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。     

考虑饱和-非饱和渗流的土坡极限分析

给出了均质土坝的下游坝坡的安全系数的计算方法。均质土坝的下游坝坡有可能会通过滑裂面发生破坏。土坝中的土坡通常处于非饱和状态。非饱和土坡的安全系数计算需要考虑吸力对抗剪强度的贡献以及土坡中的非饱和渗流。给出处于饱和-非饱和渗流状态下的土坡的安全系数,有助于评价均质土坝的安全系数。下游坝坡的安全系数计算方法有：极限平衡法、上限解法和下限解法,该算法适用于非饱和土坡,且是在饱和土坡安全系数的计算方法上修正得到的。算例中非饱和土坡安全系数的计算考虑了吸力对抗剪强度的贡献。考虑非饱和渗流理论的土坡安全系数计算方法通常更加接近现场实际情况,并且对于同一坝坡,考虑非饱和渗流计算出的土坡安全系数要比饱和渗流理论计算出的安全系数大。     

考虑渗流作用的溃坝溃口发展模型

Osman基于边坡稳定性分析,建立了一套河岸崩塌发展的模型,该模型考虑了边坡崩塌的过程,从一定程度上反映了岸坡在水流作用下发展的过程,在描述溃坝溃口发展的模型中得到了很好的应用。在溃坝过程中,库水位会因泄流量的增加逐渐降低,此时在溃口边坡中会形成不稳定渗流,由此产生的渗透力会使岸坡的稳定性降低。本文在Osman模型的基础上,在边坡稳定性分析中考虑了溃坝过程中渗透力的作用,计算了岸坡破坏的倾角和判断岸坡稳定性的临界比值H/H'。另外,通过美国爱达荷州Teton坝历史溃坝案例提供的坝体的基本数据,模拟了考虑渗流作用下的溃坝过程,并且与不考虑渗流作用情况下的结果进行了对比。结果表明,考虑渗流作用的情况下溃坝水库水位下降的速度相对不考虑渗流的情况下更快,水库水流干的时间相对更短。这表明渗流加快了岸坡崩塌的速度,这使溃坝的时间缩短。     

龙井水库大坝的渗流和稳定分析

本文以龙井水库大坝为例,运用有限单元法对粘土心墙坝的渗流进行分析计算,同时运用瑞典圆弧滑动法和简化Bishop法对粘土心墙坝的坝体稳定进行分析计算,在此基础上对水库大坝进行了渗流安全评价和稳定性安全评价。     

库岸斜坡失稳及其涌浪灾害风险分析

库岸斜坡失稳及其引发涌浪问题是库岸斜坡灾害的重要研究部分,开展库岸斜坡失稳及其涌浪灾害风险分析研究对指导库岸斜坡防灾减灾具有重要意义。以湖南省麻阳县大水冲水库滑坡为例,探讨库岸斜坡失稳引发涌浪灾害的分析方法,采用Geostudio软件进行10年和50年一遇5日累积降雨的滑坡稳定性模拟分析,绘制滑坡影响范围内建筑物风险变化图和室内人员风险变化图。总结了在最危险工况下,大水冲水库滑坡总经济风险为249.3万元,室内人员的风险值达到27.8,并有产生翻坝的可能,但对沟口居民和水库坝体破坏的风险低。     

张家湾水库大坝的渗流和稳定分析

以张家湾水库大坝为例,运用有限单元法对除险加固后均质土坝的渗流进行分析计算,同时运用瑞典圆弧滑动法和简化Bishop法对均质土坝的坝体稳定进行分析计算,在此基础上对水库大坝进行了渗流安全评价和稳定安全评价.     

多种外界随机荷载综合作用下的坝坡风险评价

对于边坡的风险评价,目前研究领域主要涉及的是边坡系统在自身岩土体材料力学参数为随机变量情况下的风险性,而对于综合考虑外界多种自然因素随机性的影响却研究甚少。只有少数学者对随机水位与随机水平地震力共同作用下的边坡结构风险进行了初探,但进行水文分析时,仅考虑了随机水位情况下由静水压力所引起的边坡失效风险,而忽略了渗流因素对坝坡破坏风险的影响。针对这种不足,在以往研究的基础上,考虑了渗流因素的作用,对多种外界随机荷载综合作用下的坝坡风险进行了评价,并以沟后水库大坝下游坝坡为实例,将渗透变形与地震力作用滑坡风险进行了耦合,从而对多因素共同作用下的边坡风险进行了评价。     

