单位文秘网 2021-08-30 08:57:38 点击: 次
摘 要:在临海地区电厂工程建设中往往需要分析煤场堆煤对海堤稳定性的影响。相比于煤堆下土层的破坏,海堤失稳属于次级滑动,然而基于连续介质力学理论的有限单元法和有限差分法往往只能搜索最危险滑动面,提出一种次级滑动面搜索方法来弥补此类方法的不足并应用于工程实例,其结果与极限平衡法结果相符,由此论证该方法的合理性和可行性。
关键词:次级滑动面 海堤稳定性 FLAC3D
中图分类号:TU45 文献标识码:A 文章编号:1007-3973(2013)010-110-04
1 引言
稳定性分析方法包括极限平衡法(LEM)和连续介质力学法(CMM;有限单元法FEM、有限差分法FDM)。极限平衡法的模型是一系列被看作刚体的垂直条块(棱柱)沿滑动带(面)缓慢地滑动,边坡内不同位置的潜在滑动互不影响,所以可以分开独立分析最危险滑动面以及次级滑动面。连续介质力学法的模型是一个可变形带边界的整体,模型中任意一点应力超过强度的多余应力被周围点所分担,当足够的点达到屈服强度后滑动面贯通,故而边坡总是在最危险滑动面破坏,使得次级滑动面的分析无法进行。然而有些情形下对次级滑动面的分析更为重要,甚至应作为关注的焦点,例如某临海电厂工程煤场内堆煤,最先破坏的是煤堆下的淤泥(质)土,而人们关注的重点是海堤自身的稳定性是否会受堆煤的影响以及煤场与海堤是否可能形成超大规模的弧线滑动。
本文以有限差分软件FLAC3D来阐述在连续介质力学法中搜索次级滑动面(Subordinate Slips Search,以下简写SSS)的方法并应用于工程实例,将其分析结果与极限平衡法分析结果进行对比,以此来说明方法的可行性和合理性。
2 次级滑动面搜索方法
2.1 小例
见图1简单二级均质土坡(土层参数如表1),除上下级台阶分别存在一个潜在滑动面外,边坡还存在一个整体潜在滑动面,且如果发生破坏,则下级台阶最先滑动。现在假设我们更关注上级台阶抑或整体边坡的次级滑动,用次级滑动面搜索方法来分析。
2.2 次级滑动面搜索方法结果
次级滑动面搜索方法(下节详述)结果与极限平衡法结果对比如表2,次级滑动面搜索方法得到各级滑动面如图2-图4,两种方法的潜在滑动面位置、形状的对比见图5。需要说明的是FLAC3D中是以剪切应变率(Shear Strain Rate)的量级是否相同来判定滑动面的贯通情况,进而才能断定是否存在潜在的滑动。当剪切应变率大小达到1e-3量级以上时,则可判定滑动已发生,模型失稳。依据Shukha等考虑极限平衡法的三维影响,表2中对应栏安全系数值乘1.1。
2.3 次级滑动面搜索方法原理
3 工程实例
以福建某临海电厂工程中的海堤与煤场工程为例,厂区存在两个海堤(新老堤)如图7,老堤主要为抵抗临海海水冲击,新堤作日常道路使用,新老堤之间堆煤。为充分利用空间堆煤,需要评估煤堆(14m堆高)与海堤距离仅9m时,煤堆是否会威胁海堤的稳定。土层参数如表3,在十几米煤堆压力下土层③必然发生大尺度固结沉降,故而海堤失稳相对于它是次级滑动,所以可以用次级滑动面搜索方法来分析。
如图8,在煤场堆煤后除了出现土层大尺度固结沉降外,煤堆两侧堆脚土层也已发生破坏并被挤出,其剪切应变率量级已达1e-1,模型在数值分析中早已破坏,似乎很难分析海堤的稳定性。依照前面提出的次级滑动面搜索方法分析出的煤场堆煤后海堤的稳定性(图9),与未堆煤的海堤的稳定性(图10)相比,可以看出海堤稳定性的确受到煤堆的影响,其潜在滑动面右移,范围扩大。而通过比较图9、图10中海堤的剪切应变率值和量级可以看出:尽管受煤堆影响,海堤依然稳定。由此可以断定此时海堤与煤堆的距离是可接受的。
本工程共选取5个代表性剖面且考虑了多种工况,而受篇幅所限,本文中仅给出次级滑动面搜索方法分析结果(表4)。表4中次级滑动面搜索方法分析的稳定性系数是极限平衡法计算的1.08~1.2倍,这是次级滑动面搜索方法相对于极限平衡法(二维)的三维影响。
4 结论
本文提出一种次级滑动面搜索方法并辅以工程实例佐证,得出以下结论:
(1)在临海电厂工程中的煤场工程中次级潜在滑动面是关注重点,然而基于连续介质力学理论的有限单元法和有限差分法却往往只能分析最危险的滑动面。本文提出一种次级滑动面搜索方法弥补上述不足,其结果与极限平衡法分析结果相符,说明该方法可行、可靠。
(2)FLAC3D中剪切应变率分布图为确定滑动面的形状和位置及其对应的安全系数提供了有效的依据,是次级滑动面搜索方法的重要组成部分。
(3)次级滑动面搜索方法是分析诸如临海电厂工程中煤场堆煤下海堤稳定性的有效手段。
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