 m，壩高26.7 m。水庫溢洪閘于1966年建成，弧形鋼閘門，尺寸為10.0 m×8.0 m，共4扇，閘底板高程146.0 m，設(shè)計最大泄流量2773 m3/s。水電站建于1976年，裝機3臺容量600 kW，設(shè)計流量27.9 m3/s。在壩址區(qū)附近，河床向右岸侵蝕，沿岸邊坡形成危巖體[1]。

2 危巖體的敏感因子權(quán)重

基于層次分析法確定水利樞紐邊坡危巖體的敏感因子權(quán)重，其判斷矩陣(A)如式(1)所示。

(1)

式中：A為判斷矩陣；aij為對比分析標(biāo)度。其判斷標(biāo)準(zhǔn)如表1所示。

表1 對比分析標(biāo)度及其含義

根據(jù)上述判斷矩陣及對比分析標(biāo)度，可計算得出影響不同破壞類型水利樞紐邊坡危巖體的敏感因子權(quán)重，其計算結(jié)果如表2所示。由表可知，不同破壞類型的邊坡危巖的敏感因子權(quán)重具有一致性，其中，危巖密度因子的權(quán)重最大，不同破壞形式的因子評價值為0.302，該因素的變化對于水利樞紐邊坡危巖體的影響較大；地震烈度因子的權(quán)重最小，不同破壞形式的因子評價值為0.027，該因素的變化對于水利樞紐邊坡危巖體的影響較小。危巖密度、風(fēng)化程度及危巖自重的因子權(quán)重占總因子權(quán)重的60 %以上，以上因素為影響水利樞紐邊坡危巖體的主要因素，在實際工程中，需要重點關(guān)注以上因素對水利樞紐邊坡危巖體安全性的影響[2-3]。

表2 邊坡危巖體敏感因子

3 危巖體數(shù)值模擬分析

3.1 滑移式危巖體分析

為驗證采用層次分析法對水利樞紐邊坡滑移式危巖體進行敏感性分析的可行性，采用有限元軟件對水利樞紐滑移式危巖體的最大位移進行分析(模型圖見圖1)，以驗證層次分析法的準(zhǔn)確性，分別選取9處邊坡危巖體進行分析，滑移式危巖體相關(guān)參數(shù)如表3所示。

圖1 數(shù)值模型

表3 滑移式危巖體相關(guān)參數(shù)

根據(jù)上述邊坡危巖體參數(shù)，計算得出水利樞紐邊坡危巖體不同參數(shù)的最大位移如圖2所示。由圖可知，不同邊坡危巖體的最大位移具有一定的差異性，其中，邊坡危巖體6的最大位移有最大值，其值為42.24 cm，邊坡危巖體4的最大位移有最小值，其值為26.07 cm，二者間的最大位移差距為16.17 cm，說明不同參數(shù)的邊坡危巖體的位移量具有一定的差異性。邊坡危巖體3與邊坡危巖體9間的黏聚力差距較大，其差值為20.4 kPa，但是二者間的最大位移差距較小，僅為6.89 cm，說明黏聚力對水利樞紐邊坡危巖體最大位移的影響較小。根據(jù)表3可知，邊坡危巖體6的危巖自重最大，說明危巖自重對水利樞紐邊坡危巖體的最大位移影響較大，對比表2所示的邊坡危巖體敏感因子權(quán)重可得，滑移式危巖體危巖自重的敏感因子為0.162，其數(shù)值較大，該因素對水利樞紐邊坡危巖體的影響較大；表2所示的黏聚力的敏感因子為0.046，其數(shù)值較小，該因素對水利樞紐邊坡危巖體的影響較小，數(shù)值模擬的結(jié)果與層次分析法結(jié)果一致，采用層次分析法對水利樞紐邊坡滑移式危巖體分析的準(zhǔn)確性較高，可應(yīng)用于實際工程中。

圖2 滑移式危巖體最大位移曲線

3.2 墜落式危巖體分析

為驗證采用層次分析法的可行性，采用有限元軟件對水利樞紐墜落式危巖體的最大位移進行分析，分別選取9處墜落式危巖體進行分析，墜落式危巖體相關(guān)參數(shù)如表4所示。

