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。     

四川会东老虎岩尾矿坝地震反应分析

应用有效应力有限元法研究了老虎岩尾矿坝在不同坝高时的应力水平、变形和孔隙水压力分布,以及遭到Ⅶ度地震作用时的反应.分析结果表明:在当前坝高情况下,无地震作用时尾矿坝处于稳定状态.在受烈度为Ⅶ度的地震作用下,尾矿堆积坝坝外坡和沉积滩面的堆积尾矿砂土在局部已经发生液化破坏;在封库坝高情况下,无地震作用时尾矿坝处于极限状态.在受烈度为Ⅶ度的地震作用下,尾矿坝坝外坡和沉积滩面的堆积尾矿砂土已发生大面积液化破坏.在地震作用下,老虎岩尾矿坝堆积尾矿产生液化破坏的主要原因是堆积坝体内浸润线的埋深较浅.对老虎岩尾矿坝必须加强排渗措施,使坝体内浸润线下移.     

小型土石坝加密抗液化离心机振动台试验研究

地震作用下土石坝液化易导致坝坡失稳滑移等严重后果,加密法是常用的抗液化手段之一。针对坝趾压重与坝壳翻压两种坝身加密加固方法,开展了离心机振动台试验,分析了不同加密型抗液化处理的小型土石坝坝坡地震响应规律。试验结果表明,由于高水头作用下坝坡底部土体软化,未处理坝坡加速度放大系数沿高程先减小后增大,而加密坝坡加速度放大系数沿高程逐渐增大,且坝坡表面处加速度存在表面放大现象。坝趾压重和坝壳翻压提高了坝身有效应力,降低地震产生的超静孔压比,有效防止土体液化。未处理坝坡在峰值加速度为0.24g地震作用下即发生坝趾液化现象,而加密坝坡在峰值加速度为0.24g和0.45g下均未发生液化。未处理坝坡整体侧向位移大,加密处理后,在峰值加速度为0.24g下坝坡整体表现为竖向位移。坝趾压重区坝趾水平位移明显减小,坝壳翻压区坡顶沉降减小了50%。试验结果验证了坝趾压重和坝壳翻压的抗液化效果,为小型土石坝抗震加固设计提供了参考。     

栗西沟尾矿坝地震响应及液化分析

采用不排水有效应力法,利用Geo-slope软件,对金堆城栗西沟尾矿坝进行了地震响应的综合分析与液化计算。结果显示: a .栗西沟尾矿坝在静态条件下是稳定的; b .在7度地震条件下,尾矿坝的加速度反应较小,其放大倍数为2.204; c .栗西沟尾矿坝内动剪应力和动孔压绝大部分是随着地震历时的增加而逐渐增大; d .坝内孔压比都较小,抗液化安全系数较大,但局部液化区的存在,仍可能影响到整个坝体的安全性,应在液化区采取加固措施。      

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。     

鲤鱼潭大坝在集集地震中的变形分析

鲤鱼潭黏土心墙堆石坝在台湾“9•21”集集地震中有一定的变形损伤。为了研究大坝的地震破坏机制,分析了大坝的永久位移分布规律,同时采用有限元数据平滑方法,对大坝位移监测数据进行处理,得到了大坝的永久应变场。结果表明,大坝在强震作用下永久变形指向坝内,坝体体积整体收缩;由于反滤料孔隙水压力上升,有效应力降低,在上游坝体在反滤层附近出现拉应变;在两岸坝肩与基岩交界部位存在拉应变,易造成拉伸裂缝。     

