四川会东老虎岩尾矿坝地震反应分析

应用有效应力有限元法研究了老虎岩尾矿坝在不同坝高时的应力水平、变形和孔隙水压力分布,以及遭到Ⅶ度地震作用时的反应.分析结果表明:在当前坝高情况下,无地震作用时尾矿坝处于稳定状态.在受烈度为Ⅶ度的地震作用下,尾矿堆积坝坝外坡和沉积滩面的堆积尾矿砂土在局部已经发生液化破坏;在封库坝高情况下,无地震作用时尾矿坝处于极限状态.在受烈度为Ⅶ度的地震作用下,尾矿坝坝外坡和沉积滩面的堆积尾矿砂土已发生大面积液化破坏.在地震作用下,老虎岩尾矿坝堆积尾矿产生液化破坏的主要原因是堆积坝体内浸润线的埋深较浅.对老虎岩尾矿坝必须加强排渗措施,使坝体内浸润线下移.     

土石坝拟静力抗震稳定分析的强度折减有限元法

基于拟静力抗震设计概念,提出利用强度折减有限单元法分析土石坝的抗震稳定性,给出了两种确定地震惯性力的方法：（1）依据《水工建筑物抗震设计规范》[1],并结合有关土石坝动态分布系数计算了沿坝高分布的地震惯性力;（2）直接利用土石坝有限元地震动力反应分析得到的单元节点加速度反应,依据建议的方法确定坝体各单元节点的地震惯性力。将上述计算确定的地震惯性力与其他形式的外荷载共同作用到土石坝上,采用强度折减有限元法确定土石坝坝体的拟静力抗震安全系数。对于稳定渗流期,水位降落期等不同工况,或需要考虑振动孔隙水压力作用的饱和无黏性土填筑坝等不同计算条件,给出了使用折减强度有限元法分析坝体抗震稳定性的实现途径和方法。研究表明,有限元法对边界条件、复杂断面条件和材料分区及荷载组合均具有较强的适应能力,因此,使用有限元法分析土石坝抗震稳定性具有显著的优越性。     

地震加速度动态分布及对高土石坝坝坡抗震稳定的影响

《水工建筑物抗震设计规范》（DL5073-1997）建议的土石坝地震加速度动态分布系数适合于150 m以下的土石坝,而前许多土石坝的设计高度已远大于150 m。与低坝相比,高坝受地基刚性的约束减弱,坝体的自振周期延长。在坝体地震反应中,高阶自振周期与地震卓越周期耦合的机率增大,高阶振型的振动易被激发放大,从而导致坝体地震加速度沿坝高的分布与低坝有所不同。据此,采用有限元法研究了高土石坝的加速度分布,提出了高于150 m土石坝的地震加速度动态分布系数图示。在此基础上,利用堆石材料的非线性强度准则,对高度超过150 m的土石坝坝坡抗震稳定性作了进一步的分析,得出随着坝体地震加速度动态分布系数的降低,坝坡临界破坏的安全系数有所提高。     

内撑式支护的软土基坑开挖抗隆起稳定性分析

采用强度折减法有限元方法（SSRFEM）,分析了不排水条件下软土地基中内撑式排桩支护基坑开挖的抗隆起稳定性,并研究了软土不排水抗剪强度、支护结构条件、基坑尺寸对基底抗隆起的影响。研究表明,以往通常采用的极限平衡公式,对基坑开挖基底抗隆起稳定分析不能完全考虑支护结构的影响,也不能考虑基坑侧壁位移的影响,在一些条件下误差较大,而SSRFEM分析方法是求解基坑极限状态实际而自然的破坏形式,可很好地分析基底隆起稳定性。     

Settlement behaviour of a concrete faced rock-fill dam

Settlement behaviour of a concrete faced rock-fill dam (CFRD), Kurtun dam, located in the East Black Sea Region, Turkey, is investigated. This is the first instrumented CRDF in the Country. Two dimensional plane strain finite element analyses were carried out to assess the total stresses and displacements in the dam both for construction and reservoir filling stages by using computer program PLAXIS. Predicted stresses and settlements are compared with those observed and overall the results are found to be in good agreement for the construction stage. Due to the relatively steep abutment slopes, cross-valley arching has a significant effect on stresses and displacements in the dam body. For the reservoir filling condition, it is seen that, predicted settlements are larger than the observed values, which indicates that during reservoir filling the rock-fill embankment responds more stiffly than it does during the construction stage. The hardening soil model is used to represent the non-linear, inelastic and stress dependent behaviour of rock-fill material. The model parameters are selected from the appropriate values in the literature investigating comparable cases.     

