基于界面元法的向家坝重力坝深层抗滑稳定分析

重力坝的深层抗滑稳定分析多采用刚体极限平衡分析方法和非线性有限元法,但通常的刚体极限平衡法不能反映坝基岩体渐近失稳过程和破坏的力学机制,非线性有限元法则难以解决坝基中软弱结构面位移不连续问题。结合向家坝工程,建立了泄④坝段的计算模型,采用界面元法进行了大坝深层抗滑稳定分析,给出了坝基中破坏区的范围和分布,以及坝基的渐进破坏过程和可能滑体的抗滑稳定安全系数等成果,为坝基处理措施提供了重要的技术参考依据。研究结果表明,所建立的分析方法可以自然描述坝基岩体各种介质的错动、张开和滑移等不连续变形的特征,可用于重力坝坝基的深层抗滑稳定 分析。     

基于分项系数法的重力坝深层抗滑稳定分析

针对基于有限元法的重力坝深层抗滑稳定分析问题,根据工程实际中软弱结构面上的抗剪断摩擦系数和凝聚力变异性不同的特点,在计算中引入滑动面上抗剪断强度参数的分项系数,提出了一种新的应用于重力坝抗滑稳定的有限元计算方法--分项系数有限元法。该方法基于可靠度思想,以达到用极限承载状态时的强度储备系数或超载系数来表征大坝安全度。在已有研究成果的基础上,从坝基渐进破坏过程和破坏机理的角度进一步探讨了非线性有限元法应用于深层抗滑分析应注意的几个关键问题,以及基于分项系数法的深层抗滑稳定分析的安全系数控制标准。研究结果表明,滑动面上的应力分布性态和坝基岩体变形特性对抗滑稳定安全系数有重要影响。与常规刚体极限平衡方法的控制标准相比,分项系数有限元方法可以采用偏低一点的安全系数标准。     

高混凝土重力坝复杂坝基稳定安全度及极限承载能力研究

采用各向异性强化-软化的有厚度薄层单元模拟了坝基软弱夹层的力学变形特性,采用无厚度接触摩擦单元模拟坝基岩体节理裂隙,对高混凝土重力坝复杂坝基抗滑稳定采用三维非线性有限元分析,利用强度储备系数法模拟坝体坝基系统的渐进破坏过程、可能失稳模式,提出了塑性屈服区贯通的强度分析方法、典型特征点位移突变的变形体分析方法以及能量法联合判定坝体坝基系统极限承载力的研究方案,得出了坝体坝基系统的极限承载力。最后针对建设中的向家坝水电站高重力坝的深层抗滑问题进行了三维非线性有限元分析,计算结果表明,系统的极限承载能力由夹泥层的强度控制,极限状态的强度储备系数为2.7。     

强度折减DDA方法及其在稳定分析中的应用

在自行研制的非连续变形分析（discontinuous deformation analysis,DDA）程序中实现了自动强度折减法以模拟边坡的稳定性和安全系数。通过锦屏高边坡和某重力坝深层滑动的计算分析以及与刚体极限平衡法和有限元方法的比较研究可以看出,强度折减DDA法可以较高精度求出岩石高边坡的安全系数,但求得的重力坝深层抗滑稳定安全系数要低于刚体极限平衡法的结果。基于强度折减技术的DDA与FEM的耦合方法,可以较准确地求出重力坝深层抗滑稳定安全系数。     

应用变形分析研究重力坝深层抗滑稳定

坝基变形是引起坝基失稳的一个重要因素,但在研究坝基稳定性的过程中,坝基变形并未得到充分重视。关键点的合理选取是正确使用坝基变形特点研究坝基稳定性的前提,在对向家坝泄12坝段深层抗滑稳定进行非线性有限元分析时,对关键点的选取进行了有益的探索并提出了选取方法和关键部位的概念,即起主要抗滑作用的部位。通过研究各关键部位关键点的变形特点,根据关键部位在抗滑过程中的重要性并结合屈服区的发展,从不同的安全层面研究了重力坝深层抗滑稳定的安全度,并给出合理的处于极限状态的强度储备系数及其下限值,这种研究重力坝深层抗滑稳定的方法具有自己的特色。     