Evaluation of the Instability Risk of the Dam Slopes Simulated with Monte Carlo method (Case Study: Alborz Dam)

Embankment dams are one of the most important geotechnical structures that their failures can lead to disastrous damages. One of the main causes of dam failure is its slope instability. Slope Stability analysis has traditionally been performed using the deterministic approaches. These approaches show the safety of slope only with factor of safety that this factor cannot take into account the uncertainty in soil parameters. Hence, to investigate the impact of uncertainties in soil parameters on slope stability, probabilistic analysis by Monte Carlo Simulation (MCS) method was used in this research. MCS method is a computational algorithm that uses random sampling to compute the results. This method studies the probability of slope failure using the distribution function of soil parameters. Stability analysis of upstream and downstream slopes of Alborz dam in all different design modes was done in both static and quasi-static condition. Probability of failure and reliability index were investigated for critical failure surfaces. Based on the reliability index obtained in different conditions, it can be said that the downstream and upstream slope of the Alborz dam is stable. The results show that although the factor of safety for upstream slope in the state of earthquake loading was enough, but the results derived from probabilistic analysis indicate that the factor of safety is not adequate. Also the upstream slope of the Alborz dam is unstable under high and uncontrolled explosions conditions in steady seepage from different levels under quasi-static terms.

     

基于动力学和材料软化特性的边坡渐进破坏特征研究

边坡的失稳是一个从量变到质变的动态渐进破坏过程,此问题也是边坡领域研究的重点与难点之一。在考虑岩土材料软化特性和动力学求解的基础上,建立了边坡渐进破坏仿真的理论框架;利用ABAQUS软件的动力显式求解模块实现了边坡的渐进破坏仿真;根据塑性应变揭露了剪切带的扩展过程,由软化本构确定了滑面材料的分区演化规律,根据等效塑性应变确定了边坡的滑面,通过滑面位置将边坡分为滑体、滑带、滑床,并分别研究了边坡各分区内部特征点运动学变量的发展过程,从而揭示了边坡的渐进破坏过程;基于材料参数沿滑面的时空分布,利用矢量和法得到了边坡不同演化阶段的安全系数。对比该方法与Bishop法确定的滑面位置与安全系数,发现两种方法峰值和残余强度对应的安全系数比较接近,该方法搜索所得滑面位于Bishop法自动搜索的滑面之间,验证了此方法的合理性及可靠性。最后分析了材料软化特征对边坡稳定性的影响,在保持其他参数不变的条件下,增大残余黏聚力,边坡的滑面位置加深,安全系数的初始值减小,安全系数的快速减小阶段有所推迟,并且快速减小阶段经历的时间有所延长,稳定后的安全系数有所增大。保持其他参数不变,增大残余黏聚力对应的等效塑性应变阈值,边坡的滑面位置加深,安全系数的初始值减小,安全系数的快速减小阶段有所推迟,但快速减小阶段经历的时间基本不变,达到稳定的时间有所推迟,同时稳定后的安全系数略微有所增大。     

线性与非线性强度的土石坝坝坡稳定分析下限法

土石坝的坝坡稳定是影响土石坝安全的重要因素,传统的土石坝坝坡稳定采用的是瑞典圆弧法或者毕肖普法,其计算结果既不是下限解也不是上限解。在Sloan的工作基础上,基于有效应力的方式, 用有限单元思想离散结构物,建立满足平衡条件、间断条件、应力边界条件以及屈服条件的极限分析下限法的非线性规划模型,并且编制了相应的程序,应用到土石坝坝坡稳定性的计算中。考虑了地震荷载和渗流作用,采用迭代算法对土石坝进行非线性强度指标的坝坡稳定计算。最后,以几个典型土坡和具体的土石坝工程为算例,与多种方法的分析结果比较,表明了该方法的可行性。     

地震工况下坝坡的抗滑安全系数取值标准研究

地震工况下的坝坡抗滑稳定性核算一直是大坝安全性评价的重要环节,采用科学合理的计算方法是评价坝坡安全性的基本保证。本文从概率极限分析的角度探讨了坝坡稳定性可靠度分析的概率意义,提出了将地震发生当做概率事件的坝坡可靠度计算方法。为验证将地震超越概率纳入坝坡稳定分析中的合理性,本文通过两个典型算例和小浪底坝坡典型剖面的抗滑稳定性分析研究了坝坡在地震工况下的单一安全系数与可靠指标的变化规律。研究结果表明在坝坡稳定分析中引入超越概率计算所得结果与工程实际相符,与以往的将地震发生当做确定性事件计算方法相比,该方法显著提高了坝坡的可靠指标值;比较可靠指标与单一安全系数的取值标准显示出在坝坡稳定分析中合理地引入地震概率分析方法能够保证坝坡在地震和正常工况下有相近的可靠指标值     