碾压混凝土高拱坝坝肩稳定及坝体开裂静动力分析

强震区高拱坝抗震问题的研究十分重要,高拱坝静力稳定研究和极限抗震能力复核,是确保地震后不发生库水失控下泄的关键课题之一。采用物理模型试验与数值计算的方法,根据汶川震后新核定参数,并考虑降强因素的影响,对沙牌碾压混凝土拱坝进行静动力分析和复核。通过三维地质力学模型综合法静力破坏试验,研究拱坝坝肩在正常荷载作用下的稳定安全性,得到沙牌拱坝坝肩综合稳定安全系数为3.76,建议对两坝肩开裂较严重区域进行加固处理。在此基础上,基于反应谱理论进行三维有限元动力分析,将应力成果导入开发程序由Drucker-Prager（D-P）和Mohr-Coulomb（M-C）准则对加固后的沙牌拱坝进行动力复核计算,并研究大坝的开裂情况和极限抗震能力,计算结果表明,沙牌拱坝的整体抗震稳定性能良好,仅在万年一遇地震工况下发生坝肩浅表层失稳。研究成果表明,沙牌拱坝坝肩稳定性较高、坝肩加固效果良好,从而在“5.12”汶川地震中表现出超强的整体稳定性和抗震能力,其全面开展的研究工作和采取的工程措施可供国内强震区同类型拱坝工程建设及运行借鉴和参考。     

基于ABAQUS的边坡稳定性强度折减有限元分析

以大型通用有限元分析软件ABAQUS作为平台,以迭代不收敛作为边坡失稳判据,通过二次开发建立了能够自动搜索安全系数与相应失稳机构的边坡稳定性强度折减弹塑性有限元计算模型,针对成层黏性土边坡、多级边坡等复杂情况进行了稳定性分析。并论证ABAQUS中所采用的Mohr-Coulomb破坏准则与传统的Mohr-Coulomb破坏准则的一致性。     

渗透压力对重力坝有限元分析的影响研究

针对有限元分析重力坝的应力和抗滑稳定性时,如何正确模拟作用在建基面上的扬压力的问题,通过对有限元法中不同扬压力施加方式对计算结果影响的分析比较,探讨了各自的适用性。采用平面渗流理论,分析了渗透压力对坝体变形、应力分布及抗滑稳定的影响。数值计算结果表明：坝体内渗流场形成后,将扬压力以面力的形式施加在建基面上的方法是不可取的;采用浮重度的方式模拟扬压力的作用,得出结果的可以近似地满足工程精度要求。计算结果还表明,防渗帷幕和排水孔对重力坝的应力、抗滑稳定具有较大的影响。     

南京江宁区某退役小型硫铁矿尾矿库的治理方法

针对江宁区某退役小型硫铁矿出现的不良地质现象,对该尾矿坝进行了抗滑以及抗渗稳定性计算和分析,指出坝体处于不稳定状态,并提出具体治理方法。治理的方案包括降低坝体高度减载,在坡脚处反压坝体增加坝体稳定性,设置排渗设施降低浸润线高度,修筑排水沟阻止地表水停留在库区表面。最后需验证治理后尾矿坝在地震作用下的稳定性,运用时程分析法对设计后的坝体进行了动力有限元的分析,结果表明坝体内部和整体处于较稳定的状态。     

深基坑土钉支护的有限元数值模拟及稳定性分析

在平面应变条件下,对土钉支护的基坑进行了有限元数值模拟,在此基础上采用有限元稳定分析方法评价基坑的稳定性。研究了土钉拉力及基坑变形的变化规律,土钉长度及布置方式变化对基坑变形和稳定性的影响。结果表明,当土钉足够长时,基坑的潜在滑动面与最大拉力作用点连线位置通常是一致的     

