Failure analysis of the granite for a dam foundation

This paper presents the numerical and experimental investigation of a dam foundation. The site consists of granite and especially weathered granite. Numerical and analytical analyses have been conducted to evaluate suitability of the granite for a dam foundation. Mohr–Coulomb failure criterion has been used to calculate the compressive strength of the rock mass. Finite element implementation of Mohr–Coulomb criterion has been used for deformation and settlement analysis. Packer testing and in-situ estimation of rock mass deformability using the Goodman jack have been performed. The results of the evaluations show that very small normal and differential settlements can be expected in structural regions due to dam construction, and the compacted concrete dam can safely be constructed on either the competent granite or the weathered granite. However, the dam foundation on the weathered granite has high conductivity potential problems for the reservoir.     

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。     

基于物态本构模型的路基动力反应分析

以动力固结理论和瞬态动力学理论为基础,将有效应力物态动本构关系引入到以动力反应与动力固结相耦合、静应力与动应力变化相耦合、孔压的产生、扩散和消散相耦合的动力三维瞬态动力学基本方程组中,形成了饱和土体有效应力物态地震反应分析的完整理论体系。利用有限元法对饱和路基进行了瞬态地震反应分析,较好地反映了土体在震动过程中剪 胀、剪缩的实际性态,比以往引进孔压模型和静-动交替分析计算更为合理。     

基于RNN模型的坝体和岩基区间参数反演方法研究

针对混凝土大坝坝体和岩基参数的区间不确定性,构造具有区间分析功能的RNN（粗糙神经网络）模型,并运用该模型反演坝体和岩基区间参数值。应用区间有限元对结构进行正分析,根据区间参数反演的需要选取相应的区间学习样本,利用RNN模型对样本进行模式学习直至网络收敛,最后通过网络回想和反归一法得到坝体和岩基力学参数的区间值。研究结果表明,该方法可用于反演混凝土坝坝体和岩基区间力学参数,反演得到的区间参数值是合理的。此外,基于RNN模型的区间参数反演方法经过一定的拓展和改进,理论上可应用于反演其他类型的区间参数。     

土坝下软基涵洞施工力学分析

通过逐级新增单元的有限元方法，模拟了土坝下软基涵洞周围土体分层填筑的施工过程。土体采用邓肯-张双曲线模型，涵洞与土体之间采用Goodman型摩擦接触单元，较好地反映了涵洞周围土体的位移场、应力场与涵洞结构内力，为实际工程设计提供了可靠依据，是涵洞结构计算的一种有效方法。     

高速公路桥基岸坡稳定性计算分析

桥基岸坡的稳定性分析是跨谷桥梁设计计算中最为关键的问题之一。过去常把桥基岸坡简化成平面问题来分析,事实上桥基岸坡空间效应显著,简化成平面问题过于牵强。采用三维数值方法,结合有关传统理论和经验公式,对桥基加载前后的整体稳定性系数、桥基的合理位置、单桩的极限受力进行了综合分析,并据此指出应加固的部位和提出相应的加固措施。同时也跳出了以单一稳定性系数作为评价桥基岸坡是否稳定的圈子,通过合理考虑桥梁基础位置与基础受力等因素,提出了一种综合评价桥基岸坡稳定性的新方法。该方法可以根据坡体形式、地质条件、桩型、桩间距、桩长、荷载大小和施工阶段进行应力、变形和整体稳定性分析,分析结果可以指导加固部位和加固措施的确定。     

含软弱土层的深厚河床覆盖层坝基动力特性研究

在强震区、含软弱土层的500 m级特厚覆盖层上建坝,超出了现行设计规范的控制范围。开展了覆盖层厚度、输入地震波峰值、覆盖层中的软弱土层厚度等指标的敏感性分析,揭示了深厚覆盖层地震反应的主要特征及坝基建基面加速度放大倍数分布的规律性。研究认为:覆盖层厚度、输入加速度峰值、软弱土层厚度等指标与建基面放大倍数的衰减在变化规律上成正相关;当输入地震波峰值加速度为0.5g作用下,含软弱土层的500m级特厚覆盖层坝基中地震波总体以衰减为主,建基面放大倍数小于1;覆盖层加速度放大倍数随高程变化的基本规律为先衰减后放大。当存在软弱土层时,由于其滤波隔震作用会在土层内发生动力反应的二次衰减。基于上述分析,进一步提出了覆盖层下部区域地震效应衰减、中部区域软弱土层二次衰减、顶部区域放大的加速度放大倍数分布模型,编制了覆盖层加速度放大倍数建议值表,研究成果可为含软弱土层的深厚河床覆盖层坝基工程设计提供重要参考。     

