厂坝联合条件下重力坝应力及抗滑稳定分析

关于厂坝联合作用对重力坝坝基抗滑稳定的影响一直是水利水电工程中比较关注的问题。针对这一问题,结合金安桥水电站重力坝工程,通过弹塑性有限元方法和坝基抗滑稳定系数的计算进行了探讨和分析。结果表明,对于水电站的河床坝段,不论是通过传统研究方法 法,超载法还是强度储备安全系数计算方法,都说明通过厂坝联合的共同作用,可有效地提高坝基浅层抗滑稳定性能,但提高效果不很明显。另外,采用厂坝联合作用后,可有效地降低坝体内的最大压应力和拉应力,使坝体内的应力分布更加均匀,可使厂坝连接处的发电进水钢管的挠度曲线比较光滑连续,减小了因挠度突变而产生不利的附加应力,有利于发电进水钢管的正常安全运行。     

重力坝应力-渗流相互作用的无单元耦合分析

应用两场交叉迭代解耦技术,建立了应力-渗流相互作用的无单元耦合分析计算模型。详细分析了东方红重力坝在不计应力-渗流耦合和考虑应力-渗流耦合两种情况下,正常蓄水时坝体的位移、应力和渗流位势分布的变化规律。分析表明,考虑耦合作用后,坝体的位移略小,但分布规律一致;坝体的水平正应力分布不同,垂直正应力变化较大,但分布规律一致;耦合作用条件下渗流对重力坝坝体应力的影响是不利的。计算成果符合一般规律。     

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。     

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。     

整体式折线重力坝的深层抗滑稳定及加固研究

分别采用三维弹塑性有限元法和分项系数法,对非整体式和整体式折线重力坝的应力和深层抗滑稳定性进行了计算分析,得出整体式折线重力坝有效地改善了坝体的应力和变形状态,但对提高抗滑稳定性不一定有效的结论,并通过拱梁分载法解释了上述结论。采用高压旋喷灌浆进行加固,并提出了较优的加固范围。     

金沙江阿海水电站混凝土重力坝地震抗滑稳定性的时程法分析

通过动力有限元时程法分析了金沙江阿海混凝土重力坝在设计地震动(0.344g)作用下的动态响应,计算模型考虑了动水压力作用、大坝-岩基相互作用,用黏弹性吸波边界模拟了地震动能量向无限远域逸散的地基“辐射阻尼”效应。通过将坝体惯性力时程极大值与振型分解反应谱法的惯性力极值对比,从而验证了复杂动力数值模拟结果的正确性,为后续分析打下了基础。采用沿滑面的应力积分法得到了大坝沿建基面的瞬态抗滑安全系数时程。计算结果表明：阿海重力坝在设计地震动(0.344g)作用下的安全系数时程的极小值为1.146,大坝整体稳定性良好,可不采取提高整体抗滑     

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。     

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。     

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。     

峡谷区重力坝岸坡坝段动力稳定性评估方法

从概率的观点出发,结合确定性矢量和安全系数方法,对设计基准期内随机地震条件下的重力坝岸坡坝段动力抗滑稳定性评估方法问题进行了初步探讨。首先,基于确定性动力时程分析法,得出坝段抗滑矢量和安全度时程曲线,评价一次确定性设计地震作用下的坝体稳定;然后,考虑基准期设计烈度下地震的随机性,进行坝体动力稳定的可靠度分析。通过Gram-Charlier级数拟合法和随机加权最大熵法,得到坝体动力稳定安全度时变曲线中最小值的概率分布函数及其动力可靠度;最后,结合确定性和概率性分析结果,综合评价设计基准期内地震作用下的坝体抗滑稳定性。工程实例分析结果表明,采用确定性与概率性结合的互补方法,能够进一步认识动力稳定分析中安全裕度的合理性评价问题,进而更加合理地评估整个设计基准期内重力坝的动力抗滑稳定性。     

水平岩土层实体拦砂坝基底水压力研究

基于连续性方程、达西定律和伯努利表达式,在合理的假设条件下,本文推导了水平岩土层的实体拦砂坝基底处关键点的水压力解析式,通过与数值模拟(Autobank有限元程序)对比可知,本文解析式与数值分析结果误差非常小,其误差基本控制在1%以内,该解析方法是可靠稳定的。本文还进一步讨论了该方法的应用价值,依据得出的水头,可计算构筑物下游x处的水力坡降,判断构筑物下游土体的渗透变形类型,也可估算需要处理的范围以及对护坦长度的设计提供依据。依据相关文献结论,提出运用该解析式计算有坡度的沟床的拦砂坝基底扬压力偏于安全,并且提出了该解析式计算实体拦砂坝底部水压力是否需要考虑“地基的有效深度”对基底水压力的影响问题,此问题还需要进一步研究。     

