基于蓄水期反演的锦屏一级拱坝极限承载力分析

锦屏一级拱坝坝高为305 m,是世界上最高的拱坝。但是,其坝基岩性较差,f5、f8等断层在建基面出露,基础严重不对称等地质复杂性给锦屏一级拱坝的极限承载力分析评价带来很多不确定性。基于变形加固理论,使用三维非线性有限元程序TFINE,采用直接法和正倒垂测点监测值反演蓄水期坝体混凝土弹性模量和基础变形模量,并验证反演参数在锦屏一级蓄水期预测和极限承载力分析中的适用性。使用反演参数,对坝体正常运行的应力、位移进行仿真分析;采用屈服区、不平衡力、塑性余能范数、整体稳定性安全系数等指标,基于工程类比法,全面评价锦屏一级拱坝的极限承载力。对比反演参数和设计参数的计算结果,验证了设计参数的可靠度。结果表明,锦屏一级拱坝起裂安全系数K1为2倍超载,极限承载安全系数K3为8倍超载,锦屏一级拱坝具有较高的极限承载力,整体稳定性是有保证的。     

基于地质力学模型试验的锦屏拱坝坝肩加固效果研究

锦屏一级高拱坝最大坝高305 m,是目前在建的世界最高拱坝,其坝址区地质条件复杂,存在断层、蚀变岩脉、层间挤压带、节理裂隙及深部裂缝等各类软弱结构面,坝与地基的整体稳定问题突出。为使坝体达到良好的受力状态,满足拱座的抗滑稳定与变形稳定等要求,工程上采取了大量的加固措施,主要有左坝肩垫座、左右坝肩混凝土网格洞塞置换、刻槽置换、传力洞等。加固处理后,坝肩的整体稳定性以及坝肩坝基的加固效果如何是工程上关心的重要问题。采用两个三维地质力学模型,分别开展了锦屏一级高拱坝在地基未加固和加固两个方案下的坝肩稳定综合法破坏试验研究,对比分析了两个方案下坝与地基的变形分布特性、坝肩坝基失稳的破坏机制和整体稳定安全度。结果表明：坝肩坝基加固处理后,坝体及左、右两岸坝肩变位的对称性得到明显改善,变位量值减小;在相同的超载倍数下,加固方案下两坝肩开裂破坏的范围减小,破坏程度减轻,坝肩破坏失稳的超载系数增大,超载能力得到提高;未加固方案拱坝整体稳定综合法试验安全系数为4.7 ~ 5.0,加固方案下安全系数为5.2 ~ 6.0,安全度得到明显提高。综合分析认为,锦屏拱坝采用以坝肩垫座、混凝土网格置换洞塞、刻槽置换、传力洞等为主的加固方案对坝肩坝基起到了良好的加固效果。     

锦屏一级左岸垫座以下坝基地质缺陷初步评价

锦屏一级左岸垫座以下发育的不良地质单元,不仅破坏其岩体的完整性,而且可能导致建基面抗变形能力的不均匀性,以致对坝基岩体带来不良影响,危及拱坝安全。立足于坝基岩体质量环境,将垫座以下不良地质体划分为内倾顺层构造带,陡倾切层构造带,溶蚀裂隙带等三大综合缺陷类型,并阐述了各类缺陷的性状及其对坝基完整性、均匀性、变形性等方面的控制作用,分析了其典型声波曲线的波速量值及衰减特征。由此,按"轻度"、"中等"、"强烈"三个等级,定性的分区评价了各部位缺陷对坝基岩体的影响程度。着重认为f2断层附近,规模较大、间距较小、波速值低(2500-3500m·s-1)的内倾顺层构造带,不仅控制着岩体的抗剪性能,而且对坝基变形分异和基地应力分布存在"强烈"影响,应对其进行单独处理。     

复杂地质条件下多结构面对重力坝坝基稳定性的影响及处理

武都重力坝坝基地质条件复杂,发育有断层、层间错动带等多种不利地质构造,且结构面相互交错组合形成多条潜在滑移面,坝基深层抗滑稳定问题突出。为了研究多结构面对坝基深层抗滑稳定的影响及加固处理,结合武都重力坝19#坝段,建立了三维数值模型进行有限元分析。首先,对坝基中各软弱结构面的力学参数进行敏感性分析,研究影响坝基稳定的主要因素,揭示了坝踵处倾向下游的10f2、F31断层对坝基抗滑稳定影响较大,应进行重点加固处理。在该基础上,在断层10f2、F31拟定不同深度的混凝土置换,对断层置换混凝土的深度进行敏感性分析,得出不同置换深度下坝基的超载稳定安全系数。结果表明,断层10f2、F31的置换深约19 m时可以达到良好的加固效果,位移和应力值得到良好的改善,坝基塑性区域明显减小,抗滑稳定安全系数得到明显提高,并满足设计规范要求。研究成果对武都重力坝工程的加固处理提供了重要的科学依据,对类似工程的稳定分析与加固处理具有参考价值。     