卡马水库应急除险工作的启示

2009年汛期,广西河池卡马水库右岸溢洪道附近发生垮塌,大坝安全风险骤然增加.在应急除险实践中,同时对大坝不同状态进行了有限元渗流分析及采用非线性指标进行边坡稳定分析,初步确定出险位置可能处于放空洞中段,在此基础上,对水库溃决风险进行了分析,得出了风险决策依据,从而提出减灾措施,有效降低了水库溃决的风险.从卡马水库的应急处置出发,探讨了中国水库应急除险的关键技术,并提出了中国水库安全管理相关的一些重要问题.     

金沙江干流水电工程区岸坡失稳危险性预测及防治对策

笔者通过调查研究和综合分析金沙江干流水电工程区岸坡地质背景和岩体力学环境条件，定性分析与定量评价相结合，采用与三峡工程库区岸坡失稳危险性评价相类比的方法，针对崩滑体失稳按总体积的1／8和1／11入江方量进行了计算和按美国土木工程学会涌浪图解计算法计算了入水点及在向家坝坝址、溪洛渡坝址和邻近城镇的涌浪高度，并围绕大坝施工安全、库区周边城镇安全，水库运营安全等方面对岸坡失稳的危险性进行了评价预测，提出了岸坡失稳的防治对策。评价结果表明，向家坝库区和溪洛渡库区土质岸坡坍塌及崩滑体入江和涌浪不会影响水库的正常运行及长期效益。     

降雨入渗非饱和黏土边坡稳定性的极限平衡条分法研究

考虑非饱和黏土边坡的基质吸力和渗流力,根据水位线位于滑面上、下的临界平衡状态,分别建立了滑体条块极限平衡状态下力和力矩平衡式,获得了降雨条件下非饱和黏土边坡稳定性的极限平衡条分法计算式。通过试验、参量变换以及作用力的位置关系可以确定相关参量,并采用数值计算求解临界平衡状态下滑体条块的相互作用力系数和非饱和边坡安全系数。案例结果表明：考虑渗流力时的非饱和黏土边坡安全系数比不考虑渗流力的安全系数降低约13.8%,且考虑渗流力作用的条间力作用系数变化率明显大于不考虑渗流力的结果;当降雨强度超过一定值时,坡面径流很快形成,边坡出现不稳定的时间基本相同。     

基于ABAQUS模拟渗流作用下的大坝浸润面分析

堰塞坝是由崩塌、滑坡等堵塞河道而形成的天然坝体。区别于人工坝,堰塞坝具有坝体结构松散、材料分布不均的特点,其一旦形成,极易在短时间内发生失稳破坏(漫顶溢流、渗流破坏及坝坡失稳),威胁下游群众的生命财产安全。堰塞坝的失稳破坏主要受到上游水位、坝体渗流及余震作用的影响,本文以唐家山堰塞坝为研究背景,基于通用有限元软件ABAQUS建立堰塞坝渗流及动力响应分析模型,研究堰塞坝在渗流及余震作用下的稳定性,并进一步分析渗流及坝体余震对堰塞坝溃坝模式的影响。研究结果表明,(1)唐家山堰塞坝坝体发生渗透破坏的可能性较小,但随着上游水位的上升,堰塞坝发生渗流破化的概率增大;(2)堰塞坝内部动力响应特征表现为沿坝高从上到下,坝体的加速度放大倍数逐渐减小,动力响应呈现明显的“表面放大”效应;(3)余震作用下,堰塞坝不会发生整体失稳破坏,但余震使得堰塞坝坝高降低,从而加速其发生漫顶溢流破坏。     

建房切坡条件下边坡稳定性分析

为研究切坡建房对边坡稳定性的影响,本文通过统计分析浙江省余杭区鸬鸟镇地质灾害发育分布特征与成灾模式,概化四类具有不同坡度的斜坡模型,利用有限元极限平衡法模拟计算斜坡开挖后应力、应变分布及安全系数变化规律,借助函数曲线拟合边坡开挖进尺与安全系数间的关系,推算出斜坡开挖失稳时的开挖进尺临界值。得出以下结论:（1）未开挖状态,斜坡潜在失稳区位于坡顶处,开挖后坡脚附近失稳概率高于坡顶。（2）斜坡开挖后,坡度与开挖进尺共同影响边坡稳定性,且坡度影响大于开挖进尺。（3）误差分析发现,坡度小于20°斜坡的临界值误差较大,坡度大于20°斜坡的临界值误差较小。     

