基于有限元极限平衡法的尾矿坝坝体稳定分析

在平面应变条件下,采用基于弹塑性应力应变分析的有限元极限平衡法对尾矿坝坝体的稳定性进行研究。该方法可较好地结合极限平衡分析方法和有限元应力分析方法的特点。通过弹塑性有限元分析,合理准确地考虑结构整体应力场的影响,进而结合Hooke-Jeeves法优化搜索最危险滑动面的位置及其对应的最小安全系数。以某尾矿坝实际工程为例,比较分析了考虑正常、洪水以及特殊工况运行下有限元极限平衡法与极限平衡条分法和有限元强度折减法在安全系数大小及滑动面形状和位置的差异,重点运用有限元极限平衡法对尾矿坝坝体的稳定性进行验算并作出安全评价,为尾矿坝的安全设计施工提供可靠依据和技术支撑。     

复合地基加固路堤的稳定性分析

通过对复合地基加固路堤稳定性的极限平衡法和有限单元法的计算结果进行对比分析,揭示出当路堤的稳定性由复合地基决定时,极限平衡法和有限单元法的计算结果存在较大差异。应用岩土有限元软件Plaxis中的强度折减法可得到合理的路堤稳定性分析结果。对复合地基中桩体破坏模式的分析认为,桩体发生非剪断破坏之外的弯曲、转动、拉伸等破坏模式是极限平衡法与有限单元法计算结果产生差异的根本原因。由此进一步指出,当处理存在土与结构物相互作用的边坡稳定问题时,极限平衡法的分析结果可能会高估了边坡的稳定性,应慎重判别其合理性。     

渗流与地震作用下铁矿尾矿坝稳定性分析

尾矿坝有别于传统的挡水坝体,其堆积材料具有松散性、非均匀性及填筑质量不可控性等特点,常常在地震、强降雨等不利因素作用下发生溃坝灾害,严重危及人民生命财产安全。合理评判尾矿坝坝体在不同工况下的稳定性状是科学防灾减灾的前提。本文以内蒙古包钢集团某铁矿尾矿坝为研究对象,通过现场勘察与室内外试验,初步评价尾矿坝堆积体的稳定性,获取稳定性分析所需的物理力学参数;考虑强降雨渗流及地震作用,分别采用Geo-studio及STAB土质边坡稳定性分析软件,基于极限平衡法进行天然工况、暴雨工况、地震工况及暴雨+地震工况下的稳定性计算;基于有限元强度折减法,采用ABAQUS软件针对上述工况进行尾矿坝体稳定性对比计算;综合分析了三种稳定性计算方法在潜在滑带识别及稳定性计算成果等方面的差异,建议了极限平衡法与有限元分析相结合的复杂工况下尾矿坝稳定性分析方法。分析结果表明:渗流与地震作用下某铁矿2#尾矿坝段处于欠稳定状态,其余坝段处于稳定状态,为该尾矿库溃坝危险性评价提供了科学依据。     

岩质滑坡稳定性有限元分析

目前国内外大多数规范中推荐或者强制性规定滑坡稳定性分析采用极限平衡法。由于极限平衡法本身的局限性,存在诸多不合理之处,如何对其进行改进使之更加合理已成为岩土工程中的重要课题之一。针对岩质滑坡存在明显的软弱滑动带的特点,提出了有限元计算过程中不同滑动带的处理方法,结合工程中常用的不平衡推力传递法,给出了滑坡稳定性的有限元分析方法,将其应用于芡草沱滑坡,并与基于刚体极限平衡原理的不平衡推力传递法的计算结果进行了比较,表明其计算方法可靠,可直接应用于实际工程。     

考虑层间错动的顺层岩质边坡稳定性分析

渝怀线DK385+470～DK385+700段为典型的顺层岩质边坡,当采用滑面为直线型的刚体极限平衡法进行分析计算时,由于无法考虑滑体内的层间错动对边坡稳定性的影响,直接导致稳定系数计算结果偏大。根据极限分析上限法原理,结合工程实例,提出了考虑层间错动的顺层岩质边坡极限分析上限法,并推导了这种方法的稳定系数计算公式。该方法可以将层间错动产生的内能耗散计入到虚功率方程中,因而可以考虑层间错动对边坡稳定性的影响。以渝怀线典型顺层岩质边坡为例,采用刚体极限平衡法和极限分析上限法分别进行了稳定性分析计算,结果两种方法却得出了截然相反的结论。     

