高面板坝地震动非一致输入响应规律

在多点输入方法和等价黏弹性模型的基础上,采用半解析的波函数组合法实现了面板堆石坝在非一致输入下的动力计算。从频域散射角度对计算方法的合理性进行了验证。对比了非一致输入与一致输入下高面板堆石坝的动力响应,发现在采用基岩自由表面点的振动过程相同的对比标准下,非一致输入的整体动力响应较小;在面板坝防渗系统相对薄弱的止水结构附近,非一致输入的动拉应力最大值比一致输入的结果更大;非一致输入下大坝动力响应值的分布相比一致性输入呈现出中间小、周边大的特性。并基于波动理论进一步分析了不同种类地震波入射角度对高面板堆石坝动力响应的影响,揭示了P波、SV波和SH波入射下高面板堆石坝动力响应规律：随着入射角的增大,SH波入射时,高面板坝动力响应强度基本不变; SV波入射时,存在一个临界角,当入射角在临界角左右时高面板坝动力响应强度急剧增大和减小,之前基本不变,之后一直减小;P波入射时,存在一个特征角度,在入射角小于特征角度时高面板坝动力响应强度基本不变,大于特征角度时高面板坝动力响应强度减小。     

高混凝土面板堆石坝流变的三维有限元数值模拟

采用一种新的能模拟高围压条件的堆石料幂函数流变本构模型,对水布垭面板堆石坝进行了考虑堆石料流变特性的应力-应变仿真分析。结果表明,考虑堆石料流变特性后的坝体变形有明显的增加,坝体应力有所松弛。堆石体的流变特性使得面板的挠度有所增加,面板顺坡向和坝轴向拉应力极值有所增大。对于分期浇筑面板、分期蓄水的高混凝土面板堆石坝,选用合适的流变本构模型正确地模拟堆石体的流变特性,其结果可以为大坝填筑进度及面板分期浇筑时间的确定提供参考,对于正确地预测大坝的应力变形也具有重要意义。     

汶川地震紫坪铺面板堆石坝地震波输入研究

对国家强震动台网中心紫坪铺面板堆石坝区域台站实测主震记录以及大坝台网实测余震记录进行分析,研究主震与强余震地震动的基本特征。分别选取茂县地办、郫县走石山、成都中和这3组基岩台站实测主震地震动,紫坪铺台站2008年11月6日实测余震地震动以及按水工抗震规范人工生成地震动作为数值计算的地震动输入,对紫坪铺大坝进行三维动力有限元分析,并与实测结果进行对比。研究表明,郫县走石山与成都中和2个远场台站位于断层下盘,其实测地震动的加速度反应谱长周期（0.65 s以后）分量过于丰富,不宜作为断裂带附近紫坪铺大坝的地震动输入;紫坪铺大坝台站实测的余震地震动1 Hz附近（大坝基频）的频率成分相对较少,且持续时间较短,以至于难以激发大坝响应;对比坝顶实测地震动加速度反应谱和数值计算反应谱,建议汶川地震中紫坪铺大坝动力计算时可采用茂县地办台站实测地震动或按抗震设计规范反应谱人工生成地震动。     

考虑拱效应的高面板堆石坝流变收敛机制研究

采用一种能模拟高围压条件的堆石料幂函数流变本构模型,探讨狭窄河谷条件下堆石体流变变形的发展规律及相应的控制流变变形的工程措施。数值仿真结果表明,在狭窄河谷中的堆石体存在着拱效应。由于拱效应的影响,如果不考虑堆石体流变导致拱效应减弱而增加的附加变形,数值仿真计算得到的大坝变形将小于其真实的变形。受拱效应影响,堆石体初期变形的速率受到抑制,但随着坝体的升高、蓄水后水压力的加大以及堆石体随时间发展等流变变形因素的影响,堆石体中的拱效应逐渐减弱。要减小面板浇筑后由于其下卧的堆石体流变产生的附加变形,可以尽量利用面板过水及堆石体挡水,以加快堆石体流变变形的完成。采取措施,避免大的陡坡突变以及面板浇筑时间滞后其下卧堆石体断面几个月。     

考虑堆石体流变效应的高面板坝最优施工程序研究

考虑高面板坝堆石体的流变变形效应对堆石体的最优施工碾压进度方案进行了研究。结果表明,堆石体的本身流变变形特性对不同施工碾压进度方案下的面板垫层变形影响较大。堆石坝不同材料分区的特点从客观上决定了高堆石坝必然存在一个较优的施工填筑上升方案。堆石体均匀上升的填筑进度方案的面板垫层法向最大位移较小,且沿面板坡向的分布比较均匀,对面板与垫层间的协调变形有利。从最优填筑方案的角度来看,建议高堆石坝采用均匀上升的碾压施工程序。     