泥石流拦砂坝底扬压力分布及影响因素试验

泥石流拦砂坝底的扬压力会抵消坝体的部分有效荷重,影响其抗倾覆稳定性。为了研究拦砂坝底扬压力的分布规律及其影响因素,设计制作了拦砂坝模型和扬压力采集系统,开展了不同沟床坡度和不同坝前堆积条件下的扬压力模拟试验。试验结果表明,扬压力自坝踵至坝趾不断减小,且与渗流距离呈线性关系,当坝前有堆积物时相关系数绝对值达到0.98以上;沟床坡度明显影响坝底扬压力的分布。随着沟床坡度的增加,扬压力不断减小,且对坝踵处扬压力的影响较坝趾处更大;坝底和坝前堆积物的渗透性对扬压力的影响也很显著,它们的渗透性越差,扬压力就越小;坝前堆积物的渗透性还显著影响扬压力的分布规律,渗透性越差,其分布规律性就越强。研究成果为深入研究泥石流拦砂坝底扬压力的作用过程和作用机制奠定了基础。     

改进遗传算法在坝基帷幕灌浆方案优化中的应用

以一般基岩上的混凝土重力坝为例,采用改进的遗传算法对坝基有排水时的帷幕灌浆参数组合进行优化研究.根据帷幕的厚度进行单元网格剖分,用有限元数值方法计算渗流场,以坝基渗流量、坝基渗透压力和幕体本身的最大水力坡降不超过允许值为约束条件,以帷幕的工程造价最小为目标函数建立优化设计数学模型,寻找一般情况下的帷幕参数的最优组合,为工程设计提供参考依据.     

平原病险水库堤坝渗流控制方法研究

根据2000年实测数据绘制了在不同水位下水库堤坝测压管等水位线图,建立垂向二维有限元法渗流数值模型,模拟了尔王庄水库堤坝11个典型断面稳定渗流状态。综合分析测压管实测数据、现场勘查和计算结果,确定水库渗漏严重坝段。计算得出全封闭、悬挂式高压喷射灌浆防渗墙两加固方案下坝体单宽渗流量、浸润线、渗透比降等水力要素,结果表明全封闭设计可降低70.04%~98.32%渗流量,截渗沟或明渠处溢出渗透坡降降至0.001~0.023,控制效果显著。     

Analysis of leaky sheetpile by Summary Representation

A numerical technique called Summary Representation was used to solve the problem of seepage through a leaky sheetpile; this particular method was selected owing to its accuracy and computational speed. Seepage parameters were evaluated quantitatively and the influence of the leakiness of sheetpiles in a porous medium underlain by an impervious horizontal stratum was determined. The case of a single sheetpile was first considered, and the effect of the depth of penetration and coefficient of leakiness on the total rate of flow and on the values of the exit gradient was analysed. Next, the flow under an impervious dam was considered to assess the accuracy of the method. Finally, the case of seepage under a dam with leaky sheetpiles at both ends was studied, including the effect of the leaky sheetpiles on the uplift pressure acting along the foundation of the dam. Patterns of seepage through the flow line deformation that is caused by the leakiness of the sheetpiles.     

岩体软弱夹层渗透变形试验及三维有限元数值模拟

渗透变形或渗透破坏是由潜蚀强烈发展而出现的一种特有的不良地质作用,本文结合某大型水电工程坝基存在的软弱夹层,在现场取样试验,研究了这些软弱夹层在渗透水流作用下发生渗透变形的方式和程度,并以试验成果为基础,根据水工建筑物的布置以及上下游水头差等条件,采用数值模拟的方法模拟软弱夹层的水力梯度分布情况以及软弱夹层与上下两盘基岩中的水力梯度分布,为坝基防渗设计提供依据。     

锦屏一级高拱坝坝基加固效果分析

锦屏一级高拱坝复杂的坝址地质条件使基础加固处理工程巨大,主要包括左岸混凝土垫座置换、左岸传力硐、左岸f5、f8、煌斑岩脉混凝土网格置换,右岸f13、f14断层混凝土网格置换。采用非线性有限元分析方法,对坝基加固后锦屏一级水电站坝体在多种工况下的的应力、变形特性进行了计算分析,给出了坝体蓄水期的应力、位移分布及超载、降强对位移的影响结果,并与无垫座方案的相关数据进行对比,表明加固后坝体蓄水期总体变形规律明显改善,坝踵拉应力减小,坝体与坝基安全储备能力提高,满足设计要求;在应力、变形方面肯定了大规模加固措施的必要性。     

改进遗传算法在坝基帷幕灌浆方案优化中的应用

以一般基岩上的混凝土重力坝为例,采用改进的遗传算法对坝基有排水时的帷幕灌浆参数组合进行优化研究。根据帷幕的厚度进行单元网格剖分,用有限元数值方法计算渗流场,以坝基渗流量、坝基渗透压力和幕体本身的最大水力坡降不超过允许值为约束条件,以帷幕的工程造价最小为目标函数建立优化设计数学模型,寻找一般情况下的帷幕参数的最优组合,为工程设计提供参考依据。     

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。     

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。