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。     

复杂地质条件下拱坝整体稳定三维地质力学模型试验研究

针对某高拱坝坝址区地质构造复杂,两岸坝肩岩体内存在断层、煌斑岩脉、层间挤压带、深部裂隙等各类软弱结构面等工程地质问题,本文利用三维地质力学模型试验技术,采用强度储备与超载相结合的综合法试验方法,研究了坝体和坝肩从加荷到破坏的整个过程,试验中充分考虑了影响坝肩坝基稳定的各种因素,既考虑拱坝上游超载情况,同时还重点模拟两坝肩岩体中软弱结构面强度弱化的影响。通过试验获得了坝肩坝基的变形及分布特征、失稳的破坏形态和破坏机理。试验结果表明:拱坝整体稳定安全度约为4.7～4.9,拱坝的基础处理效果较好,并针对坝肩的薄弱环节提出了加固处理措施建议。     

某水电站右岸软弱岩带对坝肩稳定影响的FLAC3D分析

某水电站右岸软弱岩带发育，坝基岩体质量较差。采用FLAC^3D分析表明，在大坝荷载或大坝＋库水荷载作用下，右坝基（肩）变形总量及其与左坝肩变形差异均较小，右坝肩变形随时步衰减较快。结合坝基地质条件分析，右岸软弱岩带不会导致坝肩变形失稳。     

顺向岩质高边坡分级开挖的变形破坏特征研究

以岩质高边坡的野外调查成果为基础,分析了边坡的岩体结构特征和控制边坡稳定性的主要地质要素,依据自然边坡的变形破坏现状定性分析,预测边坡开挖过程中可能出现的宏观变形破坏模式和特征.利用基于有限差分原理的FLAC3D建立坝肩边坡的地质模型,对工程边坡开挖支护过程进行数值法定量研究,得出了工程边坡开挖过程中的应力、位移变化规律和边坡岩体破坏特征.研究成果为苗家坝水电站左坝肩的分级开挖施工提供了依据.     

五嘎冲拱坝坝肩加固效果分析及整体安全度评价

五嘎冲拱坝右岸坝肩由于存在张性裂隙、软弱层以及泥化夹层等地质缺陷,坝肩抗滑稳定不能满足要求而采取加固措施。根据工程最新揭示的地质资料、拱坝结构设计成果以及加固处理措施,建立拱坝–地基整体三维数值模型。采用满足Mohr-Coulomb屈服准则的节理单元,模拟基岩中张性裂隙、软弱夹层、层间泥化夹层等构造。采用非线性有限元法,对加固前后坝基岩体及结构面的变形、屈服区进行对比分析,评价右岸坝肩加固处理措施的有效性,采用水容重超载法分析拱坝坝体和地基岩体的变形以及屈服状态的发展过程,给出加固处理后拱坝–地基系统的整体安全度,结合工程类比,综合评价五嘎冲拱坝的整体安全性。计算成果表明,针对右岸L1张性裂隙所进行的加固处理措施可明显提高右岸坝肩的稳定性,加固效果显著,五嘎冲拱坝坝肩加固处理后超载安全度较高,处于高坝工程的偏上位置。     

基于地质力学模型试验的锦屏拱坝坝肩加固效果研究

锦屏一级高拱坝最大坝高305 m,是目前在建的世界最高拱坝,其坝址区地质条件复杂,存在断层、蚀变岩脉、层间挤压带、节理裂隙及深部裂缝等各类软弱结构面,坝与地基的整体稳定问题突出。为使坝体达到良好的受力状态,满足拱座的抗滑稳定与变形稳定等要求,工程上采取了大量的加固措施,主要有左坝肩垫座、左右坝肩混凝土网格洞塞置换、刻槽置换、传力洞等。加固处理后,坝肩的整体稳定性以及坝肩坝基的加固效果如何是工程上关心的重要问题。采用两个三维地质力学模型,分别开展了锦屏一级高拱坝在地基未加固和加固两个方案下的坝肩稳定综合法破坏试验研究,对比分析了两个方案下坝与地基的变形分布特性、坝肩坝基失稳的破坏机制和整体稳定安全度。结果表明：坝肩坝基加固处理后,坝体及左、右两岸坝肩变位的对称性得到明显改善,变位量值减小;在相同的超载倍数下,加固方案下两坝肩开裂破坏的范围减小,破坏程度减轻,坝肩破坏失稳的超载系数增大,超载能力得到提高;未加固方案拱坝整体稳定综合法试验安全系数为4.7 ~ 5.0,加固方案下安全系数为5.2 ~ 6.0,安全度得到明显提高。综合分析认为,锦屏拱坝采用以坝肩垫座、混凝土网格置换洞塞、刻槽置换、传力洞等为主的加固方案对坝肩坝基起到了良好的加固效果。     

西南某水电站坝肩抗力体长期稳定性分析

水电工程对坝肩抗力体长期稳定性要求极高,因此,对于复杂岩土体坝肩抗力体在水推力作用下的稳定性评价显得尤为重要。西南某水电工程坝肩岩体普遍发育有蚀变岩,因此需对其抗力体长期稳定性进行评价。根据考虑蚀变岩体流变特性的黏-弹-塑性本构模型,对水库蓄水运行期抗力体边坡应力、形变场等特征进行了三维数值模拟研究。研究表明,坝肩抗力体在蓄水6个月后三次应力场基本形成,即此时抗力体处于最危险状态,可能会出现蚀变岩带与断层交叉部位的局部破坏; 通过对蓄水5a后模拟得到的变形值及塑性区变化情况分析,得出坝肩抗力体整体上是长期稳定的。     