新型悬挑式泥石流网格格栅坝及其应用

悬挑式网格格栅坝是从工程实践中在传统网格格栅坝的基础上演变而来的一种新型的格栅坝体类型,该种坝型继承了网格格栅坝的各种优点,并且通过悬挑格栅的独特设计,更具突出在非排导泥石流时对河流沟谷地的常态水流进行非拦截性排流,使河流沟谷内常态水流更为通畅,不会干扰河流沟谷的正常流通,是传统网格格栅坝的优化坝型,均适用刚性和柔性网格材料筑坝。目前国内还没有该种坝型的研究成果和相关技术资料,文章通过阐述其在以水流为主的稀性泥石流和挟带大量推移质的高含沙洪水的泥石流治理工程中的应用研究,得出该坝型的优缺点和相关技术成果,作为进一步工程实践和研究提供基础技术依据,从而进行悬挑式网格格栅坝在泥石流防治工作中的应用和推广。     

Dam-break risk analysis of the Attabad landslide dam in Pakistan and emergency countermeasures

The Attabad landslide dam caused significant property losses and many human casualties in Pakistan, and also greatly affected the operation of the China-Pakistan Karakoram Highway (KKH). This paper discusses the risk of dam breach and hazards to the KKH project construction site following a dam breach. The paper examines the following three topics. (1) The geomorphologic dimensionless blockage index (DBI) and the analogy method were used to analyze the stability of the Attabad landslide dam. The long-term behaviors of landslide dams downstream of the Attabad landslide dam indicate that the risk of a dam breach exists, but the probability of a total dam failure is low. (2) The peak discharge of a potential breach of the Attabad landslide dam was calculated for scenarios in which 1/4, 1/3, 1/2, and total failure of the dam was breached. The potential breach discharge decreases with the downstream distance. (3) The potential impacts of the landslide dam breach on the KKH project construction site were analyzed. Based on the composition of the landslide dam, the probability of a 1/3 dam breach is high. To ensure the safety of downstream areas, disaster preparedness plans that correspond to the 1/2 dam breach scenario should be developed. Based on experience in addressing the landslide dam that was caused by the Wenchuan Earthquake, artificial controlled drainage measures are suggested and provide a technical reference for addressing the Attabad landslide dam and achieving recovery and normal operation of KKH.     

泥石流巨石冲击下的钢构格栅坝动力响应分析

泥石流中的巨石冲击是造成拦挡结构破坏的最直接因素,因此设置钢构格栅坝拦截大石块,对减小泥石流冲击破坏有十分重要的作用。本文就钢构格栅坝结构模型,利用国际通用计算动力荷载的非线性有限元软件ANSYS/LSDYNA进行数值模拟。用钢球模拟巨石,分别在格栅坝中间榀顶层梁柱节点和中间榀顶层柱中部施加冲击荷载,分析在冲击荷载作用下结构的动力响应。结果表明：作用在结构上的冲击力大小与被冲击构件刚度大小密切相关,被冲击构件刚度越大,结构受到的冲击力越大,反之,冲击力越小;钢构格栅坝在冲击作用下,冲击作用部位、结构支座部位及梁柱节点部位响应较大,设计时应予以加强;且钢构格栅坝不同位置遭受冲击作用时结构响应完全不同,与冲击力作用在梁柱节点时相比较,冲击力作用在构件中部时结构整体响应明显较小。该结果为泥石流拦挡工程中钢构格栅坝的设计提供了参考。     

金沙江中游上江坝址河床深厚覆盖层建高坝可行性探讨

摘 要 上江坝址为金沙江中游龙头水库的比选坝址之一,坝址河床覆盖层最厚达206.2 m,在深厚覆盖层上修建最低249 m级的高土石坝,大坝规模达到甚至超过世界前沿水平,筑坝技术难度大。通过测绘、钻探、物探、物理力学测试等工作揭示:(1)河床覆盖层由漂卵石、低液限粘土、砾卵石、碎块石、砂砾石等组成;(2)河床覆盖层中各粗粒土强度相对较高,低液限粘土强度较低,为坝基一条连续完整的相对软弱带;(3)坝址位于龙蟠断陷盆地内,主要受新构造垂直差异运动的影响,河床接受金沙江上游及坡体上物质堆积,逐渐形成了现今的深厚覆盖层。初步研究本坝址在河床覆盖层上建高土石坝是可行的,但需要对坝基采取工程处理措施。探讨了不同建坝方案所引发的工程地质问题,为筑坝技术研究提供了地质依据。     