混凝土面板堆石坝三维仿真分析

根据混凝土面板堆石坝的特点,提出了一种计算机数值和图形模拟方法,可以对混凝土面板堆石坝的整个施工过程和运行期进行三维非线性仿真计算分析和计算机图形模拟。     

混凝土面板堆石坝的一种坝坡修整算法

基于混凝土面板堆石坝面板施工的实际情况,指出了通常混凝土面板堆石数值计算在模拟面板施工算法上的缺陷。提出了面板堆石坝竣工期上游坝坡修整力学问题,建立了一种适合平面问题和三维问题的统一坝坡修整算法,对任何采用接触模型模拟垫层料和混凝土面板受力特性的有限元计算模型,都具有普遍意义,并在有限元软件ABAQUS中实现了该算法。算例分析表明：该算法简洁和有效,能够保持良好的网格形态,使接触非线性计算收敛速度极大改善,并使蓄水状态下混凝土面板和坝体计算结果更趋于真实。同时,对考虑堆石料流变特性,研究施工阶段或蓄水后混凝土面板与垫层之间是否会发生“脱空”现象提供必要基础。     

基于响应面法的高堆石坝瞬变-流变参数反演方法

如何准确确定原级配堆石体的力学参数是高堆石坝建设中亟待解决的一个关键问题,参数反演是解决这一问题的可行方法之一,传统的参数反演方法因需要进行大量的有限元正分析,其计算工作量大,反演效率较低。响应面法可以有效克服以上问题,但已有方法仅针对堆石体的瞬变参数,未考虑流变参数,不能满足堆石坝长期变形预测的需要。综合考虑瞬变和流变参数,通过构造更加合理的响应面函数,提出了基于响应面法的高堆石坝瞬变-流变材料参数反演方法,大大提高了反演的效率和精度。以水布垭面板堆石坝为例,采用该方法对坝体瞬变和流变参数进行了反演分析。反演结果表明,计算值与实测值在数值和变化规律上总体符合较好,反演结果合理可靠且更加高效。     

一个用于面板坝流变分析的堆石流变模型

在前人工作的基础上, 从宏观上建立了一个用于面板坝流变分析的堆石流变模型: 堆石的瞬时弹塑性变形由椭圆-抛物双屈服面模型确定,并计入时间效应, 由双曲线函数经验公式计算堆石与时间有关的粘塑性变形。通过现场实测结果的反分析验证了模型的可靠性。     

堆石坝地震响应和地基液化分析

利用冶勒大坝已经获得的强震监测资料进行大坝坝体及覆盖层动力参数反演,采用三维非线性有限元动力分析方法,分析冶勒大坝在其已经遭遇的最大地震,即4级地震作用下的坝体动力加速度状况,并根据计算结果判别坝基覆盖层的液化情况,进而对冶勒大坝在所遭受的4级地震下的抗震安全性作出评价。其中坝体堆石料及覆盖层砂粒料静力计算时采用邓肯E-B模型,动力计算是采用Hardin模型,地震响应分析采用等价线性法。     

Discrete numerical modelling of rockfill dams

The aim of this study is to obtain quantitative information on the behaviour of rockfill used in embankment dams, and particularly on the influence of block breakage on the displacement field, from a numerical analysis using the Distinct element method. A methodology is set up to define the resistance of the 2D particles so that the same probability of breaking blocks may be reproduced as in a 3D material. The model uses the discrete element code PFC^2D (Itasca Consulting Group Inc., PFC2D (Particle Flow Code in Two Dimensions), Version 3.0, 2002) and considers breakable clusters of 2D balls. The different parameters are determined from experimental data obtained from laboratory tests performed on rock blocks. The model is validated by comparing the results of the simulation of shearing tests with actual triaxial tests on rockfill material published in the literature. The numerical analysis of block crushing in an actual dam is proposed in the last part of this paper. Copyright © 2006 John Wiley & Sons, Ltd.     

流变效应对高混凝土面板堆石坝应力变形的影响

采用三维非线性有限单元法对牛牛混凝土面板堆石坝施工期和蓄水期的应力变形进行模拟计算,并结合沈珠江提出的指数型曲线流变模型,采用自行编制的有限元程序对大坝进行了三维流变分析,得到了坝体、面板在各个时期的应力和变形情况,以及堆石流变对坝体应力变形的影响;计算面板和周边缝位移时采用了三维子模型法,根据实际的坝体填筑、蓄水过程,对每一期面板浇筑之前的坝体上游面位移进行修正,并通过在面板与堆石体之间设置三维面-面摩擦接触单元,来有效模拟面板的应力、变形,为该坝的进一步优化设计提供了有益的建议。     

高心墙堆石坝心墙水力劈裂的颗粒流模拟

目前针对堆石或土石坝的心墙水力劈裂问题虽然已取得了不少成果,但现有的成果大多从宏观的角度进行研究,对心墙水力劈裂发生机制的认识尚未达成一致的观点。采用颗粒流方法从细观角度对心墙水力劈裂问题进行初步研究,模拟了心墙水力劈裂发生和发展的过程。计算结果表明,劈裂水压力Pf随着竖向应力的增大而增大,且两者基本呈线性关系,与室内成果的规律基本一致;心墙在高水力梯度作用下,形成的水楔效应降低了裂缝尖端区附近的最大主应力,当该值小于或接近心墙上游的外水压力时则会导致水力劈裂的发生。此外,计算结果还证明了心墙发生水力劈裂的主要力学原因是由于心墙中的张拉应力超过了土体的抗拉强度。     