电站坝基岩体评价及深层抗滑稳定性分析

某水电站位于雅鲁藏布江中游桑日至加查峡谷段出口处,坝型为混凝土重力坝,最大坝高116m,属高坝。混凝土重力坝主要是依靠坝体自身重量于基础之上产生的摩擦力及坝体与基础之间的凝聚力来抵抗水压力以满足稳定要求,对基础岩体要求较高。根据该水电站坝基工程实践,从坝基岩体质量评价方法、分级标准及深层抗滑稳定计算方法等方面进行一些有益探索,对类似工程坝基岩体质量评价及深层抗滑稳定计算具有指导意义。     

三维极限平衡理论及其在块体稳定分析中的应用

岩体与土体失稳的滑稳面形状大多具有三维特征，用二维极限平衡理论难以得到与实际相应的分析结果。通过将滑动块体离散为一系列柱体，对每一条柱体，分析作用于条柱上的作用力和力矩平衡条件，提出块体稳定分析的三维极限平衡分析方法。该方法不需要对滑裂面作形状的假定，运用迭代解法，可以方便地求出可能滑动块体稳定系数。应用三维极限平衡分析方法对某电站坝基深层滑动块体的稳定性进行了分析，得到了一些有益的结论。     

三峡大坝深层抗滑稳定研究

三峡左岸厂房1～5号机组坝段存在高陡边坡沿缓（中）倾角结构面的深层滑动稳定问题,对坝基和高陡边坡稳定十分不利。根据实测的长大缓倾角结构面的分布,概化出各坝段的确定性滑移模式,并提出了两种假定的、极端的滑移模型。从工程结构措施、稳定分析方法以及监测资料分析等几个方面,探究了工程稳定性问题,校核和验证了大坝的稳定安全。分析方法主要采用刚体极限平衡法,同时辅以有限元数值分析与地质力学模型试验。左厂1～5号坝段按刚体极限平衡法求得的K′c值满足稳定安全的判据的要求,用其它分析方法：有限元法分析的K′c在3.0～4.5以上,地质力学模型试验,超载系数为3.5～4.2,表明左厂1～5号坝段在采取了各种工程结构措施后大坝及其岩基的抗滑稳定已有保证。     

基于三维非线性有限元的边坡稳定分析方法

刚体极限平衡法不能反映岩体中实际的应力分布,而基于有限元的强度折减系数法在判断收敛性方面存在一些问题。为了解决这些问题,采用多重网格法,分别建立用于有限元计算的结构网格和用于计算滑面稳定安全系数的滑面网格,可以方便地获得任意滑面或滑块的稳定安全系数,从而将非线性有限元和极限平衡分析结合起来。为了提高计算规模和计算精度,采用有限元并行计算程序TFINE.Pfem进行计算,分析了网格密度对计算结果精度的影响,并应用于锦屏高边坡的稳定分析中。与刚体极限平衡法结果的对比分析表明,由于考虑了计算过程中的非线性应力调整,该方法的计算结果比刚体极限平衡法偏大,而且更符合实际情况。     

重力坝坝基沿软弱结构面滑动失稳的非线性机制

对于存在单组软弱结构面的坝基深层抗滑问题,考虑了坝基软弱结构面介质在不同环境因素条件下的复杂弹脆性(应变硬化)和应变软化属性,用突变论建立了坝基沿单软弱结构面滑动的尖点突变模型。通过建立的模型分析,发现坝基滑动失稳主要取决于软弱面上复杂弹脆性介质和应变软化介质在应变软化拐点处的刚度比k、材料的均匀性指标m及几何力学参数;并给出了发生突变失稳的充分力学判据,指出传统的刚体极限平衡分析法存在一定的缺陷。指出库水水位上升还存在一种降低介质材料刚度比k的新机制,从理论上阐明,坝基滑动突变失稳的发生相应于水位峰值,在时间上可能具有滞后性;而工程处理措施的实施除提高坝基软弱结构面抗滑能力外,还具有一种增大材料刚度比k的新效应,使得滑动失稳更不易发生。     

一种基于安全因子判据的坝肩裂隙岩体动力抗滑稳定分析方法

基于某混凝土拱坝,结合现行拱坝设计规范,研究提出了一种基于安全因子判据的坝肩岩体动力抗滑稳定安全度分析方法。该方法综合利用有限元和（刚体）极限平衡两种方法的优点,考虑了凝聚力和摩擦力是不同的抗力,其不确定性具有较大差异性,定义了抗滑稳定安全因子,据此来判别坝肩岩体的抗滑稳定安全度,安全因子随着凝聚力与摩擦力所占权重不同而变化,这种方法既考虑了坝肩岩体与坝体的联动作用,又能够反映拱坝体系真实的工作性态。通过某混凝土高拱坝工程实例,分析了坝肩裂隙岩体的抗震稳定性,结果表明,该方法具有较高的实用价值。     

