重力坝深层抗滑稳定计算探讨

在介绍重力坝深层滑动破坏类型和刚体极限平衡分析法的基础上,指出现行混凝土重力坝设计规范（DL5108－1999）关于双斜面抗滑稳定设计表达式存在物理意义不明确及作用力、抗力不分等不合理之处,并给出更合理的设计表达式。算例结果表明,推荐的设计表达式不仅物理意义明确,而且结果也偏于安全,可供工程设计参考和讨论。     

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。     

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。     

用强度折减方法分析重力坝深层抗滑稳定性

目前,对重力坝深层抗滑稳定的分析方法尚无统一和明确的规定。强度折减方法在求解安全系数方面具有不用指定滑面、自动搜索滑裂面等优点。本文基于FLAC软件,采用强度折减方法对分属三种典型地质条件的多个算例进行分析。分析结果表明,无论采用相关联还是非相关联流动法则,采用强度折减方法得到的安全系数与Morgenstern-Price方法求解的安全系数都相差较小,误差小于5%,且采用相关联流动法则时得到的安全系数误差更是小于3.5%。根据在破坏时坝基塑性区的分布,提出了确定滑裂面的方法,该方法确定的滑裂面与M-P方法搜索到的滑裂面有很好的一致性。本文通过多个算例的分析证明基于FLAC软件的强度折减方法是一种可靠、有效的方法,可以应用于分析重力坝深层抗滑稳定性。通过对向家坝水电站泄12坝段的深层抗滑稳定分析表明该方法可以应用到重力坝深层抗滑稳定的工程分析中。     

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。     

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。     

应用变形分析研究重力坝深层抗滑稳定

坝基变形是引起坝基失稳的一个重要因素,但在研究坝基稳定性的过程中,坝基变形并未得到充分重视。关键点的合理选取是正确使用坝基变形特点研究坝基稳定性的前提,在对向家坝泄12坝段深层抗滑稳定进行非线性有限元分析时,对关键点的选取进行了有益的探索并提出了选取方法和关键部位的概念,即起主要抗滑作用的部位。通过研究各关键部位关键点的变形特点,根据关键部位在抗滑过程中的重要性并结合屈服区的发展,从不同的安全层面研究了重力坝深层抗滑稳定的安全度,并给出合理的处于极限状态的强度储备系数及其下限值,这种研究重力坝深层抗滑稳定的方法具有自己的特色。     

三峡大坝深层抗滑稳定研究

三峡左岸厂房1～5号机组坝段存在高陡边坡沿缓（中）倾角结构面的深层滑动稳定问题,对坝基和高陡边坡稳定十分不利。根据实测的长大缓倾角结构面的分布,概化出各坝段的确定性滑移模式,并提出了两种假定的、极端的滑移模型。从工程结构措施、稳定分析方法以及监测资料分析等几个方面,探究了工程稳定性问题,校核和验证了大坝的稳定安全。分析方法主要采用刚体极限平衡法,同时辅以有限元数值分析与地质力学模型试验。左厂1～5号坝段按刚体极限平衡法求得的K′c值满足稳定安全的判据的要求,用其它分析方法：有限元法分析的K′c在3.0～4.5以上,地质力学模型试验,超载系数为3.5～4.2,表明左厂1～5号坝段在采取了各种工程结构措施后大坝及其岩基的抗滑稳定已有保证。     

重力坝层间抗滑稳定体系的动力可靠度分析方法

受明显的层状结构影响,加之材料参数和动荷载的双重随机性,动力条件下碾压混凝土重力坝的层间抗滑稳定可靠度问题值得关注。考虑地震波频谱特性、峰值加速度、坝体材料参数的随机性,统计概化出地震作用下坝体的潜在滑动失效路径;在特定地震动作用下,基于随机有限元分析结果,采用刚体极限状态判断准则和响应面法构建失效路径的动力抗滑稳定功能函数,进而求得其抗滑稳定可靠指标;接着考虑不同失效路径的相关性,用Ditlevsen窄界限公式估算体系的可靠度;最后,考虑地震动荷载的随机性,采用基于全概率公式的数值拟合积分方法求解大坝抗滑稳定体系的动力可靠度。研究结果表明,动力条件下,当水平地震系数大于0.2时,重力坝层间抗滑体系可靠度不再由建基面失效路径决定,而是由下游折坡处层面的失效路径决定。该方法数学意义明确,实用性强。     

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Cosserat连续体的颗粒破碎影响研究

颗粒破碎对颗粒材料宏观力学行为有重要影响。 结合Hardin的破碎经验公式,将表征破碎程度的破碎参量与Cosserat连续体的内部长度参数相关联,形成一个基于Cosserat连续体且能考虑颗粒破碎的弹塑性模型。数值算例主要考察了颗粒破碎对颗粒材料承载能力、塑性应变及局部化行为的影响,数值结果表明,颗粒破碎主要发生在剪切带内,颗粒破碎使得剪切带明显变窄且剪切带内外等效塑性应变梯度明显增大。     

地基渐进破坏及极限承载力的Cosserat连续体有限元分析

利用Cosserat连续体理论和所发展的有限元数值方法,模拟了地基由应变软化引起的以应变局部化为特征的渐进破坏过程,并从等价塑性应变的发展变化,阐述了渐进破坏过程对所能发挥的极限承载能力的影响。结果表明,Cosserat连续体模型能有效地模拟由应变软化引起以应变局部化为特征的渐进破坏现象,对地基等土工结构物有必要进行渐进破坏分析。同时指出,在求解软化型土体地基的极限承载力时,如果仍按传统的极限平衡或极限分析理论进行分析,可能得出偏于危险的结果。     

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。