铁岭柴河1#尾矿坝数值模拟及其稳定性分析

铁岭柴河1#尾矿坝位于辽宁省开原市靠山镇猴石社区的关门山沟内,由初期坝和尾矿堆积坝组成。本文在该尾矿坝现场勘察的基础上,将坝体实测主轴剖面进行合理地概化和延伸,建立有限差分数值模型,并以Duncan—Chang双曲线模型来反映尾矿坝岩土体应力—应变本构关系,对处于正常运行条件下的坝体进行数值分析,从而揭露坝体内部应力状态,同时在数值分析结果的基础上,采用基于极限平衡理论的条分法——Fellenius法和Biship法对尾矿坝的稳定性进行计算,从而实现对尾矿坝稳定性的定量分析,对尾矿库的安全生产具有重要指导意义。     

土石坝混凝土防渗墙的非线性分析

采用Duncan-Chang E-B模型描述土的非线性特性,接触单元模拟防渗墙和土石坝之间的相互作用,利用非线性有限元程序计算了土石坝和防渗墙的应力和变形。结果表明：坝体应力状态和变形性质主要取决于坝体断面设计形式,防渗墙在一定范围内起作用;防渗墙材料不同对坝体应力与变形的影响主要由材料的刚度决定,刚性防渗墙对垂直沉降的制约作用明显;柔性防渗墙适应变形的能力强,但对位移的影响较大。对坝体稳定,刚性防渗墙的垂直变形是主要控制因素,关键部位在墙的底部;柔性防渗墙的水平位移是主要控制因素,关键部位在坝体的中下部。     

精细地形下的尾矿坝稳定性及溃坝模拟分析

目前在尾矿坝稳定性和溃坝模拟分析方面,对溃口位置及水砂的流动状态难以做出准确判断。将尾矿坝稳定性和溃坝模拟有机结合,采用FLAC3D计算正常水位、洪水位、漫顶水位三种工况下尾矿坝稳定性,并利用Rhino与Fluent建立尾矿库及下游精细地形,开展尾矿库溃坝水砂在不同时刻及不同地形下的流动状态研究分析。结果表明:（1）浸润线的埋深随尾矿库水位的升高而变小,由正常水位升高至洪水位时浸润线埋深下降5～8 m,漫顶水位时坝顶浸润线沿坡面向下运移约8 m;（2）库水位对剪切带及尾矿坝稳定性有显著影响,从正常水位到洪水位时,剪切带纵向上不断向坝体内部延伸,横向上不断向坝脚延伸,剪切应变率增大为5.78×10?5,尾矿坝稳定系数由1.80下降至1.32;（3）达到坝顶时剪切带急剧缩短,而剪切应变率进一步增大为3.32×10?4,尾矿坝稳定系数由1.32下降到1.18。溃坝水砂的流动状态受地形影响明显,在山谷中表现为范围减小、流速增大的汇聚流动,在平坦农田处表现为范围增大、流速减小的发散流动特点。     

陡坡水库大坝渗透稳定性及渗透变形分析

陡坡水库存在大坝质量差、坝体发育大量裂缝、背水坡出现散浸现象、坝后沼泽化并形成一上升泉以及排水渠和鱼池有絮状析出物、渗漏量增大等问题,这些异常现象都是由坝体及坝基渗流引起的。在阐述坝体和坝基地质、水文地质条件情况下,分析了大坝渗漏成因及大坝的渗透稳定性,指出坝体实际浸润线及坝体渗漏量是不正常的,特别是1987年后当库水位高于194 m,同一库水位呈上升趋势,这是反常的。坝基实际渗漏量异常,存在管涌和接触冲刷问题,尤其库水位低至 193.84 m,坝后上升泉仍有沙沸现象。上述现象表明大坝渗流是危险的,并分析了散浸、析出物、上升泉及沼泽化、坝肩及绕坝渗漏等现象的成因。     

