弹粘塑性块体单元法在龙滩水电站右坝肩边坡稳定分析中的应用

介绍了三维弹粘塑性块体单元法的基本原理。该方法假定岩石块体为刚体,只考虑结构面的变形和强度特性。在建立块体系统的平衡方程、结构面的变形与块体位移的几何相容方程以及结构面上的弹粘塑性本构方程的基础上,出块体系统位移与稳定的基本方程。针对龙滩水电站右坝肩边坡地质条件复杂,块体稳定问题较为突出的情况,采用块体单元法计算了边坡中典型结构面切割形成的特定块体在不同工况下的强度储备安全系数,并针对结构面的几何参数和力学参数等重要影响因素进行了敏感性分析,为工程设计提供了依据。应用表明,作为一种新型的水工结构数值方法,块体单元法应用于复杂地质条件下的岩石高边坡的稳定和变形分析具有准确、适用和简便的特点。     

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。     

复杂条件下高拱坝应力及坝肩稳定分析

众所周知,研究复杂地质条件下的高拱坝应力和坝肩稳定对确保工程安全具有重要的意义。研究的江坪河高拱坝地质构造较复杂,坝基及坝肩岩体存在大量断层、软弱夹层、泥化夹层和卸荷、风化岩体等地质缺陷,引起两岸坝肩岩体变形不对称、压缩变形量增大以及坝肩局部岩体承载能力低,直接影响到拱坝正常运行和稳定性。因而,对各种工况下的坝体及坝肩岩体进行了三维有限元分析,研究了坝体及坝肩的应力和变形发展状态、可能失稳模式、破坏形态和破坏机制。研究成果表明,未加固时坝肩岩体不稳定,因此,通过研究采用合理的加固处理措施,右岸采用6个传力洞进行加固;左岸采用锚洞进行加固。采取加固措施以后对其进行三维有限元分析,其研究成果表明,加固有一定的效果,改善了两岸的受力状况和变形分布,提高了坝肩稳定性,但左岸坝肩仍不能完全满足规范要求,还需要进一步增加锚洞的面积。     

白鹤滩水电站拱坝推力对坝肩的影响分析

对于地质条件复杂的高拱坝,坝肩的变形及稳定性对拱坝的受力状态有很大的影响,在研究过程中必须考虑拱坝与坝肩之间的相互作用。为降低三维有限元建模的难度和更好地模拟坝肩复杂的地质构造,分别建立坝肩和拱坝的有限元模型,采用试算迭代的方法考虑二者之间的相互作用;并运用卸荷岩体力学理论的方法分析坝肩岩体开挖卸荷后,在拱坝推力作用下的应力应变情况。结果表明,考虑拱坝推力后坝肩槽上、下游边坡位移变化不大,变幅在1 cm左右;拱坝推力对拱端边坡有比较明显的影响,在推力作用下,边坡向坡内有一定的变形。     

拱坝坝肩岩体动力稳定性分析研究方法简述

高拱坝坝肩岩体动力稳定性分析是高拱坝抗震研究的主要内容之一。从高拱坝的抗震设防标准及动力稳定安全判定准则、坝肩岩体的结构和动力特性、坝肩岩体动力稳定性分析的刚体极限平衡法、离散元法、刚体弹簧元法、拉格朗日不连续变形分析方法、数值流形方法、随机理论与方法等方面对高拱坝坝肩岩体动力稳定性分析的理论和方法进行系统的归纳和总结,并介绍了各方面的最新进展。可以看出,为满足高拱坝建设实践的需要,应对高拱坝坝肩岩体动力稳定性分析的理论和方法进行更深入的研究。     

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.     

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。     

小湾拱坝右岸缆机基础开挖边坡的优化分析

基于加锚节理岩体力学模型应用三维弹粘塑性有限元法,对小湾拱坝右岸缆机基础高边坡的开挖过程和加固措施进行了数值仿真计算,进行了两种设计方案的比较和优化分析,对缆机荷载移动、地下水位、岩体强度参数等影响因素进行了敏感性分析,并在此基础上评价了边坡支护加固措施和边坡的稳定性.     

基于有限元计算的拱坝坝肩稳定、边坡稳定极限平衡分析

在拱坝坝肩稳定、边坡稳定计算中,有限元法是目前考虑因素最全面的数值分析方法,但缺乏明确的稳定安全指标。刚体极限平衡稳定分析法,与拱坝规范相配套,有较成熟的评价标准和广泛的应用实例。本文将有限元成果纳入到刚体极限平衡法体系里,利用其稳定安全系数指标体系,评价拱坝坝肩稳定和边坡稳定,并在锦屏一级拱坝设计中得到成功应用。     

大岗山水电站坝肩边坡开挖支护有限元模拟

大岗山水电站坝肩边坡地质条件复杂,断层、岩脉、卸荷裂隙密集带、深部卸荷带及节理裂隙发育。为对该边坡在开挖支护过程中的应力、变形情况进行分析,采用弹黏塑性有限元软件EVP3D,利用弹塑性有限元法进行边坡稳定性的三维有限元计算,揭示边坡可能的失稳部位,对初拟的施工程序的合理性进行评价,并对边坡的支护方案提出建议。     

岩石高边坡开挖卸荷松弛准则研究与工程应用

基于对卸荷松弛过程和机制的定性分析,提出了以岩石极限拉应变作为卸荷松弛的判别准则。通过对岩石极限拉应变室内试验资料与其抗拉强度之间关系的分析,并结合小湾工程卸荷松弛分析的成功实践经验,提出了极限拉应变值的取值原则,并明确了岩石边坡开挖后实际拉应变的计算方法。运用三维弹黏塑性加锚节理岩体流变模型,将该准则和计算方法应用于锦屏一级拱坝建基面开挖卸荷松弛的数值分析中,通过与实际开挖揭示和声波测试资料的对比,结果表明分析结果较为合理,为工程建设提供了有益的指导     