流变效应对高混凝土面板堆石坝应力变形的影响

采用三维非线性有限单元法对牛牛混凝土面板堆石坝施工期和蓄水期的应力变形进行模拟计算,并结合沈珠江提出的指数型曲线流变模型,采用自行编制的有限元程序对大坝进行了三维流变分析,得到了坝体、面板在各个时期的应力和变形情况,以及堆石流变对坝体应力变形的影响;计算面板和周边缝位移时采用了三维子模型法,根据实际的坝体填筑、蓄水过程,对每一期面板浇筑之前的坝体上游面位移进行修正,并通过在面板与堆石体之间设置三维面-面摩擦接触单元,来有效模拟面板的应力、变形,为该坝的进一步优化设计提供了有益的建议。     

吉林抚松老松江水电站坝基和坝体应力应变分析

以岩土力学为基础的土坝设计方法,能够定性和半定量地分析坝体和地基稳定性、估算坝体和地基的沉降量,而不能全面分析地基和坝体内部应力应变状态.采用邓肯E-K模型,对水电站坝基和坝体在填筑和蓄水条件下的应力和变形进行了动态模拟计算,结果表明,坝体和心墙垂直和水平变形在竣工和蓄水期均符合规范要求,心墙在蓄水期间不会产生水力劈裂.     

碾压混凝土重力坝全程综合仿真分析与安全评估

运用有限元方法对光照碾压混凝土重力坝进行施工期温度、渗流、应力应变的综合仿真分析,得出了温度场、渗流场及应力场的分布规律,在此基础上评价整个坝体与坝基系统稳定性的安全度,为坝体与坝基系统的温控、渗控和安全性评价提供参考依据。同时对光照碾压混凝土重力坝进行了不考虑温度、徐变、浇筑过程和蓄水过程的应力-应变和安全度计算,并对两种计算的结果进行了比较,结果表明：对碾压混凝土重力坝而言两者的位移相差最大,达70 mm;应力差别其次,达1.5 MPa;而整体稳定超载安全系数则没有本质区别。由于变形、应力和稳定安全系数在碾压混凝土重力坝设计中都是重要指标,所以综合仿真分析具有意义。     

岗曲河面板堆石坝数值模拟分析

采用非线性有限元方法,对岗曲河混凝土面板堆石坝在施工期和蓄水期的应力变形进行了深入研究.有限元计算结果表明:坝体应力变形规律合理,坝体设计方案可行.     

基于非线性有限元的孟底沟拱坝数值模拟研究

孟底沟水电站是雅砻江中游第5个梯级电站,最大坝高200 m,所处位置地质条件复杂,保证其蓄水后良好的工作性态及整体稳定性对工程安全至关重要。通过建立孟底沟拱坝三维有限元模型,基于变形加固理论,分析了拱坝在正常工况和超载条件下位移变化、塑形区扩展规律及大坝整体稳定性。结果表明：孟底沟拱坝现设计方案的位移和超载稳定能力均能达到稳定要求。拱坝贴脚的设置显著降低了坝体和基础的塑性余能,对工程整体稳定性有利。对右岸f4断层两种置换处理方式的对比分析发现,浅表置换加洞井网格置换的处理方式对拱坝整体稳定性更为有利。     

陡峻河谷高面板坝坝体与坝基接触效应

以新疆大石峡250 m级特高面板砂砾石坝为依托工程,采用大型接触面直剪试验确定了筑坝料与基岩的摩擦接触参数,建立了考虑坝体与坝基相互接触作用的面板坝三维数值模型,研究了摩擦接触效应对坝体、混凝土面板应力变形以及止水接缝三向变位的影响。结果表明：双曲线模型符合筑坝料与基岩之间剪应力与位移的非线性关系;若不考虑坝体与基岩的接触效应,坝体边界处变形梯度和主应力值计算值均偏小,导致判断该区域坝体开裂区范围偏小而拱效应被高估;蓄水期面板挠度和顺坡向应力受接触效应影响相对较小,而轴向位移和轴向应力受接触效应影响较大;周边缝变位受接触效应影响非常强烈,在高水头压力作用下,坝体局部可能出现相对基岩的滑移导致周边止水变形和坝肩竖缝张开量大幅增加。陡峻河谷筑坝若不考虑接触效应,计算结果是偏危险的。计算结果和Anchicaya 坝实测渗漏位置结果均表明,周边缝变位控制是陡峻河谷面板坝建设的关键。     

雅砻江锦屏水电工程区域稳定性探讨

从地震地质的观点出发,探讨流域的地震稳定性,着眼于锦屏一级、二级水电站枢纽区的地震地质条件、历史地震情况,强震带的分布与地震活动情况,进一步讨论锦屏水电工程的区域稳定性。分析了施工期间横跨锦屏山的2条锦屏辅助交通洞施工揭露的锦屏山断裂与锦屏一级坝址区地下洞室和边坡开挖揭示的f13、f14、f5、f8及F1断层,其性状未超出预期,无新构造活动迹象,锦屏一级、锦屏二级水电站区域稳定。     

