山區(qū)河流大型水庫港邊坡穩(wěn)定性及對高樁碼頭結(jié)構(gòu)影響分析研究.pdf

1、三峽工程的修建改善了長江中游江段的航運條件，提高了長江中游航道的運輸能力，同時也使得庫區(qū)水文地質(zhì)條件發(fā)生了很大的變化。庫水位升高使得河流兩岸邊坡被淹沒部分增加，庫水位變動最大幅度可以達到30米，這給庫區(qū)岸坡的穩(wěn)定性造成了極不利的影響。在大水位變幅條件下的岸坡穩(wěn)定性研究，國外由于缺乏這類水文條件，還未見研究成果出現(xiàn)。國內(nèi)的許多學(xué)者結(jié)合三峽庫區(qū)實際情況，就山區(qū)河流水庫港邊坡穩(wěn)定性及對碼頭結(jié)構(gòu)的影響做了大量的研究。由于問題的復(fù)雜性和理論的及研

2、究手段的欠缺，導(dǎo)致該問題的研究還未取得可以應(yīng)用于工程實踐的研究成果，甚至某些領(lǐng)域還存在一定的空白。 山區(qū)河流水庫港邊坡是由經(jīng)復(fù)雜地質(zhì)條件改造過的巖塊和地質(zhì)構(gòu)造結(jié)構(gòu)面(如斷層、裂隙、節(jié)理等)共同組成、具有特定的結(jié)構(gòu)和力學(xué)特征的，賦存于一定的地質(zhì)環(huán)境中(初始地應(yīng)力、地下水、溫度等)的復(fù)合體。邊坡土體通常以飽和或非飽和狀態(tài)存在，是固-液-氣多相復(fù)合體，是一種典型的多孔介質(zhì)。土體顆粒組成的孔隙結(jié)構(gòu)構(gòu)成可變形骨架，以變形為其運動學(xué)特征；水

3、體可以分為兩部分：位于巖體裂隙內(nèi)的以靜水壓力為主要特征，位于控制裂隙內(nèi)的水體以動水力為主要特征。因此，實際的邊坡穩(wěn)定性問題是典型的流固耦合問題，而現(xiàn)行的計算方法大都將問題進行簡化處理。例如，只考慮靜水力、不考慮固體骨架的變形影響和將裂隙體積平均分配到岸坡體內(nèi)等，從而導(dǎo)致了計算結(jié)果與實際情況存在較大差別。在岸坡與碼頭結(jié)構(gòu)相互作用的研究上，大都將碼頭的受力(堆載、車輛荷載及船舶荷載)作為主導(dǎo)因素，但是很少見到以岸坡穩(wěn)定性變化作為主導(dǎo)因素進行

4、分析的研究。現(xiàn)有的研究手段在理論研究和指導(dǎo)工程實踐方面都存在很多局限，特別是對復(fù)雜條件下的岸坡穩(wěn)定性及對高樁碼頭結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性影響分析研究中，這些方法已經(jīng)不能滿足需要。 本文在分析岸坡穩(wěn)定性國內(nèi)外研究動態(tài)及兩相多孔介質(zhì)流固耦合作用分析中所取得的研究成果的基礎(chǔ)上，采用理論分析和數(shù)值模擬方法，開展山區(qū)河流大型水庫港邊坡穩(wěn)定性及對高樁碼頭結(jié)構(gòu)影響分析研究。論文的主要工作和結(jié)論如下： (1)對水庫巖質(zhì)邊坡穩(wěn)定性分析研究的歷程及研究手

5、段進行了回顧；比較分析了水庫邊坡穩(wěn)定性分析的不同方法；結(jié)合水庫港邊坡的特點，運用流固耦合理論，提出了適用于水庫巖質(zhì)邊坡穩(wěn)定性分析的流固耦合分析計算模型。同時，對岸坡與碼頭結(jié)構(gòu)相互作用研究的過程進行了回顧，分析了岸坡與高樁碼頭相互作用研究的特點。在此基礎(chǔ)上，提出了該問題研究的方案。 (2)對比分析了岸坡穩(wěn)定性計算的各種方法，并著重分析了極限平衡分析法和有限元強度折減法。結(jié)合兩種計算方法的特點，分別提出了對考慮流固耦合影響下岸坡穩(wěn)定

6、性對碼頭結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性影響分析計算的方案。 (3)運用成熟的邊坡穩(wěn)定性分析方法--極限平衡理論(結(jié)合計算軟件理正)，對岸坡穩(wěn)定性影響因素與其穩(wěn)定性關(guān)系進行了對比分析。通過計算，得到了各種影響因素同安全系數(shù)之間的關(guān)系曲線，同工程實際吻合較好，從而說明了計算的正確性。同時，為下文計算提供了對比依據(jù)。 (4)結(jié)合重慶市自然科學(xué)基金項目“復(fù)雜條件下岸坡與高樁碼頭相互作用研究”和重慶長壽李家坪大件碼頭改造工程，運用有限元計算軟件，對不

7、同水位變動速度條件下的岸坡穩(wěn)定性進行了分析研究。通過計算，得到了水位變動速度同岸坡穩(wěn)定性變化的關(guān)系曲線，為下文岸坡穩(wěn)定性對碼頭結(jié)構(gòu)影響分析提供了基礎(chǔ)。 (5)在數(shù)值分析的基礎(chǔ)上，岸坡穩(wěn)定性對高樁碼頭結(jié)構(gòu)影響的規(guī)律進行了分析。計算采用有限元計算軟件-Plaxis，得到了岸坡穩(wěn)定性變化過程中對高樁碼頭結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性影響的變化規(guī)律曲線，計算過程中忽略了高樁碼頭結(jié)構(gòu)的受力。 (6)結(jié)合岸坡穩(wěn)定性變化對高樁碼頭結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性影響分析的結(jié)果