改进重度增加法在岩质边坡稳定分析中的应用研究

目前强度折减法和重度增加法是边坡稳定分析中的常用方法。采用重度增加法时,当存在边坡摩擦角较大情况时,计算出的安全系数较大,通过对此方法进行改进可得到改进重度增加法。本次研究基于ABAQUS建立了我国某岩质边坡的二维有限元模型,采用改进重度增加法对该边坡的稳定性进行了分析,并与强度折减法和极限平衡法得出的结果进行对比。结果表明:改进重度增加法计算出的结果与强度折减法和极限平衡法计算出的结果接近,验证了该方法的可行性和计算精度。     

基于滑动面应力假设下的三维边坡稳定性极限平衡法研究

基于滑动面法向应力的简单计算模式及Mohr-Coulomb强度准则,多个计算参数被使用对滑动面应力进行合理假设,并依据三维滑动体所满足的静力平衡条件,推导三维边坡稳定性极限平衡解答。同时,在三维边坡稳定性分析中,以往研究成果被采用对滑动面剪应力方向进行假定,且基于所采用极限平衡方程数目的不同,由此实现三维边坡极限平衡非严格法、准严格法和严格法。经与经典算例对比,验证了方法的可行性,并分析了三维非对称滑动体时非严格法、准严格法和严格法之间所得结果的差异。研究表明:非严格法所得计算结果偏小,其分析得到的边坡稳定性较为保守;准严格法与严格法计算所得结果接近,故采用不完全满足滑动体所有静力平衡条件的准严格法同样能得到较为可靠的安全系数。此外,所提方法构建了合理的滑动面应力假设,且求解过程简单,无需迭代计算,便于编程,从而利于工程应用。     

云南绿春县把不粗梁子挖方边坡稳定性研究

采用FLAC3D有限差分法对绿春县把不粗梁子挖方边坡稳定性进行研究,通过建立非均质三维模型,分析把不粗梁子在开挖前后的位移变形量,以及天然、降雨情况下的应力分布状况;对应力集中区采用极限平衡法计算其稳定性系数。综合有限差分法和极限平衡法计算结果,对把不粗梁子挖方边坡提出防治措施及建议。     

基于离散元的重力坝多滑面深层抗滑稳定分析

重力坝的深层抗滑稳定分析多采用刚体极限平衡法和非线性有限元法,但刚体极限平衡法不能反映坝基岩体渐进失稳过程和破坏的力学机制,非线性有限元法模拟岩体不连续效率低,且还未有统一的失稳判据。基于离散块体边界应力计算结果,提出重力坝坝基多滑面抗滑稳定安全系数计算公式,并探讨了以坝体-坝基系统能量突变作为坝基失稳判据的物理意义。通过与非线性有限单元法、刚体极限平衡法计算结果的比较,验证了所提方法及判据的可靠性及合理性。结合向家坝水电站重力坝泄12#坝段进行计算分析,结果表明：基于离散元强度储备系数法搜索的坝基失稳通道由坝基岩体屈服区和结构面滑移带组成,所提计算方法与判据适用于实际工程的坝基深层抗滑稳定计算分析,且计算结果偏安全。     

水位骤降时的非饱和坝坡稳定分析

从非饱和土抗剪强度理论出发,应用极限平衡法和以有限元应力计算为基础的极限平衡法,分别对库水位骤降时的坝坡稳定进行了计算。分析中采用非饱和-非稳定渗流理论,模拟了孔隙水压力的消散过程,并考虑基质吸力对土体抗剪强度的影响,将每个渗流分析结果调入稳定分析模块计算其稳定性。最后将两类极限平衡法稳定分析结果进行了比较,结果表明,库水位的骤降,易引起坝坡的滑动,随着超静孔隙水压力的消散,坝坡稳定性逐渐提高;随着孔压消散,基质吸力对抗剪强度的贡献增大。     