基于有限元强度折减法的边坡动力稳定性可靠性分析

传统有限元强度折减法在边坡稳定性数值分析中取得了一定的成功,但由于未考虑岩土体材料参数的变异性等不确定性因素,尚不能直接应用于边坡稳定性特别是动力稳定性可靠性分析问题。为此提出了基于有限元强度折减法的地震边坡动力稳定性可靠性分析方法。将有限元极限分析法、动力分析法和可靠性分析法三者耦合,分析求解边坡在地震作用下的动力稳定性可靠性问题,并将这一过程在数值计算程序中得以实现。在计算分析过程中,克服了原方法需不断人工试算才能得到边坡安全系数而无法量化处理问题,并对边坡动力失效准则进行了适用于程序化的改进,使其计算过程完全实现自主运行。结合典型算例分析结果表明,该方法显著的特点是能较全面地反映岩土体的动力特性和边坡岩土体材料强度参数的变异性及相关性,所得结果相对更加合理且更符合工程实际。该方法既是对有限元强度折减法的应用范围的有益推广,也为边坡动力稳定性可靠性问题研究提供了一条新的有效途径。     

基于静动力有限元的边坡抗震稳定分析方法

由人工截断边界输入地震波,通过时程积分法确定地震荷载作用下边坡的应力和变形,在人工截断边界上采用黏-弹性人工边界条件模拟地基辐射阻尼的影响。采用有限元强度折减法求解边坡稳定安全系数,以塑性区贯通时刻特征点的位移突变作为边坡失稳的评判标准。非线性有限元和黏-弹性人工边界条件结合运用,建立了基于静动力有限元的边坡抗震稳定分析方法。该方法在稳定安全系数的定义上和传统的刚体极限平衡法是一致的。以十里铺水电站为工程实例,分析了库区边坡的抗震稳定性,得出了边坡动力位移时程和动力稳定安全系数,计算结果合理评价了实际工程在地震荷载下的稳定性。     

边坡稳定可靠度分析的并行随机有限元方法

将Monte-Carlo随机方法与并行有限元方法结合,设计了基于PC机群的并行随机有限元算法,每一次随机模拟产生一个随机场,作为一个样本,代入有限元进行稳定性计算,发挥并行有限元计算量大、计算速度快的特点,克服了Monte-Carlo方法计算时间长的缺点。用C++语言结合MPI消息传递接口开发了相应的计算软件,计算了1 000个随机样本的边坡可靠度问题,验证了程序的可靠性及高效性。     

土石坝坡三维随机有限元整体可靠度分析

考虑边坡工程中土的物理力学参数在三维空间上分布的随机变异特性,建立了抗剪强度折减法和蒙特卡罗法相结合的随机有限元法,用以计算边坡的整体稳定可靠度.以某心墙土石坝为例,对土料的容重、凝聚力和内摩擦角的三维空间随机场进行了模拟,计算了整体稳定可靠度.计算结果表明,该方法用于边坡整体稳定可靠度分析是切实可行的.     

坝基两道防渗墙水头分担情况有限元分析

深覆盖层坝址上的高心墙堆石坝,在河床覆盖层中常设置两道混凝土防渗墙防渗。采用开发的有限元软件,参照砂卵石覆盖层深度近50 m的某心墙堆石坝工程的情况,分析了主、副防渗墙6种设置方案中坝基的稳定渗流场,得到了主墙、副墙和覆盖层的水头分担比例。所有方案中河床覆盖层上的水头都小于3 %。当主、副两道墙下部灌浆情况相同、端部之间设置灌浆帷幕封堵绕渗时,副墙承担的水头接近主墙;如果取消封堵绕渗的帷幕,副墙承担的水头下降到总水头的20 %～30 %;而副墙底部和主、副墙两端均不设帷幕的情况,副墙上承担的水头比例下降到总水头的8 %～11 %。副墙位于主墙的下游侧时,其上承担的水头比例比副墙位于主墙上游侧的情况略高。防渗墙承担的水头比例取决于墙整体的防渗能力,而对防渗墙本身的厚度变化不敏感。     

