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。     

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。     

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。     

混凝土重力坝与基岩胶结面用断裂力学方法进行计算的探讨

一、问题的提出 目前,重力坝剖面尺寸通常决定于坝体稳定计算,即按照以下公式核算大坝沿坝基面的滑动条件。 1.抗剪断强度的计算公式:K′=f′ΣP+C′A/ΣO (1)式中:K′——考虑抗剪断强度时的抗滑稳定安全系数,其值按规范为3.0,2.50;f′(或tgφ′)——坝体混凝土与坝基接触面的抗剪断系数;     

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。     

硬填料坝应力计算方法探讨与特性分析

通过对一个100 m高典型硬填料坝的应力变形分析,指出坝体填筑过程和硬填料随龄期和应力状态变化的应力-应变特征的模拟对坝体应力变形结果影响显著不容忽略。采用二元本构模型和仿真计算方式,研究了地基弹性模量对坝体应力和强度安全性的影响。地基的变形对坝体应力有显著的影响。地基弹模较低时与较刚性地基的坝体应力情况差异很大。地基弹模较低时,竣工期坝基面中部的拉应力和坝址与坝踵处的压应力都很大,可能并不满足抗拉和抗压强度。与竣工期相比,挡水期坝基面的压应力增加,拉应力减小,抗压强度安全性减小,抗拉强度安全性增加。对于硬填料坝,竣工期和挡水期的抗剪强度安全系数均很高,一般可不进行抗剪强度的计算。     

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。     

深厚覆盖层潜蚀对大坝应力变形影响的有限元模拟

深厚覆盖层坝基潜蚀不一定导致坝基的渗透破坏。但坝基砂砾石土内部细颗粒的流失,一方面会增大土体的渗透性;另一方面可降低土体的强度和变形模量。前者导致坝基坝体渗流场的变化,从而引起坝体变形和应力变化,后者变形模量衰化,导致坝基坝体变形和应力调整。潜蚀造成的坝基和坝体应力变形对大坝的正常使用和安全性带来一定负面影响,定量评估这种影响是内部不稳定砂砾石深厚覆盖层坝基采用悬挂式防渗墙处理方案设计和该类大坝运行管理的迫切需求。提出了潜蚀对大坝应力变形影响的模拟方法,对一个典型大坝设计方案进行了计算分析,该设计方案中潜蚀造成应力变形变化的两种机制中,渗流场变化机制对坝基坝体的应力变形改变远大于模量衰化造成的影响。总体上该方案潜蚀造成的坝体变形和应力变化并未显著降低坝体的安全性。     

石板水电站重力坝坝基渗流渗压观测资料的统计回归分析

渗流、渗压是影响坝基稳定的重要因素。通过对石板水电站重力坝坝基渗流、渗压多年观测数据的统计分析,考虑水位、温度和时效的影响,采用逐步回归分析法建立了坝基渗流、渗压的统计回归分析模型。回归计算结果表明,渗流、渗压统计值与观测值吻合较好,统计复相关系数较大,估计标准误差较小。统计回归分析模型有效地反映了坝基渗流、渗压的变化规律和发展趋势,为评价大坝运行安全性态提供了有效地分析手段和途径。     

混凝土重力坝多折面建基面稳定安全分析

研究了重力坝多折面建基面的稳定评价问题,指出现行规范建议公式无法完整计算三维情况下的多折面建基面稳定安全性。为此,在对规范建议的结构极限承载能力验算表达式进行改进和探讨的基础上,采用分项系数对材料参数和作用进行配套处理,导出了基于有限元计算结果的极限平衡准安全系数计算表达式,同时采用强度储备系数法揭示坝体建基面破坏模式和稳定安全度。以极限平衡准安全系数法和强度储备系数法的联合应用构成定值安全度的综合评价体系。工程算例的结果表明,这两种方法判断准则简单适用并相互补充印证,能够较好评价多折面建基面的稳定安全性     

切割式横缝碾压混凝土重力坝抗震安全性研究

由于切割式横缝的联接作用,切割式横缝碾压混凝土重力坝近似为一个整体结构。当遭遇强震作用时,随着切割式横缝的开裂程度不同,碾压混凝土重力坝的抗震安全性也就有所不同。针对切割式横缝的结构特点,在有限元法动力分析中,利用“生死”单元来模拟切割式横缝的联接单元和切割单元,且以整个横缝联接单元弹性模量的不同折减来模拟切割式横缝的不同开裂程度,并应用到金安桥水电站左岸坡坝段群的抗震安全性分析中。分析结果表明：金安桥水电站左岸坡坝段群在设防烈度为IX度的地震作用下,切割式横缝的开裂对左岸坡单个坝段和坝段群的抗震安全性影响不大,且大坝是安全的。这说明了金安桥水电站碾压混凝土重力坝结构设计合理,能够抵御设防地震。     