浅析坝下游黄土-砂卵砾石二元结构岸坡失稳机理

新疆伊犁河流域水库大坝下游岸坡常具黄土-砂卵砾石二元结构地层组合,成为水库渗漏潜在隐伏结构.随着伊犁河流域水利水电工程建设开发力度的加大,该地层组合中显现出的渗漏和岸坡稳定性等工程地质问题也逐渐增多,有必要对该方面进行研究和总结.本文以斯木塔斯水电站、巴喀勒克水库为例,对其坝下游岸坡稳定性开展运行期的地质调查,并结合研...     

库水位骤降后面板缺陷坝体渗漏量和坝坡稳定性分析

为研究库水位变动情况下面板不同缺陷的面板堆石坝渗透稳定特性,利用著名岩土分析软件Geo-studio的Seep/w与Slope/w模块,以浙江省临海市西部括苍镇境内某面板堆石坝为例,对不同土工膜缺陷及库水位变动工况的组合进行了渗流特性及稳定性的数值模拟分析,得到了浸润线,渗漏量及稳定性系数的变化曲线,计算结果表明:(1)面板一旦发生缺陷,静库水位下坝体的浸润线有一个明显的抬升,缺陷尺寸越大,浸润线高程越高,但是差异不大。库水位高程越高,静库水位下坝体内部的浸润线高程也就越高;(2)库水位水平越高,缺陷尺寸越大,坝体渗漏量也就越大;(3)库水位骤降下面板坝内部浸润线呈现先疏后密的规律,库水位下降速率越大,上游坝体浸润线疏的部分则越疏。在库水位骤降经过面板坝缺陷高程时,有一个浸润线突降的过程;(4)从整体上看,上游坝坡的稳定性系数要大于下游坝坡的稳定性系数;静库水位下,库水位水平越高,上游坝坡稳定性系数越大,而下游坝坡稳定性系数则越小,缺陷位置越高,稳定性系数越低;库水位骤降情况下上游坝坡稳定性系数随库水位下降呈现先下降后上升的趋势,下游坝坡则呈现一直上升的规律,一旦面板发生缺陷,稳定性系数较完整面板来说有一个较大幅度的下降,面板缺陷尺寸越大,稳定性系数整体上越小。     

堰塞坝溃坝模型实验研究综述

堰塞坝是天然形成的坝体,结构比较松散、稳定性差、渗透作用强,发生溃决危险性大、概率高、突发性强,而且破坏可能性高及产生的洪水威胁人们的生命和财产安全,因此需要系统、全面的研究。作者从单坝溃坝、级联溃坝及堰塞坝处置的溃坝试验进行详细的回顾,总结及分析了国内外学者在堰塞坝溃坝模型实验取得的成果及局限性,进一步分析了单坝溃决的颗粒级配、密实度、含水率、沟床坡度等因素,最后讨论了溃坝因素与溃决模式、溃决特征、溃决流量、溃口演化的关系。基于模型实验相似理论及模型比尺、实验测试手段、堰塞坝处置三个方面,提出了今后的研究重点。     

峡谷区重力坝岸坡坝段动力稳定性评估方法

从概率的观点出发,结合确定性矢量和安全系数方法,对设计基准期内随机地震条件下的重力坝岸坡坝段动力抗滑稳定性评估方法问题进行了初步探讨。首先,基于确定性动力时程分析法,得出坝段抗滑矢量和安全度时程曲线,评价一次确定性设计地震作用下的坝体稳定;然后,考虑基准期设计烈度下地震的随机性,进行坝体动力稳定的可靠度分析。通过Gram-Charlier级数拟合法和随机加权最大熵法,得到坝体动力稳定安全度时变曲线中最小值的概率分布函数及其动力可靠度;最后,结合确定性和概率性分析结果,综合评价设计基准期内地震作用下的坝体抗滑稳定性。工程实例分析结果表明,采用确定性与概率性结合的互补方法,能够进一步认识动力稳定分析中安全裕度的合理性评价问题,进而更加合理地评估整个设计基准期内重力坝的动力抗滑稳定性。