表4 墜落式危巖體相關(guān)參數(shù)

根據(jù)上述墜落式危巖體模型參數(shù)，計算得出水利樞紐邊坡墜落式危巖體不同參數(shù)的最大位移如圖3所示。由圖可知，不同墜落式危巖體的最大位移在25 ～ 45 cm間，其波動范圍較大，其中，邊坡危巖體8的最大位移有最大值，其值為42.69 cm，邊坡危巖體4的最大位移有最小值，其值為26.11 cm，二者間的最大位移差距為16.58 cm，說明不同模型參數(shù)的危巖體的最大位移具有一定的差異性，當(dāng)相關(guān)因素發(fā)生變化時，危巖體的最大位移也隨之變化。由表4可得，邊坡危巖體7的危巖體危巖自重最大，大于邊坡危巖體8，但是其最大位移小于邊坡危巖體8，說明危巖自重不是影響危巖體最大位移的最主要因素，對比滑移式危巖體可得，危巖自重對滑移式危巖體位移的影響程度大于墜落式危巖體，滑移式危巖體危巖自重的影響因子權(quán)重為0.162，墜落式危巖體危巖自重的影響因子權(quán)重為0.147，滑移式危巖體危巖自重的因子權(quán)重大于墜落式危巖體危巖自重的因子權(quán)重，危巖自重對滑移式危巖體的影響較大，數(shù)值模擬結(jié)果與層次分析法的結(jié)果一致，采用層次分析法的準(zhǔn)確性較高。

圖3 墜落式危巖體最大位移曲線

3.3 傾倒式危巖體分析

為驗證采用層次分析法的可行性，分析不同模型參數(shù)的水利樞紐傾倒式危巖體的最大位移，分別選取9處傾倒式危巖體進行分析，傾倒式危巖體相關(guān)參數(shù)如表5所示。

表5 傾倒式危巖體相關(guān)參數(shù)

根據(jù)上述傾倒式危巖體模型參數(shù)，計算得出水利樞紐邊坡傾倒式危巖體不同參數(shù)的最大位移如圖4所示。由圖可知，傾倒式危巖體的最大位移與以上兩種危巖體的最大位移值較為接近，其最大位移波動范圍在25～45 cm間，其中，邊坡危巖體8的最大位移有最大值，其值為42.91 cm，邊坡危巖體4的最大位移有最小值，其值為26.15 cm，二者間的最大位移差距為16.76 cm。根據(jù)表5可得，邊坡危巖體1和邊坡危巖體9對應(yīng)的黏聚力差距最大，其差值為18.1 kPa，但是二者間的最大位移差距較小，僅為1.02 cm，表明黏聚力的變化對于傾倒式危巖體的影響較小；傾倒式危巖體黏聚力的權(quán)重因子僅為0.044，該因素對傾倒式危巖體的影響較小，與數(shù)值模擬結(jié)果一致[4-6]。

圖4 傾倒式危巖體最大位移曲線

4 結(jié) 論

本文以某水利樞紐工程邊坡為背景，基于層次分析法開展敏感性分析，并利用有限元軟件驗證層次分析法的準(zhǔn)確性，結(jié)果顯示危巖密度因子對水利樞紐邊坡危巖體的影響較大；地震烈度因子對水利樞紐邊坡危巖體的影響相對較??；危巖密度、風(fēng)化程度及危巖自重的因子權(quán)重占總因子權(quán)重的60 %以上，為影響水利樞紐邊坡危巖體的主要因素，應(yīng)當(dāng)重點關(guān)注；數(shù)值模擬的結(jié)果與層次分析法結(jié)果一致，采用層次分析法對水利樞紐邊坡滑移式危巖體分析的準(zhǔn)確性較高。本文僅通過研究項目進行分析，結(jié)果具有一定的局限性，不同工程邊坡地質(zhì)環(huán)境差異較大，在應(yīng)用中，需要進一步的分析驗證。