温度探测土坝圆柱状集中渗漏模型研究

渗漏是堤坝破坏主要形式之一，只有确定渗漏发生的确切位置和集中渗漏通道的大小和强度，才能对其有效治理。本文基于渗流和渗漏情况下堤坝温度场特征及温度示踪基本原理，对复杂的实际问题进行科学简化合理假设，把集中渗漏通道简化为圆柱状并作为边界条件，结合钻孔探测温度实际，运用稳定热传导理论，建立了圆柱状堤坝渗漏温度示踪模型。利用测井温度曲线的最大异常温度，该模型可以计算渗漏通道的位置，渗漏通道大小，流速等参数。工程实践表明，对于垂向流速较小的地下水渗漏进行温度场示踪是有效的方法。     

坝基集中渗漏通道的温度场反分析与试验研究

渗漏是严重影响堤坝安全的主要形式,确定渗漏通道的位置是进行堤坝渗漏整治的前提和基础。温度场探测堤坝渗漏的研究是其中一种较便捷的方法,但是在理论上还需要进一步完善。在库水和地下水存在着温度差异的基础上,考虑堤坝发生集中渗漏后,渗漏通道中的地下水与周围土体进行热量交换,造成渗流通道附近地层温度发生改变,建立起温度场对渗漏通道的反演模型。在前人研究的基础上,考虑地温梯度的影响,可以建立有集中渗漏通道影响下的二维热传导方程,进而以现场测井的温度数据作为边界条件,对泛定方程进行求解,最终得到渗漏通道的位置。计算结果和实测结果的对比表明,通过温度场反推渗漏通道参数的方法是可行的。     

基于GA-PSO算法的冻土本构模型参数识别

遗传算法(GA)与粒子群算法(PSO)分别具有缺乏目标导向性和易陷入局部最优的缺点,但同时分别具有全局搜索能力强与能有效传递优势信息的优点。本文以GA计算步结合精英保留策略作为PSO计算步的优势信息,避免PSO算法陷入局部最优,以PSO计算步结合非精英优化策略作为GA计算步的导向信息,克服GA算法缺乏目标导向的问题,建立了GA-PSO新算法。其具体过程为,通过采用GA计算步对解空间进行全局搜索并对精英个体进行保留,进一步,将适应度较差的个体利用PSO计算步进行优化。基于多峰函数的验证结果表明,GA-PSO算法在解空间中具有更强的全局搜索能力,同时具有更快的收敛速度。将GA-PSO算法应用到冻土非正交弹塑性本构模型的参数识别中,通过模型的参数识别以及模型预测结果对比与验证,结果表明GA-PSO算法能够有效识别冻土非正交弹塑性本构模型的参数,提升了模型的预测效果。     

大地电磁测深拟二维模拟退火约束反演

大地电磁测深(MT)资料解释的核心是反演问题,其反演方法可分为两大类:局部方法和全局方法。局部方法基于最小方差原理,依赖于目标函数的导数求解,因而其解依赖于初始模型,容易陷入局部极值,难以得到全局最优解。全局方法如模拟退火算法,它是近年发展起来的全局最优化算法。其主要优点是:不用求目标函数的偏导数及解大型矩阵方程组,即能找到一个全局最优解,而且易于加入约束条件,方法易于移植。目前模拟退火算法已开始用于解决非线性地球物理反演问题,但还存在计算效率低的缺陷。以快速模拟退火算法为基础,对大地电磁测深理论数据及实际资料进行快速模拟退火约束多参量的反演,效果较为理想。对H型地电断面的理论曲线反演和根据某盆地预探井实际资料对中生界厚度及基底埋深的反演作了举例说明。     

大地电磁实码广义遗传反演算法研究

大地电磁反演问题通常表述为目标函数最优化,难点是多参数、非线性和不适定性,局部和全局方法都不能实现快速全局优化[4].针对局部线性方法易使解陷入局部极值,严重依赖初始模型,而传统的遗传算法在优化应用中存在局部搜索能力弱、早熟收敛等问题.这里引进一种求解一维大地电磁测深反演问题的实数编码广义遗传算法.该算法利用拟网格法初始种群和综合交叉策略,克服了早熟收敛现象,从而提高了遗传寻优的效率.理论模型反演与其它方法比较,结果说明遗传算法具有不依赖初始模型,不容易陷入局部极小,多点多路径概率搜索,以及隐合并行性等优点.     