坝基二维渗流场的大尺寸物理模型试验

利用大尺寸砂槽试验模型模拟了坝基二维渗流全过程,并着重分析了坝基二维渗流场的变化情况。模型槽内土样渗透变形破坏后,取不同区域土样进行颗粒分析试验。根据渗透变形试验所获得的参数,运用GeoStudio 2007软件对坝基渗流场进行数值分析,所得渗流场分布与物理模型试验结果基本吻合,说明该二维渗流场的物理模型试验结果较为合理。结果表明,渗透破坏主要发生在坝体下渗透路径较短的区域内,而坝基上下游基本未产生渗透变形;产生渗透破坏后,渗流路径发生较大改变,导致渗透破坏区域渗流量大幅增加,加速坝基破坏进程。     

二滩高拱坝坝基渗流场的反演分析

研究运行期高坝坝基渗流特性时,渗流场参数的获取是难点之一。针对二滩工程,利用三维渗流场有限元精细求解技术以及遗传算法等方法和理论,建立坝基渗流场反演模型;选择坝基典型渗压计测点作为实测点,通过特定时刻库水位对应渗流场的反演获得坝基渗透系数,再利用不同时刻点库水位对应的渗流场进行验证。分析结果表明,渗流场的反演结果是合理的,可作为研究运行期高拱坝坝基渗流场真实工作性态的依据。     

渗流作用下软基心墙坝稳定性分析

基于心墙坝的渗流特性建立了渗流分析模型和坝坡渗透稳定分析模型,并进一步考虑坝下软土地基的压缩特性提出了与当前应力状态有关的软土层渗流分析模型,将所建模型应用于某水利枢纽主土坝典型软基断面不同运行工况的计算,详细分析了心墙的防渗作用和软土层变形对渗透稳定的不良影响。     

小湾拱坝右岸缆机基础开挖边坡的优化分析

基于加锚节理岩体力学模型应用三维弹粘塑性有限元法,对小湾拱坝右岸缆机基础高边坡的开挖过程和加固措施进行了数值仿真计算,进行了两种设计方案的比较和优化分析,对缆机荷载移动、地下水位、岩体强度参数等影响因素进行了敏感性分析,并在此基础上评价了边坡支护加固措施和边坡的稳定性.     

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。     

Time-domain dynamic analysis of dam–reservoir–foundation interaction including the reservoir bottom absorption

In this paper, time-domain dynamic analysis of dam–reservoir–foundation interaction is presented by coupling the dual reciprocity boundary element method (DRBEM) in the infinite reservoir and foundation domain and the finite element method in the finite dam domain. An efficient coupling procedure is formulated by using the sub-structuring method. The effects of the reservoir bottom absorption are included in the formulations. Sharan's boundary condition for the far-end of the infinite fluid domain is implemented. To verify the proposed scheme, numerical examples are carried out by comparing with the available exact solutions and finite–finite element coupling results for the dam–reservoir interaction. A complete dam–reservoir–foundation interaction is also studied by including the bottom absorption effects. Copyright © 2004 John Wiley & Sons, Ltd.     

Deformability study of Gezhouba dam foundation rocks

This paper summarizes the research work done for the study of the deformability of foundation rocks at the Gezhouba Hydraulic Engineering Project on the Yangtze River, China. A total of 109 in-situ deformation tests in 4 kinds of rock have been conducted, using various testing methods. The test results are analyzed to clarify factors influencing the values of modulus of deformation. The dependence of axial strain (or displacement) on the stress state has been investigated and the way of assigning deformability parameters for calculation is discussed. Finally, some suggestions for improving the rock deformability study of future major hydraulic engineering projects are made.     