拱坝联合坝肩岩体三维计算模型构建

坝址区复杂的地质条件与岩体力学环境变化,直接影响坝肩岩体抗滑稳定及拱坝的安全。我国西南乌东德超高拱坝坝址区工程地质条件极为复杂。坝体载荷后,区域内地层岩性、断层构造、岩溶系统、拱座内不连续裂隙等自然地质条件,成为影响坝肩岩体稳定性的主要因素。基于可研阶段地质勘探数据、二维地质剖面和工程设计数据,采用面向对象技术、多种软件协同作业,建立自然地质条件和工程对象的几何模型。构建适用于地应力反演分析,坝体载荷、工程开挖等因素影响下坝肩稳定性分析的三维精细有限元计算模型。该三维模型最大程度地模拟了工程岩体复杂结构,为高拱坝坝肩岩体稳定性综合分析提供良好的基础。计算结果表明:河谷两侧近地表地应力带及河床深部地应力区应力水平与实际量测值接近。坝肩槽开挖完成后,右岸拱肩槽800 m高程附近位移值最大达到12.9 mm。两岸9个可能滑动楔块在不同荷载组合条件下有一定差异,整体上左岸坝肩稳定性强于右岸。组合地震荷载作用下,所有楔块安全系数均大幅下降,但仍具有一定的安全裕度。     

引汉济渭工程边坡岩体变形特性研究

三河口水利枢纽是引汉济渭工程两大水源工程之一,边坡岩体变形特性是主要的岩石力学问题,为此用刚性承压板法和钻孔变形试验,针对坝肩边坡不同岩性、不同风化程度岩体开展了大量原位试验。综合分析92个点刚性承压板变形试验成果,获得了不同岩体变形参数范围,重点讨论了不同变形曲线类型、各因素对试验成果的影响。介绍了钻孔变形试验方法及原理,分析了坝肩边坡岩体钻孔变形试验成果,最后对两种方法的变形试验进行对比,并综合评价了边坡岩体的变形特性。结果表明,该工程坝肩边坡岩体具有较高的变形参数,变形曲线大部分为直线型,岩体变形特性与岩体类别密切相关,两种试验方法所得岩体变形参数总体趋势一致。     

循环载荷作用下边坡临空面质点运动轨迹特征探讨

循环荷载作用下边坡岩土体容易产生变形破坏,边坡各部位的破坏方式存在不同。基于数值模拟技术,建立2个不同高度的边坡模型,分析了坡肩处质点分别在10Hz垂向压缩和水平剪切循环荷载作用下的运动轨迹特征,并依据物体受力运动与变形之间的关系确定了坡肩潜在的破坏方式。研究表明: 2种加载方式下坡肩质点的运动轨迹均呈椭圆形,加载方式和坡高对坡肩质点的运动轨迹及边坡的潜在破坏方式都有一定影响。低边坡坡肩质点在垂向压缩循环荷载下主要表现为垂向振动,该处岩体发生拉破坏的可能性大; 在水平剪切循环作用下该质点主要表现为水平向振动,坡肩岩体发生剪破坏的可能性大。对高边坡而言,坡肩质点水平向与垂直向的振动幅值之差较低边坡坡肩质点的明显小,说明高边坡坡肩在这2种循环荷载最有可能产生拉剪破坏。     

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。     

某水电站坝肩随机块体稳定系数敏感性影响分析

针对复杂的地质条件,运用三维极限平衡法对某水电站坝肩随机块体的稳定性进行分析,并研究了块体稳定系数Fs的敏感性影响因子。通过敏感性计算,确定了结构面抗剪强度参数(包括粘聚力C、抗剪断摩擦系数f)和结构面产状(包括倾向和倾角)两组主要影响因子,分析了以上影响因子与Fs的变化规律。根据主要影响因子的变化规律比较,得出结构面产状是影响随机块体稳定性主导因素的结论。敏感性影响因子的变化规律分析,为坝肩抗滑设计和治理提供了一定的理论依据。     

拱坝-坝肩三维可视化建模和稳定性分析

拱坝是一种很重要的坝型,具有体型优美、投资省等优点,但是其对坝肩岩体要求很高,因此,为了了解拱坝-坝肩整体安全性状,采用FLAC大变形软件对拱坝-坝肩稳定性进行了三维研究分析。由于FLAC软件前处理有所欠缺,因此采用AUTOCAD和ANSYS联合进行三维地质可视化建模,AUTOCAD用于基本数据信息的处理,ANSYS对基本数据信息进行再加工得到单元模型,然后把单元模型转入到FLAC做数值计算。通过计算分析,得出了有益的结论。     

G 109国道拉萨—羊八井段喀努纳危岩体变形破坏模式及稳定性分析

喀努纳危岩体发育于青藏铁路、G109国道和京藏高速公路的交汇路段,对交通工程施工建设和安全运营造成极大威胁.为了评价喀努纳危岩体的稳定程度,同时查明潜在崩塌的失稳条件和主控因素,深入系统地分析了危岩体的地质背景、发育特征及潜在变形破坏机理.利用块体理论和离散元方法,分别研究了自重条件和地震荷载作用下危岩体的稳定性及动力...     

老虎嘴水电站右坝肩边坡稳定性研究

岩土高边坡稳定性问题一直是水电工程研究的重难点之一。本文以老虎嘴水电站右坝肩边坡稳定性作为研究对象,针对边坡卸荷显著、节理发育、施工安全稳定问题突出的特点,采用数值分析软件FLAC3D,结合点安全系数法,对天然情况、导流洞泄洪洞开挖工况、边坡分级开挖分级加固工况以及开挖完成后降雨工况等不同状况下的相应稳定性问题进行了分析研究。结果表明,老虎嘴水电站右坝肩边坡在无支护加固状况下稳定性较低,不能保证施工期的安全,但在严格分级加固后各工况处于稳定状态,满足工程设计标准下的工程稳定要求。