地震强度对堆石坝变形的影响

采用基于状态相关的剪胀理论的临界状态砂土模型,以SUMDES2D为有限元平台,对直接建造在基岩上的心墙堆石坝进行了1组抗震性能计算,分析了坝体在不同的地震强度下的动力响应,以研究地震强度对土石坝变形机理的影响。计算结果表明,地震强度越大,地震所引发永久变形和局部变形就越大; 文中除了给出土石坝的总体位移及变形状况外,还提供了堆石坝在某些局部位置的应力路径和应力应变关系,探讨了不同地震强度下坝体破坏的内在机理。局部土单元的动力响应,揭示位于坝体上游坝坡马道附近单元由于密实度小,在应力不大的情况下就达到材料的临界状态,随着地震强度的增加,该部位由稳定逐步过渡到临界状态,而后沿着临界状态线发展,土单元由稳定逐步过渡到流动变形。     

乌东德高拱坝极限抗震能力研究

乌东德水电站是金沙江下游河段上4个水电梯级的最上游梯级,大坝为265 m高的双曲拱坝。采用非线性有限元法,将拱坝坝体-坝基作为一个整体系统,在考虑坝体横缝影响及无限地基辐射阻尼影响基础上,模拟坝肩控制性滑块各滑裂面在地震作用下张开、滑移的非线性力学行为,研究设计与校核地震作用下大坝的抗震性能,探讨大坝-坝基整体系统在强震作用下的抗震潜力。研究结果表明：设计地震条件下,坝体仅在拱端应力集中区域拉应力超过抗拉强度,压应力则均满足强度要求,坝肩块体稳定,大坝-坝基体系的整体安全性可以保证;校核地震条件下,坝体应力值略有增加,能够满足不溃坝的设防要求;以大坝-坝基代表性的位移、变形量变化曲线的拐点作为评价极限抗震能力的标准,可知拱坝-坝基体系的抗震超载安全系数为2.7,相应的基岩水平向峰值加速度0.729g,拱坝-坝基体系抗剪参数强度储备安全系数为2.0,乌东德高拱坝具备较强的极限抗震能力。     

地震作用下尾矿坝变形及稳定性时程分析

采用永久变形分析和地震时程分析相结合的综合研究方法,开展某大型现场尾矿坝的稳定性评价。依据尾矿坝工程场地地震安全性评价结果,确定工程场地50a超越概率10%、5%的荷载时程输入曲线;采用修正UBCSAND模型进行隐式非线性分析;采用粘性输入边界,解决动力荷载时程较长时引起计算不收敛的问题;进行尾矿坝的三阶振型特征周期计算;进行基本烈度下永久变形分析,剖析不同坝体标高的变形特征;绘制位移云图并剖析位移变化特征;采用时程+SRM法,计算绘制50a超越概率10%和5%的安全系数时程曲线。根据永久变形和稳定性系数计算结果,综合判定尾矿坝稳定状态,据此对现场尾矿坝提出加固建议。建立的研究方法和成果可为大型尾矿坝稳定性评价工程提供参考。     

土石坝地震永久变形参数反演方法研究

提出了一种基于径向基网络的土石坝永久变形参数反演分析模型。该模型充分利用了径向基神经网络的非线性映射能力,只需要进行少量的样本设计,即可反演坝体永久变形参数,可以解决土石坝动力参数反演计算耗时长的问题。同时在对永久变形参数进行灵敏度分析的基础上,建立考虑参数灵敏度的网络训练目标函数,进一步提高了反演精度。将所建立的模型用于紫平铺面板堆石坝地震永久变形参数反演,采用三维有限元法进行静动力分析,并采用改进的沈珠江模型计算坝体地震永久变形。结果表明,反演参数计算的大坝地震永久变形和坝体实测永久变形数值接近,趋势一致,因而所建立的模型能够有效地反演坝体地震永久变形参数,为土石坝的动力参数反演提供了一种简便、有效的方法。     

深厚砂质覆盖层土坝的弹塑性地震反应分析

由于可液化砂质土应力-应变特性模拟的复杂性及数值计算的不稳定性,深厚砂质覆盖层土坝的弹塑性地震反应分析是土坝抗震研究中的一个尚未完全解决的课题。采用u-p完全耦合的饱和多孔介质有限元分析方法和砂土多重机构弹塑性模型,对遭受M6.7级地震的国外某深厚砂质覆盖层土坝进行弹塑性地震反应分析,研究了坝体和地基的动力反应特性及其超静孔隙水压力产生、扩散和消散的变化规律。结果表明：计算得到的坝体加速度和永久变形与实测值存在一定的差异,但基本上反映了坝体加速度与永久变形的实际分布情况,从而说明采用的本构模型和计算方法具有一定的精度;由于坝体和坝基的超静孔隙水压力较小,且坝体永久变形不大,可以不对坝体和坝基进行加固处理;坝趾附近浅层地基的超静孔隙水压力较大,有可能发生液化,因此,须采取相应的抗液化加固措施。     