文克尔地基模型下液化土桩基水平振动响应分析

在桩基顶部承受竖向荷载作用的条件下,将完全液化后的上层土体视为流体,将桩基等效为欧拉-伯努利梁模型,探讨了桩底嵌固时桩基顶部的水平振动阻抗。运用流体动力方程模拟顶部液化土层的运动,运用文克尔地基模拟下部非液化分层土的运动。结合传递矩阵法,利用液化土与非液化分层土交界面处的位移、转角和内力连续条件,得到桩基顶部和底部的相关位移?内力表达关系式。根据桩基底部的嵌固条件,求得桩顶阻抗的表达式。与已有文献解进行对比,验证了分析过程的正确性。对阻抗影响条件进行参数分析,表明液化深度、轴力和流体密度大小对桩顶阻抗有不同的影响。     

基于正交设计的复杂坝基弹塑性力学参数反演

复杂坝基弹塑性力学参数反演的计算工作量直接取决于采用何种优化方法。根据大坝在运行期的实测资料，运用有限元正交数值试验、回归分析和优化相结合的方法，反演了坝基岩体的弹塑性力学参数。实例研究表明了该方法的有效性和实用性。     

高拱坝动力试验模型气幕隔震的数值模拟及试验研究

基于坝体坝基相互作用和流体-气体-固体耦合理论模型,采用动力有限元时程分析的数值仿真方法,对锦屏一级高拱坝动力试验的模型,进行了气幕隔震的三维数值模拟。基于动力试验模型的相似原理、模型材料的单轴抗压强度试验以及超声波检测,得到了试验模型的基本相似物理参数;保证试验模型的基本动力相似;气室材料采用厚度为1 cm的工程塑料ABS,坝体上游面的左、右两岸直接用聚苯乙烯塑料(简称ABS)拉通覆盖,均匀地分布在坝体上游面,达到整体气室隔震的效果。数值计算及试验结果基本相符,气幕显著降低了上游坝面的动水压力。与无气幕相比,动水压力削减可达70%以上。通过数值计算分析及试验研究相结合的手段,论证了气幕减震蕴含的工程价值。     

双江口水电站复杂坝基初始渗流场反分析

采用正交试验方案和ν-SVR相结合的直接法来解决复杂坝基的初始渗流场反分析问题。通过安排正交数值试验,获取初始渗流场全面的信息,并用ν-SVR向正交试验的样本学习测孔水位和各参数之间的关系,从而建立各参数和测孔水位之间隐式表达式,用此表达式代替正算程序,经过优化最终获得最优初始渗流场。经过工程实例验证,该方法能适应非线性复杂岩土问题且具有高效性。     

Bayes约束随机场下坝基溶蚀区随机模拟方法及其影响分析

基于完全随机场模拟溶蚀岩体可能会高估其空间变异性和不能有效地利用溶蚀以外的地质信息和实践经验,提出用Bayes约束参数随机场模型描述坝基溶蚀区的随机模拟方法。引入Bayes公式,对溶蚀区域岩土参数的统计特性进行修正,反映出地质勘测的新增地质信息和试验参数信息,建立约束随机场,并在此基础上进行随机有限元分析,研究坝基溶蚀对大坝结构性态的作用效应。计算结果表明,相对于完全随机场模型,Bayes约束随机场模型更为客观地考虑了溶蚀岩体的空间变异性,有效地降低了溶蚀参数完全随机场下结构响应的模拟方差。在概率分析过程中,推荐蒙特卡洛响应面耦合方法（MC-RSM）作为适用于复杂工程的随机模拟方法,该方法能够代替直接MC法对同样力学机制的不断重复,减小计算时间成本。     

柱状节理坝基岩体三维各向异性数值分析

在分析柱状节理不连续性和各向异性的工程特性基础上,对某拱坝及坝基的柱状节理岩体进行三维数值模拟分析。考虑河谷初始地应力场和岩体各向异性力学性质,采用各向同性本构和各向异性弹塑性本构进行对比分析。计算表明,坝基柱状节理岩体各向异性特性对工程整体应力、变形的影响比较明显,采用各向异性弹塑性模型计算更能反映柱状节理的特殊性。其结果为该坝区岩体工程各向异性力学分析提供了示例。