光照碾压混凝土大坝渗控分析

基于光照水电站坝基水文地质条件及坝体渗透特性的研究,建立了大坝三维有限元模型,模型较详细地考虑了坝体大坝不防渗结构和排水系统及坝基地质和防排渗结构。分析研究了薄层单元、排水孔幕的模拟方法,采用合适的方法计算了同条件下的渗控情况。通过综合对比分析,对该坝的渗流规律及相应渗控措施进行了初步地探讨。     

基于流固耦合理论某尾矿坝失稳特性及稳定性分析

选用典型的尾矿库工程实例,采用流固耦合和强度折减法相结合对其尾矿坝进行稳定性分析,确定尾矿库渗流场分布及浸润线的位置,该浸润线位置与实测浸润线位置吻合较好。建议强度折减过程中尾矿坝的失稳准则,计算安全系数,确定潜在滑裂面的位置,并与极限平衡法计算出的安全系数及临界滑裂面位置进行比较,表明强度折减法得出的结果与Bishop法结果接近,流固耦合-强度折减法在尾矿库稳定性分析的可行性。在该基础上研究尾矿坝潜在的失稳模式,将尾矿坝潜在的失稳模式分为局部失稳和整体性失稳两种,局部失稳为尾矿坝的部分坝面发生滑移,整体失稳为整个尾矿坝坝体发生失稳,并分析导致该尾矿坝两种失稳模式的主要因素,认为浸润线埋深过浅是导致局部失稳的主要原因。     

某水库坝基渗透稳定性研究

某拟建高为22 m的混凝土重力坝坐落于第四系冰水堆积层之上。在大坝上下游水头差的作用下,产生库水渗漏。库水的大量漏失,不但可能使大坝蓄水达不到设计高程而影响工程效益,而且,水流的渗透作用还会导致地基岩（土）体的恶化,产生渗透破坏,影响大坝本身的安全。在现场调查基础上,用数值模拟方法评价了该水库在库内设置175 m长铺盖条件下的渗漏问题,计算了水库的渗流量、大坝基底的水力坡度。因其量值较大,必须在渗流出口处采取反滤层等工程措施,给相关部门提供设计依据和决策参考。     

均质土坝管涌发展过程的渗流场空间性状研究

堤坝发生管涌破坏时,渗流场具有强烈的空间特性,管涌发展过程的数值模拟对于堤坝工程管涌预防与治理都具有重要的参考价值。提出以一维通道嵌入三维块体的方法,克服了在三维问题有限元模拟方法上存在的困难。在探讨均质土坝管涌发展过程模拟方法的基础上,使用数值方法分析了土坝管涌发展过程的渗流场时空分布特性;揭示了管涌发展过程中渗流力集中状况及其变化规律。研究表明,改善渗流场的形态是防治堤坝工程管涌的关键措施。     

某上游式尾矿坝安全性评价方法分析研究

尾矿库安全性评价在尾矿库运行中是一项至关重要的工作。本文借助实际的工程实例,使用规范规定的计算方法和公式,结合工程力学和流体力学基础理论知识,深入的研究了尾矿库坝坡稳定性和尾矿渗流稳定性的评价方法和计算过程,对现有的尾矿库安全性进行了评价。同时,通过实验室重塑性试验取得了为矿体的各项参数,应用二维边坡稳定性和渗流稳定性计算软件对尾矿库的稳定性进行了计算,对比解析法和数值法计算结果的异同,分析了产生差异的原因,为尾矿库安全性评价工作提供了一些借鉴。     

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。     

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.     

水位波动下非饱和心墙土坝体的渗流和稳定性

基于Richards方程,对坝体的饱和-非饱和渗流场进行了模拟,再根据饱和-非饱和渗流场和非饱和土抗剪强度公式,对坝体的稳定性进行了分析。结果表明,水位骤降过程中坝体的安全系数通常呈现先缓慢增加后迅速减小的变化过程,分析坝体失稳时塑性区和位移场发现,水位下降的初期,坝体左侧坡体的安全系数要低于坝体右侧坡体,但水位下降到一定程度,右侧坡体的安全系数迅速减小,并先于左侧坡体失稳;采用有限元强度折减法用于多坡面边坡稳定分析时,只能获得最小安全系数的包络线;心墙具有隔水防渗的作用,对水位变化渗流具有阻尼作用。