地震作用下高堆尾矿坝永久变形与稳定性分析

综合采用时程分析法、整体变形分析法（等效节点力法和软化模量法）、极限平衡法等方法,以小打鹅尾矿库为例,分析了该高堆尾矿坝的永久变形和动力稳定性。分析了干滩面长度、尾矿堆积坝高度、设计地震加速度等影响因素对尾矿坝的安全系数和永久变形的影响,以及地震作用下尾矿坝安全系数的时程变化规律。结果表明：尾矿坝的地震永久变形与一般土石坝的存在差异,其水平方向的永久变形大于竖直方向的永久变形,且永久变形与坝高不一定呈单调递增关系;地震中尾矿坝的最小安全系数与各影响因素大体呈线性关系,而坝顶处的震陷与各影响因素之间呈非线性关系;地震过程中尾矿坝瞬时安全系数具有波动降低的特点,为此,完善了地震作用下尾矿坝最小平均安全系数的计算方法。该研究表明小打鹅尾矿库坝体的抗震性能能够满足相应抗震设防要求。     

土石坝二维多点输入地震反应分析

剖析了多点输入反应机理，指出差动力只作用在与外部节点共单元的内部节点上。以人工合成进行了速度归零化处理的外部节点的水平和竖向地震加速度时程作为输入，考察大坝的损伤值、动剪应力、永久位移反应。分析表明，对于高约200 m的大型土石坝，多点与单点输入反应相比，坝体底部有的部位累积损伤值及动剪应力有所加大，而其他部位特别是极易破坏的斜坡部位损伤值及动剪应力明显减弱，永久位移特别是坝顶竖向永久位移减弱明显；而对于扁平的高约80 m的土石坝，多点输入比单点输入反应强烈。因此，在土石坝设计中有进行多点输入地震反应分析的必要。     

隘口沥青心墙坝坝基溶洞处理措施研究

隘口心墙堆石坝基岩岩溶发育,右岸分布有多个溶洞群,其中K6和K5的空腔体积均超过10万方.溶洞群不仅对右岸坝基防渗影响较大,而且由于K6溶洞位于右岸坝肩应力影响范围之内,对右岸坝肩压缩变形、坝体稳定性及心墙应力应变影响最为显著.本文采用了有限元法研究了K5溶洞处理前后坝体及基岩的渗流场特征,K6溶洞天然地基未换填、部分换填及完全换填三种工况下的的坝体及基岩的应力与变位.结果表明,由于K5溶洞离坝肩较远,对于K5溶洞对坝体应力应变影响较小,处理重点是做好防渗处理,而K6则对坝基变位和应力影响显著,需进行换填处理,从而显著减小右坝肩压缩变形,改善坝肩位移和应力分布协调性,同时消除沥青心墙右侧的拉应力区.     

十三陵大坝弹性参数反演与稳定性评价

为了掌握十三陵水库大坝在奥运铁人3项赛事期间受动态荷载和环境条件影响的力学效应和坝体的稳定性,基于奥运建筑荷载（建造看台和临时设施）响应的现场实测变形信息,利用正交设计反分析方法,对坝体黏土斜墙、砾质粗砂和砂质垫层3个主要土层的弹性模量进行了反演,采用反演得到的综合弹性模量对坝体受奥运建筑荷载及赛期动态加卸载过程进行了数值仿真分析。结果表明,大坝在赛期产生的最大沉降量在7.4 mm左右,最大水平位移不超过1 mm;大坝始终处于安全稳定状态,无剪切破坏和张拉破坏现象。现场坝坡测点变形监测值与数值模拟结果比较接近,表明基于实测位移反演参数的数值模拟能超前做出科学预测和定量评价。     

高心墙堆石坝地震变形与稳定分析

针对西部强震区一300m级高心墙堆石坝,采用三维非线性有效应力动力有限元分析方法,在地震反应分析基础上,应用所建立的分析方法,重点研究了高心墙堆石坝的地震残余变形、坝体单元抗震安全性和坝坡的抗震稳定性,得出了大坝地震残余变形和动力稳定的有关规律和结论,可供工程建设参考.     

考虑残余体应变的土石坝地震永久变形分析

地震永久变形是评价土石坝抗震稳定性的一个重要依据,其合理计算需要同时考虑材料的残余体积应变和残余剪切应变的影响。因此,在过去提出的永久变形等效节点力计算方法的基础上,通过考虑剪切压缩耦合作用来反映残余体积应变对地震永久变形的影响,并推导了相应的模量矩阵,明确了参数选择和计算步骤。对典型单元体的残余变形模式进行了分析,计算得到的剪切应变和体积应变大小均与理论值相符,验证了模量矩阵的可靠性。在此基础上,对心墙堆石坝和面板堆石坝的算例进行了计算,重点分析了竖直向、顺河向和横河向3个方向永久变形分布,并与实测规律进行比较。计算结果表明,考虑残余体应变之后,所提方法能够反映土石坝地震永久变形以沉降为主、水平变形相对较小的特点,可更为合理地反映地震永久变形的规律。     