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。     

Assessment of Relationship Between Grouted Values and Calculated Values in the Bazoft Dam Site

Seepage through foundation and abutments of a dam can potentially result in a waste of the water stored in dam reservoir, erosion of foundation materials, and development of uplift pressure in dam foundation which, consequently, threatens the long-term stability of the dam. In this study, the grout volume is estimated based on parameters such as joint aperture, the maximum penetration length of the grout, and calculated grout take in Bazoft dam site. Bazoft Dam is a hydroelectric supply and double-curvature arch dam with a height of 211 m located in Chaharmahal and Bakhtiari Province of Iran. The bedrock of Bazoft dam site consists of Asemari Formation (limy marl and marly lime), in the middle and upper parts of left abutment, and Jahrom Formation (limestone and dolomite) in the right abutment, river bed, and lower part of left abutment. The joint apertures were calculated based on the permeability and the joint spacing. Next, the maximum penetration length of the grout and grout volume were calculated. Using a statistical analysis, the relationship of the joint aperture, maximum penetration length, and the calculated grout volume with real grout take was also investigated. The results show that the grout take can be predicted with appropriate accuracy based on the calculated grout volume.     

土石坝边坡稳定性分析的温控参数折减有限元法

将土石坝渗流的有限元计算和坝坡稳定分析的强度折减有限元法相结合,对土石坝坝坡的稳定性进行分析。考虑渗流作用时,首先采用有限元法计算坝体渗流场,通过迭代计算出稳定渗流的逸出点和浸润线位置,并根据水力梯度计算坝体所受的渗透力;然后将渗流分析所确定的渗流力与土体自重、浮力、地震力等荷载共同施加在坝体上,采用温控参数折减有限元法计算土石坝坝坡的临界失稳状态及其所对应的安全系数。分析结果表明,采用此方法进行土石坝坝坡稳定分析是合理的,且大大提高了计算效率     

糯扎渡电站溢洪道边坡稳定分析及系统锚固方法

糯扎渡水电站位于云南省思茅市境内,是澜沧江流域开发中具有十分重要意义的工程。设计土石坝方案的溢洪道开挖边坡的稳定性关系到该方案的合理选择。通过对溢洪道附近的平硐与露头的野外调查,获得了1 400余条结构面的详细信息,在岩体结构面统计基础上,运用随机网络模拟的方法得到了溢洪道开挖边坡的裂隙网络图像,分析了岩体结构面的连通率,采用Hoek和Brown提出的GSI体系,对岩体质量进行综合定量评价,在此基础上,提出各高边坡岩体力学参数的综合指标。应用模拟退火算法,搜索出边坡潜在的最危险滑裂面的位置,并运用Sarma法分析了开挖边坡的稳定性,提出各个边坡稳定性的分析评价成果以及建议的边坡系统锚固措施。     

房县深峪沟病险水库黏土心墙坝稳定性分析

以房县深峪沟病险水库黏土心墙坝为研究对象,对其渗流稳定和坝坡稳定性进行评估,目的是为加固设计提供参考。设计了校核洪水位、设计洪水位、正常蓄水位的稳定渗流计算,校核洪水位降到正常蓄水位、正常蓄水位降到死水位的非稳定流计算工况,其中正常蓄水位降到死水位的工况又设计了5种降速计算方案,利用自动搜索滑动面的Morgenstern-Price法计算了不同工况下的坝坡稳定性,分析发现：校核洪水位稳定渗流背水坡安全系数k＜1.15,不满足工程稳定性要求;设计洪水位和正常蓄水位工况,安全系数k＜1.25,不满足工程稳定性要求。校核洪水位到正常蓄水位的迎水坡满足k≥1.15的要求,背水坡不满足k≥1.15的要求;正常蓄水位到死水位迎水坡在设计的5种降速下均存在时间步不满足k≥1.25的要求,所以该水库属于病险库,需要加固处理     