基于超载法的拱坝坝肩地震动力稳定性方法研究

拱坝坝肩地震动力稳定性一直是工程界关注的一大热点,然而对坝肩动力稳定性的评判方法和标准的研究还不成熟。为完善坝肩动力稳定分析方法,将有限元法与刚体极限平衡法的优势相结合,提出了地震动力超载方法以及极限累积位移评判标准。首先,基于有限元法开展实时动力分析,对坝肩可能的滑移块体采用多重网格应力插值求任意时刻的阻滑力和下滑力,确定其主滑方向,而后采用刚体极限平衡法计算每个滑块的动安全系数;同时,对瞬时动安全系数小于1.0的时段,进行加速度积分,求出滑块累积失稳位移。结合滑块尺寸及滑动面强度参数提出极限累积位移计算公式作为失稳判据,通过比较累积位移与极限累积位移判定滑块的稳定性。基于以上思路开发了一套坝肩动力稳定分析系统SAFEDAM。以沙牌拱坝经受反映5.12地震的人工波为例,开展了沙牌拱坝坝肩动力超载稳定分析,验证了极限累积位移判据的合理性。研究表明,沙牌左岸坝肩超载稳定安全倍数Kp0 =3.2,右岸坝肩超载稳定安全倍数Kp0 =4.2。工程实例计算表明,该方法计算坝肩动力稳定性使用较为方便可靠,具有较大的工程实用价值,为坝肩动力稳定性分析和评价提供了一条新路径。     

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。     

江雄水库坝基和坝肩渗漏分析与渗控方案评价

江雄水库施工中认为坝区存在较严重的渗漏问题, 由此, 在设计中对河床段坝基采用了上墙 (防渗墙) 下幕(帷幕灌浆) 组合防渗结构, 对两岸坝肩采用了帷幕灌浆防渗结构处理措施。利用渗流理论, 在分析坝区地质条件和概化水文地质模型的基础上, 建立了坝区三维渗流数值模型, 对坝区防渗处理设计条件下(方案Ⅰ和Ⅱ) 的坝基渗漏及渗透变形进行了计算和比较分析。结果表明, 两种防渗方案均可行, 但方案Ⅰ优于方案Ⅱ。     

岩石边坡的危险滑动块体组合研究

在完善刚体极限平衡分析矢量法的基础上 ,采用树状结构深度优先的启发式搜索 ,建立了对岩石边坡寻找最危险滑动组合及相应整体抗滑稳定安全系数的方法。 该方法已用程序实现 ,并在小湾高拱坝坝肩稳定分析中成功地进行了应用。     

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。     

乌东德水电站左岸拱肩槽边坡稳定性

在对拱肩槽自然边坡工程地质条件详细调查的基础上,采用宏观地质分析和极限平衡法、数值模拟法相结合的研究手段,分层次对乌东德水电站左岸拱肩槽人工边坡整体稳定和局部稳定性进行了系统研究。研究表明乌东德水电站左岸拱肩槽边坡整体稳定性较好,三维离散元数值模拟结果显示,人工边坡变形以少量回弹变形为主,变形特征不突出,稳定性系数为1.4~1.6。在分析边坡开挖后可能形成的块体边界条件基础上,提出了人工边坡可能出现的块体失稳模式,以影响块体稳定性的结构面几何特征、结构面性状和结构面卸荷松弛张开特征入手,建立块体稳定性工程地质评价标准,对块体稳定性进行了宏观地质分析,并采用三维刚体极限平衡方法对可能产生的块体模型进行了计算分析,得到块体开挖后的稳定系数。结果表明,人工边坡可能出现块体多处于基本稳定状态。综合整体稳定性和局部稳定性研究成果,提出人工边坡加固方案建议。研究成果为工程设计与施工提供了重要依据,并对类似工程提供了可以借鉴的经验。     

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     

乌东德水电站左岸拱座长大结构面工程地质特征及其影响研究

拱坝所承受的荷载大部分都通过拱的作用传到两岸拱座岩体,拱坝所具有的一切优点都是建立在拱座稳定的基础上的,因此拱座是确定拱坝稳定的关键部位,拱座变形及抗滑稳定问题是拱坝建设中的关键工程地质问题之一。乌东德水电站左岸拱座在开挖过程中揭露两条长大结构面。本文从工程地质条件着手,在可研阶段的研究基础上,布置专项勘探,并充分利用施工揭露,查明了结构面的空间分布特征;利用大比例尺编录及物探测试,实现了结构面充填物性状的定量化研究;在此基础上,结合工程地质评价及数值计算分析结构面对拱座稳定性的影响。研究结果表明,这两条结构面为典型灰岩地区后期溶蚀作用改造前期构造痕迹形成的溶蚀性小断层,充填物以钙质胶结为主,胶结紧密,局部溶蚀性状较差,充填物中软弱物质断续分布,多为坚硬岩体直接接触;受其空间分布特征影响,结构面会引起拱座岩体局部应力集中,但对拱座抗滑稳定性无影响。所获得的成果基本形成了拱座岩体长大结构面工程地质特征及其影响研究的系统方法,可应用于现场实际工程,对拱坝的勘测、设计等具有重要的理论和实践意义。     

拱坝坝肩三维稳定可靠度分析

以随机块体理论为基础,建立了拱坝坝肩三维稳定可靠度分析的计算模型,推导了用全概率法分析其可靠度的基本公式,研制的电算程序用于实际工程,得到了比较合理的计算结果,验证了本方法的可行和实用性。