抗滑桩极限阻力的有限元分析

应用平面应变有限元法分析了不同强度、应力状态下土体的单桩极限抗滑阻力,并与现有的极限阻力经验公式的计算结果进行了比较,论证了结果的合理性.对不同桩径及不同土体力学参数情况下的桩极限阻力进行了分析,研究了桩径及土体参数等因素对桩极限阻力的影响.为进一步利用该方法研究单桩极限抗滑阻力的计算公式提供了基础.     

水位波动下非饱和心墙土坝体的渗流和稳定性

基于Richards方程,对坝体的饱和-非饱和渗流场进行了模拟,再根据饱和-非饱和渗流场和非饱和土抗剪强度公式,对坝体的稳定性进行了分析。结果表明,水位骤降过程中坝体的安全系数通常呈现先缓慢增加后迅速减小的变化过程,分析坝体失稳时塑性区和位移场发现,水位下降的初期,坝体左侧坡体的安全系数要低于坝体右侧坡体,但水位下降到一定程度,右侧坡体的安全系数迅速减小,并先于左侧坡体失稳;采用有限元强度折减法用于多坡面边坡稳定分析时,只能获得最小安全系数的包络线;心墙具有隔水防渗的作用,对水位变化渗流具有阻尼作用。     

心墙堆石坝渗透稳定可靠性分析的随机响应面法

将大规模渗流有限元计算与随机响应面法相结合,对双江口心墙堆石坝进行渗透稳定可靠性分析。在基于随机响应面法的可靠度分析框架内,堆石坝稳定渗流有限元计算过程和可靠度分析过程分开独立进行,通过对心墙渗透坡降较大区域的节点建立统一的渗透稳定功能函数,采用渗流有限元分析方法和随机响应面法,计算出该区域每个节点处的渗透破坏失效概率,并将最大失效概率作为心墙的失效概率。最后,分析了心墙渗透系数、覆盖层渗透系数、上游水位与心墙具有最大失效概率节点处渗透坡降的相关关系,以及心墙渗透系数和上游水位的变异性对心墙渗透破坏失效概率的影响。计算结果表明,随机响应面法3阶Hermite展开就能够保证良好的计算精度,且计算耗时较小;双江口堆石坝心墙具有最大失效概率节点处的渗透坡降与上游水位密切相关,而与心墙本身的渗透系数呈弱负相关关系,与覆盖层渗透系数的相关性不显著;随着上游水位变异性的增大,心墙失效概率急剧增大,而这种效应对于心墙渗透系数并不明显。研究成果为随机响应面法在实际工程中的应用奠定了一定的基础。     

挤压墙工法对面板堆石坝应力变形影响规律研究

利用三维有限元数值模拟方法,分析了采用挤压墙的面板堆石坝的应力变形规律。与不采用挤压墙和采用半挤压墙型式的方案进行比较,研究了挤压墙的存在及其型式对于面板堆石坝应力变形响应的影响。计算结果表明,挤压墙的存在及其型式对于坝体的应力变形以及面板挠度变形影响较小;对面板的应力分布情况有一定影响,但不会对面板安全性产生明显影响;挤压墙的存在有利于减小周边缝的沉陷变位。     

Limit state analysis of earthen slopes using dual continuum/FEM approaches

A framework alternative to that of classical slope stability analysis is developed, wherein the soil mass is treated as a continuum and in-situ soil stresses and strengths are computed accurately using inelastic finite element methods with general constitutive models. Within this framework, two alternative methods of stability analysis are presented. In the first, the strength characteristics of the soil mass are held constant, and the gravitational loading on the slope system is increased until failure is initiated by well-defined mechanisms. In the second approach, the gravity loading on the slope system is held constant, while the strength parameters of the soil mass are gradually decreased until well-defined failure mechanisms develop. Details on applying both of the proposed methods, and comparisons of their characteristics on a number of solved example problems are presented. Copyright © 1999 John Wiley & Sons, Ltd.