Stress and Deformation Analysis of Concrete-Facing Sand–Gravel Dam Based on Inversion Parameters

With the long-term operation of the project, the material parameters of concrete-facing sand–gravel dam will change, which brings great difficulty to the scientific and effective stress and deformation analysis. Combining with the measured displacement data, the finite element analysis model of the concrete-facing sand–gravel dam of Heiquan reservoir was established, and the modulus of elasticity and internal friction angle of the dam body were inverted by the measured displacement of the dam, then the simulation analysis of the filling construction process and the reservoir storage process of dam was carried out, and the stress and deformation values of the dam during the construction period and the impoundment period were calculated. The results showed that the parameters obtained from the inversion are smaller than the original parameters, but there is little difference between them. The displacement calculated by finite element inversion was close to the measured displacement value, the overall displacement and stress distribution of the dam body and panel were in line with the general law, and the calculated displacement and stress values were at the normal level. This study provides a reference for parameter inversion and stress and deformation analysis of concrete slab dam through monitoring data analysis.

     

高心墙堆石坝极限抗震能力初探

高土石坝需要进行极限抗震能力和地震破坏模式分析。通过坝体动力反应分析、动强度验算以及地震变形分析,综合研究了高心墙土石坝的破坏过程。认为处于抗震极限状态的大坝防渗体及上游反滤料的顶部存在动强度不足问题,进而引起坝顶地震裂缝及上游反滤料顶部液化,最终导致坝体上、下游坝坡的失稳破坏     

地质力学模型试验中软弱结构面内埋式位移系统的研制与应用

在高拱坝坝肩稳定地质力学模型试验研究过程中,坝肩岩体内各软弱结构面的相对位移变化趋势是判定坝肩失稳及分析坝肩整体稳定安全度的重要参考依据。目前的量测仪器,如电阻应变片、表面位移计只能对坝体应变和坝肩抗力体表面位移进行量测,而对于坝肩岩体内软弱结构面的相对位移则难以获取。因此,针对上述问题,以电阻应变技术为基础,研制了用于获取结构面相对位移的内埋式位移系统,该系统由信号采集仪器、惠斯通电桥和位移传感器组成。在模型试验中,通过内埋式位移系统,获得加载过程中相应测点的应变变化过程,再由应变-位移关系曲线,即可得出位移值。结合锦屏一级高拱坝整体稳定地质力学模型试验,将该系统安装于需量测的坝肩软弱结构面上,获得了结构面在加载过程中的位移变化过程线,同时与大坝应变和坝肩表面位移监测成果进行对比分析,验证了内埋式位移系统的可行性,其测试成果可为判定坝与地基的整体稳定提供依据。     

Settlement analysis of the Shuibuya concrete-face rockfill dam

Settlement is one of the most important deformation characteristics of a high concrete-face rockfill dam (CFRD) and is regarded as a key indicator of dam safety. The time-dependent settlement behavior of the Shuibuya CFRD is studied on the basis of in situ settlement-monitoring records and displacement back-analysis. The goal of this work is to characterize actual deformation of the dam and to verify the back-analysis method used in this paper. The settlement-monitoring records were from seven control stations at the crest and 38 monitoring points inside the body of the dam and covered the construction period, the initial filling of the reservoir and 2 years of operation. A displacement back-analysis for parameters is performed by hybrid generic algorithms (HGAs) and finite element method (FEM). Comparative studies of monitoring data and back-analysis show good agreement between measured settlements and computed settlements. Furthermore, the deformation in the next 3 years is predicted on the basis of back-analysis. Overall, it is demonstrated that the deformation of the Shuibuya CFRD is basically stable and that the technique used to control the dam deformation is successful.     

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。     

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。     

水牛家心墙堆石坝地震永久变形及液化分析

对水牛家心墙堆石坝进行了地震永久变形和液化分析,在地震永久变形分析时,采用把求得的应变增量转化为等效结点荷载而按平衡原理分析的方法;在液化问题分析时,采用有效应力法。     

Study on wetting deformation characteristics of coarse granular materials and its simulation in core-wall rockfill dams

The wetting deformation of coarse granular materials is often considered to be an important cause of the core wall rockfill dam cracks during impounding. By analyzing existing research results, this paper proposes a hyperbolic relationship between the wetting axial strain and wetting stress level and puts forwards a warped surface relationship among spherical stress, shear stress, and the ratio of wetting volumetric strain to wetting axial strain. To illustrate its practicability, the wetting strain model's parameter determination process is introduced and the rockfill materials wetting parameters are determined using the triaxial wetting test data. Moreover, the collapse settlement of Guanyinyan rockfill dam during first impounding is numerically simulated using the proposed method to calculate rockfill wetting deformation and verified by field measurements and monitoring data. The results show that the calculative method of wetting deformation proposed in this paper is reasonable and practical; the wetting deformation of upstream rockfill materials would cause an adverse deformation trend, which may lead to crack occurrence at the upstream slope and dam crest; and the Guanyinyan rockfill dam cracks on the top of junction mainly caused by the wetting deformation of upstream rockfill.