高堆石坝瞬变-流变参数三维全过程联合反演方法及变形预测

利用反演分析得到的参数进行高面板坝的应力、变形分析来预测长期变形。由于堆石坝的施工过程和变形机制比较复杂,很难将瞬时变形和流变变形分开,因此,有必要对静力本构模型参数和流变模型参数进行综合反演。利用实测位移资料,以对堆石坝变形较敏感的静力本构模型和流变模型参数为待反演参数,采用基于粒子迁徙的粒子群算法和径向基函数神经网络构建参数反演平台,该方法克服了粒子群算法易陷入局部最优和早熟收敛的缺点,采用经过训练的神经网络来描述模型参数和位移之间的映射关系,节省了参数反演的计算时间。对水布垭高面板坝的反演结果表明,基于反演参数的沉降计算值与实测值吻合得很好,坝体变形在合理范围以内并趋于稳定。     

菌扒湾崩塌体稳定性评价

水库库岸稳定一直是工程建设者最为关心的问题之一,特别是坝前库岸稳定更是工程建设需要重点关注,菌扒湾崩塌体是某工程坝前的松散堆积物边坡,其稳定性影响工程建设及蓄水后边坡稳定,本文将论述菌扒湾崩塌体在不同工况下的稳定性问题。     

碾压混凝土高拱坝坝肩稳定及坝体开裂静动力分析

强震区高拱坝抗震问题的研究十分重要,高拱坝静力稳定研究和极限抗震能力复核,是确保地震后不发生库水失控下泄的关键课题之一。采用物理模型试验与数值计算的方法,根据汶川震后新核定参数,并考虑降强因素的影响,对沙牌碾压混凝土拱坝进行静动力分析和复核。通过三维地质力学模型综合法静力破坏试验,研究拱坝坝肩在正常荷载作用下的稳定安全性,得到沙牌拱坝坝肩综合稳定安全系数为3.76,建议对两坝肩开裂较严重区域进行加固处理。在此基础上,基于反应谱理论进行三维有限元动力分析,将应力成果导入开发程序由Drucker-Prager（D-P）和Mohr-Coulomb（M-C）准则对加固后的沙牌拱坝进行动力复核计算,并研究大坝的开裂情况和极限抗震能力,计算结果表明,沙牌拱坝的整体抗震稳定性能良好,仅在万年一遇地震工况下发生坝肩浅表层失稳。研究成果表明,沙牌拱坝坝肩稳定性较高、坝肩加固效果良好,从而在“5.12”汶川地震中表现出超强的整体稳定性和抗震能力,其全面开展的研究工作和采取的工程措施可供国内强震区同类型拱坝工程建设及运行借鉴和参考。     

公伯峡电站进水口5＃坝段坝基三维抗滑稳定分析

针对黄河公伯峡水电站工程进水口5#坝段坝基稳定问题,根据断层切割情况,建立了三维极限平衡计算模型,推导了楔形体三维抗滑稳定计算公式,计算了不同工况条件下的抗滑稳定安全系数,计算结果表明其抗滑稳定满足规范要求。     

金江滑坡地震工况稳定分析与探讨

现阶段滑坡稳定计算大多采用拟静力方法中的极限平衡法,也是现行规范中推荐采用的计算方法。对于大多数滑坡持久工况和短暂工况该方法计算结果与地质理论评价结果基本一致,但对地震工况下的多数计算结果则与实际地质分析结果相差甚远。金江滑坡是白鹤滩水电站近坝区的一个巨型滑坡,在对该滑坡进行极限平衡法分析计算时,首先根据《水工建筑物抗震设计规范》(DL5073-2000)土石坝抗震稳定计算中对地震效应的处理方法,计算出滑坡体不同高度上的动态分布系数及相应高度上的水平向地震力和动态分布系数等效值,进而求解出地震力作用于整个滑坡体上的水平加速度折减值,然后再利用该水平加速度折减值进行稳定性计算。结果表明:在地震工况下金江滑坡整体稳定,稳定性系数为1.23~1.45,与实际地质理论分析结果具有较高的一致性,避免了完全按拟静力法计算结果与地质理论分析结果不符的问题出现。