汶川地震对冶勒大坝影响分析

冶勒大坝为沥青混凝土心墙堆石坝,最大坝高124.5 m,坝址地震烈度高、地质条件复杂。该坝址距离“5.12”汶川大地震震中258 km,地震发生时坝区有强烈震感。坝上布置了由9台强震仪组成的强震监测台阵及埋设有较完整的大坝安全监测仪器,在此次汶川地震中获得了较完整的地震记录和其他监测资料。通过对强震监测资料及地震前后大坝变形、应力、应变及渗流渗压等方面的分析,考察汶川大地震对冶勒大坝工作性态产生的影响。分析结果表明,地震对大坝整体的应力、应变、渗流渗压并未造成明显的不利影响,但对大坝局部结构产生了一些不利的影响。总体而言,整个大坝在遭遇Ms8.0级大地震之后,外观无异常现象,总体运行性态基本稳定。     

锦屏复杂结构谷坡应力场反演模拟与特征分析

在野外实际地质条件调查的基础上,分析整理前人对锦屏有关地应力场的实测数据、模拟计算成果,研究多种地应力反演模拟手段,结合此次应力场的模拟目的,对锦屏一级水电站的地应力场进行更为细致、全面地反演计算。以II1勘探剖面为研究对象,对其进行细致概化,形成具有复杂结构的概念模型。同时,对河流下切历史进行分析,根据各阶地的下切速度和发育时间,设计岸坡线和风化线的演化过程。通过分析锦屏构造特征、地应力数据及前人的研究成果,经多次试算后确定,在VI级阶地重力场模型上,同时施加12 MPa和8 MPa的均布应力在两个垂直边界上,所得到的拟合结果最佳。对比分析模拟结果与实测地应力数据后认为,谷底应力包的量值和分布范围都有着较高精度的拟合,与前人的计算成果也有着较大的相似性。分析锦屏现今河谷地应力场特征认为,左右岸应力非对称分布,左岸受倾坡外断层、黄斑岩脉影响,应力分布情况比右岸复杂,其应力分异强烈带、卸荷范围均比右岸深。     

三峡高重力坝技术实践综述

三峡工程重力坝最大高度181 m,目前已蓄水至设计水位。大坝设计和施工过程中,通过特殊地质勘探、多种稳定计算方法对比分析、综合工程措施解决左岸坝段深层抗滑稳定问题;布置多层大孔口解决大流量、多任务的泄洪要求,运用钢筋混凝土有限元方法计算孔口配筋;运用二次风冷骨料、个性化动态通水、表面保温等技术进行温控防裂;采用富浆混凝土防渗、预埋冷却水管等技术进行碾压混凝土施工;采用封闭抽排方案、无盖重固结灌浆技术进行坝基处理。分析了大坝运行过程中纵缝开度变化、水位影响下坝踵应力变化的规律,提出了高重力坝在纵缝结构整体性、坝踵应力与应力控制标准、强震作用下大坝破坏机理及抗震措施等方面有待进一步研究的问题。     

锦屏一级水电站f5断层、煌斑岩脉复合灌浆技术研究

锦屏一级水电站发育的f5断层和煌斑岩脉对坝基的变形稳定、基础应力传递等极为不利,严重影响大坝稳定性及安全运营。针对f5断层、煌斑岩脉水泥灌浆存在的问题,结合f5断层和煌斑岩脉工程地质特征,开展f5断层、煌斑岩脉的水泥-化学复合灌浆加固技术研究。首先,对水泥-化学复合灌浆的作用机理进行分析,从灌浆材料、灌浆方法、现场灌浆试验、灌浆效果评价等方面进行了分析研究。研究结果表明,所采用灌浆材料可灌性较好,施工工艺、灌浆参数基本合理; 灌浆后岩体透水性得到了改善,对f5断层、煌斑岩脉声波波速、变形模量等有一定程度提高,但仍然没有达到设计要求。基于水泥-化学复合灌浆存在的问题,分别从灌浆材料、灌浆参数和灌浆质量检查等方面提出了优化建议。     

渗透压力对重力坝有限元分析的影响研究

针对有限元分析重力坝的应力和抗滑稳定性时,如何正确模拟作用在建基面上的扬压力的问题,通过对有限元法中不同扬压力施加方式对计算结果影响的分析比较,探讨了各自的适用性。采用平面渗流理论,分析了渗透压力对坝体变形、应力分布及抗滑稳定的影响。数值计算结果表明：坝体内渗流场形成后,将扬压力以面力的形式施加在建基面上的方法是不可取的;采用浮重度的方式模拟扬压力的作用,得出结果的可以近似地满足工程精度要求。计算结果还表明,防渗帷幕和排水孔对重力坝的应力、抗滑稳定具有较大的影响。