利用孔中温度场分布确定堤坝渗透流速的热源法模型研究

地下水温度场是研究地下水运动的一种良好的天然示踪剂。库水或河水发生集中的强渗漏时,由于库水、河水与地下水之间的温度差异,渗漏水必将对周围地层温度产生影响。本文对这种由于热源运动而产生的影响进行研究,将渗漏通道看作是一个线热源,利用虚拟热源法推导出了地层中过余温度公式,提出了一个利用孔中温度分布研究堤坝渗漏的简化模型。利用该模型可以计算出堤坝渗透流速,为工程加固提供科学依据。     

基于遗传算法的磁异常反演

遗传算法是模拟自然界生物进化思想所得到的一种全局非线性最优化算法,该算法可有效地避免局部最优解。这里介绍遗传算法的原理以及基于其算法的磁异常反演算例,对不同迭代次数所得理论模型反演的磁性体空间位置与磁性等参数的相对误差进行了对比。据此,对四川会理黎溪地区某磁铁矿区外围8号剖面上实测△T磁异常进行遗传算法,并迭代拟合反演,求其反问题,获得了与后续工程揭露及磁性测定结果相吻合的结果。     

磁共振方法在堤坝渗漏探测中的实验

为精确定位堤坝渗漏点位置,介绍了一种能直接定量探测水的地球物理方法--磁共振法。通过阐述磁共振方法的基本原理和反演算法,确定适用于堤坝渗漏探测的线圈类型和测量方式。采用吉林大学自主研制的JLMRS型磁共振探水仪,在辽宁桓仁崔家街堤坝坝顶铺设4匝边长为12.5 m的正方形线圈,连续测量15个点,测量深度达35 m。经过数据处理和反演解释,得到坝体二维含水量剖面图,为消除上游水体对实验结果的影响提出了修正方法,进而得到坝体二维相对含水量剖面。实验结果表明:崔家街大坝存在3个渗漏点（距溢洪道140、180和240 m处）和2个渗透区（距溢洪道100～150 m和170～250 m处）;深度为-20~-10 m,为砾卵石层渗漏,与工程地质资料和下游渗水情况相符。     

用遗传算法进行瑞利波反演

瑞利波反演属于非线性最优化问题,已有的局部线性化方法(如阻尼最小二乘法)常使解估计陷入目标函数的局部极小值之中,且严重地依赖初始模型.另外,目前被广泛应用的一些简单的瑞利波反演方法也存在明显的缺陷.全局优化法-遗传算法大大放松了对初始模型选择的要求,且不易陷入局部最优解中.本文用已有的简单宜行的反演解释方法获取初始模型,从而确定模型参数的搜索范围,再用遗传算法反演得到最终的介质模型,效果非常理想.     

变参数DCD算法在岩土工程位移反分析中的应用

常规DCD(dynamic canonical descent)算法具有全局优化能力且无需考虑目标函数的可微性,只要预先定义优化空间即可,但是该算法的收敛速度有限,为此提出了变参数DCD算法,并建立了其相应的算法迭代格式。在数值试验和工程应用中将该变参数DCD算法与常规的DCD算法进行比较,其结果均表明：变参数DCD算法在全局优化能力和收敛速度上找到了一个均衡点,该算法不仅具有DCD算法的全局优化能力,而且收敛时所需的目标函数评估次数少,在优化过程中该算法展示出了稳定性强且优化结果可靠度高的一面。     

绕坝渗流地下水位的时空分布模型研究

许多大坝的失事是由于高地下水位引起坝肩失稳所致。绕坝渗流是影响坝肩高地下水位的主要因素。为此通常将大坝基础防渗帷幕延伸到坝肩岸坡内一定距离,以减小绕坝渗流影响。而防渗帷幕运行性态随时间变化,为了评价坝肩防渗帷幕和地下水位的运行性态,首先分析了地下水位观测资料和水位、降水、温度、时效等时空影响因素及其表达式,随后基于岸坡地下水位观测资料,利用最小二乘法建立了大坝岸坡地下水位的时空分布模型。通过比较模型剩余标准差和测点的剩余标准差,可以确定坝肩地下水位的异常测点,分析岸坡防渗薄弱部位,掌握坝肩岸坡渗流场时空分布规律,监控绕坝渗流的性态。     

Elasto-Viscoplastic Block Element Method and its Application to Arch Dam Abutment Slopes

Summary This paper presents an elasto-viscoplastic block element method and its application to the deformation and stability study of arch dam abutment slopes. The paper is composed of two parts. The first part concerns the numerical methods used in the analysis, which includes the identification of the rock blocky system, the algorithm of unconfined seepage flow in discontinuity network taking the grout curtain and drainage curtain into account, and the elasto-viscoplastic block element method as well. In the second part a complicated arch dam abutment slope is studied, from which the seepage flow, the deformation, and the safety factor of the abutment slope are obtained. Based on the analysis suggestions about the seepage control and stabilization measures are made. Received October 15, 2000; accepted October 16, 2001 Published online August 2, 2002     

Seepage problems in the right abutment of the Shahid Abbaspour dam, southern Iran