那兰水电站混凝土面板堆石坝监测资料分析

介绍了那兰水电站混凝土面板堆石坝监测设计布置,以两年来大坝施工期和蓄水期监测资料为基础,分析了大坝的变形、渗流、应力、应变以及面板与坝体联合受力特性,对坝体施工质量和蓄水后的安全稳定性进行了初步评价,提出了电站运行中需要关注的问题,可供类似工程参考。     

堆石料湿化对混凝土面板堆石坝应力变形特性影响研究

心墙堆石坝的湿化变形已经为人们认识和重视,面板堆石坝由于上游有混凝土面板挡水,其湿化变形很少引起重视,但由湿化变形比较明显的堆石料填筑的坝体,在降雨过程中往往产生较大湿化变形,影响混凝土面板的工作性状。本文研究提出了大气降水引起堆石体达到一定饱和度情况下湿化变形的计算方法。进行了滩坑水电站混凝土面板堆石坝堆石料湿化变形试验,采用弹塑性平面有限单元法,分析研究了堆石料浸水湿化对坝体应力变形以及混凝土面板应力变形性状的影响。     

Discrete modelling of rock-ageing in rockfill dams

The aim of this paper is to obtain, from a numerical study using the discrete element method, quantitative information on the behaviour of a rockfill dam, particularly the effect of rock ageing on the movements of the dam. A numerical model is defined at three different scales: the block scale, the elementary representative volume scale and the dam scale. The model uses the discrete element code PCF^2D, considering breakable clusters of 2D balls. Three rock-ageing laws, taking into account the time-evolving resistance for blocks, are proposed. The different parameters are determined from experimental data of laboratory tests performed on rock blocks. The relevance of the model seems acceptable, considering that the displacements obtained in the simulations are in the same order of magnitude as the displacements measured on the actual dam.     

A reliability-based approach to evaluating the stability of high rockfill dams using a nonlinear shear strength criterion

In recent years, many high rockfill dams have been constructed in China for the purpose of hydropower generation. One of the critical aspects of rockfill dam design is the analysis of slope stability. Triaxial compression tests show that the failure envelopes of rockfills are curved and that nonlinear shear strength criteria yield better predictions of the shear strengths of rockfills than the Mohr–Coulomb criterion. Because the determination of shear strength parameters involves uncertainties, a reliability-based methodology was developed for use in evaluating the failure probability of rockfill dam slopes by integrating Bishop’s simplified method, Duncan’s nonlinear strength criterion and the first-order second-moment reliability method presented in this paper. A computer program, SCU-SLIDE, was developed and its outputs validated by comparison with Monte Carlo simulation results. The approach developed was used to study the stability of the Shuang Jiang Kou rockfill embankment dam, which when completed will be the tallest dam in the world. The results of the stability analysis are discussed and conclusions are presented in this paper.     

Response surface and genetic method of deformation back analysis for high core rockfill dams

High core rockfill dams exhibit complex deformation mechanisms because of complicated geological conditions, many material partitions and severe weather conditions. When realistic parameters cannot be obtained through laboratory tests or engineering analogies because of effects of size or time, back analysis is necessary to predict deformation characteristics. This paper proposes a method of deformation back analysis based on the response surface method and genetic optimization theory. The parameters of the creep and Duncan–Chang models for the Pubugou gravelly soil core rockfill dam are sequentially calculated. Back analysis performed using this method efficiently yields more precise results than those obtained from laboratory-determined parameters.     

堆石坝非达西渗流场分析

坝体的渗流计算常采用近似的线性渗流计算方法,然而对于堆石结构而言,在高水力梯度的作用下,由于流体惯性力与紊流的影响,水力梯度与渗流流速之间偏离了线性的达西定律,堆石体中不同孔隙介质的交界面错综复杂更增加了渗流场形态的复杂性。此时,使用非达西渗流的计算方法,可以提高渗流计算的精度,更加客观地描述渗流场中的渗流行为。基于伽辽金加权余量法推演了Forchheimer方程的非线性有限单元法公式,应用该方法对堆石坝渗流场问题进行了数值模拟计算,并给出了工程实例。研究表明,用该方法可以很好地研究渗流场中的非达西渗流现象。对比达西渗流计算与非达西渗流计算结果之间的差异,得出了非达西渗流计算的意义。对堆石坝结构而言,非达西渗流计算的结构显示渗流场的局部区域可能出现高水力坡降区域扩散的现象。此外,水力坡降峰值对比达西渗流计算结果有所增大,这说明真实渗流场的水力坡降峰值有可能超出材料的临界水力坡降允许值,从而引起坝体的渗透破坏。     

Seismic response for an isosceles triangle hill subjected to anti-plane shear waves

Acta Geotechnica - This paper presents an exact, analytical solution to the boundary value problem of the anti-plane (SH) waves scattering by an isosceles triangle hill on an elastic half-space by...