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。     

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。     

大坝安全诊断的混沌优化神经网络模型

为了提高大坝变形的预测精度,采用小波变换和分形理论对大坝位移观测数据的非线性动力学特性进行了分析,揭示了其具有低维混沌动力特性,这为大坝变形预测模型的建立提供了理论依据和先验知识。基于低维混沌动力特性,设计了能捕获大坝位移观测数据全局动力特性,兼具神经网络模型结构优化和动力机制时新的混沌优化神经网络大坝变形预测模型。在工程实例中,由多个度量指标组成量化评价体系,对模型预测性能进行综合评价,结果表明,所建模型比传统BP神经网络和ARMA模型具有更高的预测精度。     

大坝工作性态模糊可拓评估的基本原理

大坝、坝基地质体与周围环境组成一个多元复杂系统,其工作性态受地质因素和工程因素等的综合影响,这些因素有的是确定性的,但有的则具有随机性、模糊性、可变性等不确定性特点。大坝工作性态的综合评估是一个复杂的工程系统决策问题,它常常表现出目标与目标之间的矛盾、定性信息与定量信息的共存、局部到整体的递推。解决这类多属性、不相容的问题,应采用定性与定量综合集成的方法加以解决,而可拓学正是研究事物的可拓性以及开拓的规律与方法,用以解决矛盾问题的一门学科。采用物元的概念将研究对象、评估指标和量值结合为一体;基于系统工程的观点,依据菱形思维模式和物元的可拓性,建立了多指标分层次的大坝工作性态评估信息物元系统,提出了大坝工作性态模糊可拓评估的基本流程;应用物元变换建立了用于大坝工作性态评估的物元模型,能够实现对大坝工作性态的质与量综合刻画。该方法理论清晰、简捷,便于计算机编程。所述原理亦可应用于岩体边坡整体评估、岩体质量评估、大坝老化评估等其他领域。     

攀钢发电厂麻地湾灰场初期坝及堆积灰体工程地质特征研究

分级分期灰渣筑坝是近年发展起来的山谷贮灰场建设的一种新型技术,是为了满足燃煤电厂贮灰年限和调节洪水的要求的一种新型设计.为满足分级分期灰渣筑坝的设计要求,分析评价初期坝的稳定性与先期粉煤灰灰体堆积特征是构筑分级子坝的重要基础.本文通过水文地质及工程地质调查与岩土工程勘察探讨了麻地湾灰场子坝加高所涉及的相关岩土体的工程地质特征与场地水文地质特征,据此对分级子坝加高的工程地质条件进行了适宜性评价,并通过对堆积灰体物理力学试验分析了粉煤灰灰体的堆积特征与压实程度,为子坝加高设计提供了可靠参数.     

Dam break threshold value and risk probability assessment for an earth dam

In dam safety assessment, it is customary to focus on stability analysis, and the safety factor is regarded as an assessment index that cannot correctly reflect the effect of multi-factors and variable uncertainty. The factors that induce dam breaks are complex and uncertain; however, three primary ones can be identified: hydrological factors, seepage and bank slope instability. In this paper, the risk probability and the dam break threshold value for each factor individually, as well as coupled factors, are studied. The threshold value is acquired using the relationship formula between risk probability and dam type. The Dongwushi reservoir located in the Hebei province of China is taken as a case study. The results show that the dam break threshold values for hydrological factors, seepage and bank slope instability are 2.53, 2.02 and 2.69, respectively. The integrated dam break threshold value for the coupled factors is 1.25, which indicates that the dam is under serious stress according to the established risk assessment standard. The safety factor is calculated as 1.15 using the Bishop method, which indicates that the dam is under serious stress. The results obtained by the proposed method are consistent with those of the Bishop method. Finally, the proposed theory and method are introduced into a dam safety evaluation system (DSES) for convenient and efficient dam safety management.