In this study, seepage phenomena through the right abutment of Shahid Abbaspour dam are investigated. The Shahid Abbaspour dam is a 200 m high arch dam, which regulates the waters of the Karun River, serves power generation, and flood control and irrigation needs. The dam site lies in the Zagros Mountains of southern Iran. This region presents continuous series of mainly of karstic limestone, marl, shale and gypsum ranging in age from Jurassic to Pliocene. The region has subsequently been folded and faulted. Seepage from the Shahid Abbaspour reservoir occurs mainly through the karstic limestone.The basic foundation treatment of the dam consisted of consolidation grouting, a high-pressure grout curtain and a drainage curtain. Moreover, a 144 m high and 30 m wide concrete cutoff wall was built to prevent reservoir seepage through a clay-filled fracture zone in the right abutment. The grout curtain penetrates the “Principal Vuggy Zone” only beneath the central portion of the dam and below the cutoff wall. In the right abutment fan curtains were constructed to reduce drainage flows, but the seepage problem could not be solved. In order to determine the seepage direction and karstification pattern, hydrogeological studies have been carried out. Additional investigation boreholes have been drilled to monitor fluctuations in groundwater level. Besides these, water chemistry, dye tracer, pinhole and XRF tests have been carried out. As a result of these studies, seepage paths have been identified in the karstic limestone in the right abutment of the dam.     

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。     

李家峡水电站坝址环境水化学特征与演变

坝址环境水质及其时空变化隐含了丰富的信息,可以揭示水、岩、帷幕间的相互作用情况以及渗流条件的改变。以李家峡水电站为例,对坝址不同部位渗流水进行采样检测的基础上,综合运用水化学图示、统计分析等方法,研究了坝址环境水质空间分布特征,并与之前的检测结果对比分析水质变化趋势。研究显示,廊道内渗水总体上呈现出“高矿化”的特征,且坝基部位较两岸坝肩尤甚,表明两岸部位帷幕前后水力联系相对活跃;从时间演变看,左岸及坝基廊道部位的水质与此前检测分布较为一致,表明对应部位防渗性能变化稳定;右岸水样两次检测情况变化较大,表明右岸廊道部分部位渗流条件变化较大。     

卡拉水电站坝区渗流控制效应精细模拟与评价

卡拉水电站坝址区河谷狭窄,岸坡陡峻,地质条件复杂,渗漏问题突出。为减小卡拉坝区渗漏并改善大坝的渗透稳定性,工程设计采取防渗帷幕、排水孔幕和排水洞等防渗排水措施。采用子结构、变分不等式和自适应罚函数相结合的方法（简称SVA方法）,结合典型溢流坝段与坝区整体渗流场分析成果,评价卡拉大坝及坝基渗流控制方案的合理性,并论证其优化的可能性。研究表明：①防渗帷幕有效雍高了帷幕上游侧岩体内的地下水位、增加了绕坝渗流的渗径长度并降低了坝基的扬压力,排水系统则显著降低了坝体内的孔隙水压力以及坝基扬压力;②排水孔幕间距对坝体内的自由面分布有着显著影响,排水孔幕间距取3.0～4.5 m是合适的。     

Seepage problems in the karstic limestone foundation of the Kalecik Dam (south Turkey)

Seepage phenomena through the karstic limestone foundation of Kalecik Dam are investigated. The dam, designed as a rock-fill dam with a height of 77 m, is already used for irrigation. The foundation consists of Mesozoic ophiolite, Paleocene allochthonous units composed of different lithologies, and Miocene conglomerate. The conglomerate lies unconformably on the other units. Quaternary basaltic lava patchily covers the others. Seepage from upstream to downstream occurs through the allochthonous karstic limestone. This limestone, which is overlain by conglomerates, has a thickness increasing towards the right abutment.

To prevent seepage at the right abutment, a 200-m long and 60-m deep grout curtain along the dam axis was constructed. After the impoundment, some springs occurred downstream, and for this reason, extra grouting was performed. However, the seepage problem could not be solved. In order to determine the seepage direction and karstification pattern, hydrological studies have been done. Additional investigation boreholes have been drilled to observe fluctuations of the groundwater level and to analyze hydrochemistry. Also, dye tracer tests have been carried out.

As a result of these hydrogeological studies, seepage paths were observed in the karstic limestone located between the dam and the spillway. As those carbonate rocks continue beneath the spillway, the seepage problems are enjected to continue.     

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     

西安市黑河水库左坝肩渗漏三维数值模拟及坝肩坡体稳定性分析

直接针对西安市黑河水库左坝肩渗漏这一重大工程实际问题展开研究与计算。应用三维有限差分方法对左坝肩单薄山梁的初始渗流场、蓄水后的渗流场进行了数值模拟 ,分析渗漏方式、计算相应的渗漏量 ,并通过计算说明了断层是集中渗漏通道。而后利用三维数值计算提供的水位值 ,应用极限平衡分析法 ,对左坝肩岩质斜坡稳定性进行计算与分析 ,计算结果对实际工程的决策与治理提供重要的依据。     

武汉高腊梅水库大坝安全研究

在调查高腊梅水库大坝所处地形地貌、地层岩性、地质构造与地震及水文地质等地质环境条件的基础上,研究了坝体、坝基及坝肩的工程地质特征,对坝体的稳定性、填筑土的渗漏,坝基及坝肩岩（土）体的渗透等问题进行了评价.对可能产生的工程地质危害及应采取的加固处理措施等提出了有针对性的建议.