混凝土重力坝双滑面抗力方向角的取值研究

在《混凝土重力坝设计规范》(SL319-2005)中标准双滑面的稳定性程度推荐采用等K法进行计算,但对于抗力方向角的选取并没有统一的标准,研究表明,该方法中抗力角的选取对计算结果比较敏感。为了得到合理的抗力方向角,采用Sarma法、有限元法及刚体极限平衡法中的无条分法对抗力角的选取进行了深入的探讨,并给出了抗力方向角的选取建议。最后通过具体混凝土重力坝工程实例,依据抗力角的选取建议对其沿缓倾角软弱结构面的抗滑稳定问题进行分析,并给出了其最危险滑移面。     

3D stability analysis of gravity dams on sloped rock foundations using the limit equilibrium method

A convenient approach to performing stability analysis of concrete gravity dams is the so-called two-dimensional “gravity method.” However, concrete gravity dams located in valleys with sloped rock foundation abutments behave as three-dimensional (3D) structures and are often able to share compressive and shear loads between adjacent monoliths, especially when shear keys are present. A general 3D limit equilibrium method was developed in this study to compute global sliding safety factors (SSF_g) by considering sequential load redistribution among adjacent monoliths when individual monoliths have mobilized their sliding strength. Two validation examples of the sliding safety assessment of existing dams are presented to illustrate the accuracy and efficiency of the proposed approach compared to that of the full 3D numerical analyses conducted using the distinct element method. It is shown that gravity dams may be formed by individual monoliths on sloped rock foundations that will slide if considered as isolated structures but will constitute a stable assembly when the load-sharing capabilities of monoliths are recognized in the analysis.     

喜河水电站坝址区缓倾角结构面综合分析研究

喜河水电站坝型为混凝土重力坝,重力坝对地基岩体的抗剪强度有较高的要求。前期勘查成果表明喜河水电站坝址区存在较多的缓倾角结构面,缓倾角结构面的存在是影响坝基抗滑稳定的关键,因此要对坝基作出抗滑稳定性评价。首先要研究坝址区缓倾角结构面的分布规律及连通情况,通过对坝址区缓倾角结构面的综合分析研究提出合理的坝基岩体的综合抗剪强度。     

筱溪水电站重力坝坝基锚筋桩加固研究

介绍了岩体锚杆的加固机制,推荐了相应的极限平衡法和有限元法,并将其应用于筱溪重力坝坝基的锚筋桩锚固研究。该坝坝基受顺河向区域性断层影响,河床中部破碎带及影响带宽达180 m。为解决坝基稳定问题,布置了系统的锚筋桩。通过现场试验,证实了坝基锚筋桩锚固的可靠性。通过分析计算,对锚筋桩的倾角、长度、间距等参数进行了设计。在施工工艺方面也作了精心安排。该工程已顺利实施,并于2008年1月开始正常运行。     

工程荷载作用下缓倾角反倾似层状岩质边坡变形稳定性分析

在反倾层状边坡的破坏机制和稳定性分析方面,由于其稳定性一般较好,系统深入地研究其破坏机制和稳定性的反而不多。以火山岩地层多次火山喷发旋回形成的缓倾角反倾似层状岩质边坡为研究对象,利用有限元分析其位移矢量图,揭示边坡的变形破坏机制和稳定性控制要素,利用极限平衡法、矢量和法,评价其稳定性,利用强度折减法分析塑性区的扩展规律,揭示滑动面发展的时间空间规律,结果表明,（1）类似层状反倾岩质边坡的潜在破坏模式为剪切–张拉破坏,滑面形态表现为近似折线状：顺坡向穿过凝灰岩夹层和强风化岩体,后缘通过陡倾结构面;（2）极限平衡法、矢量和法的边坡稳定性综合评价表明边坡浅层稳定性不满足工程稳定性要求,深层稳定性满足工程稳定性要求,且三维矢量和安全系数大于二维结果,是三维效应造成;（3）塑性区扩展揭示滑面的空间发展序列为滑面4、5、3。文中的技术路线和分析方案可用于缓倾角反倾层状岩质边坡稳定性评价。