水平向与竖向地震动的时间遇合模式对边坡动力安全系数的影响

通过沿滑面的应力积分法和动力时程分析法,研究了水平向、竖向地震动单独作用对边坡动安全系数的影响,发现竖向地震动与水平向地震动一样也对边坡抗震稳定性有显著的影响。在此基础之上,重点探讨了实际地震的双向地震动同时作用时,其时间遇合模式对动力安全系数的影响,结果表明,常用的加速度峰值遇合模式和随机遇合模式都不能充分体现出竖向地震动与水平向地震动的叠加效应,进而造成对安全系数的高估;文中提出的最大地震作用效应遇合模式才是最危险的遇合模式,其所得稳定性安全系数时程的极值更小。在考虑多向地震的边坡抗震分析中,由于多维地震动的强烈随机性,应考虑出现这种最大地震作用效应遇合的可能性,以得到工程设计中偏于安全的动力稳定性安全系数值。     

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。     

混凝土重力坝与基岩胶结面用断裂力学方法进行计算的探讨

一、问题的提出 目前,重力坝剖面尺寸通常决定于坝体稳定计算,即按照以下公式核算大坝沿坝基面的滑动条件。 1.抗剪断强度的计算公式:K′=f′ΣP+C′A/ΣO (1)式中:K′——考虑抗剪断强度时的抗滑稳定安全系数,其值按规范为3.0,2.50;f′(或tgφ′)——坝体混凝土与坝基接触面的抗剪断系数;     

重力坝层间抗滑稳定体系的动力可靠度分析方法

受明显的层状结构影响,加之材料参数和动荷载的双重随机性,动力条件下碾压混凝土重力坝的层间抗滑稳定可靠度问题值得关注。考虑地震波频谱特性、峰值加速度、坝体材料参数的随机性,统计概化出地震作用下坝体的潜在滑动失效路径;在特定地震动作用下,基于随机有限元分析结果,采用刚体极限状态判断准则和响应面法构建失效路径的动力抗滑稳定功能函数,进而求得其抗滑稳定可靠指标;接着考虑不同失效路径的相关性,用Ditlevsen窄界限公式估算体系的可靠度;最后,考虑地震动荷载的随机性,采用基于全概率公式的数值拟合积分方法求解大坝抗滑稳定体系的动力可靠度。研究结果表明,动力条件下,当水平地震系数大于0.2时,重力坝层间抗滑体系可靠度不再由建基面失效路径决定,而是由下游折坡处层面的失效路径决定。该方法数学意义明确,实用性强。     

基于ANSYS混凝土重力坝稳定动力响应分析

为了研究在静力作用下安全稳定及应力变形规律以及地震动持作用下重力坝的动力响应,应用时程分析法通过有限元数值模拟方法对混凝土重力坝进行三维模型计算。结果表明：静力作用下以及地震动持作用下重力坝的坝趾和坝踵部位应力均较为集中,坝踵处最大,与其它重力坝的其它部位比较,左坝底部的应力集中,特别是在左坝底部与水压、基岩的交界地带,引起了坝体的滑移,因此,建议对此处进行加固处理;重力坝坝体的最大幅值通常出现在坝顶,而且动力放大效应很强。坝体最大振幅一般发生在坝顶,其动态放大作用较大。由于坝顶突然发生的突然变化,导致了坝顶的横向开裂,必须采用相应的工程措施来降低坝顶的荷载,从而使其具有更好的结构刚度。     

强度折减DDA方法及其在稳定分析中的应用

在自行研制的非连续变形分析（discontinuous deformation analysis,DDA）程序中实现了自动强度折减法以模拟边坡的稳定性和安全系数。通过锦屏高边坡和某重力坝深层滑动的计算分析以及与刚体极限平衡法和有限元方法的比较研究可以看出,强度折减DDA法可以较高精度求出岩石高边坡的安全系数,但求得的重力坝深层抗滑稳定安全系数要低于刚体极限平衡法的结果。基于强度折减技术的DDA与FEM的耦合方法,可以较准确地求出重力坝深层抗滑稳定安全系数。     

地震作用下边坡安全系数时程计算及参数研究

提出了一种计算地震作用下边坡动力安全系数时程的方法,该方法以动力有限元时程分析得到应力场,再使用遗传算法搜索每个时刻下的临界滑裂面,进而确定其安全系数,从而得到边坡在动力作用下的安全系数时程,物理意义明确。通过在基岩输入不同周期的正弦波加速度,研究了动力作用周期对安全系数时程的影响,发现相同加速度幅值下周期越大安全系数越小,安全性越低。与边坡自振周期和振型比对后发现,地震波周期与边坡自振周期耦合引起的动力响应增大,不仅与周期耦合相关,还与相应的自振振型相关,只有与以坡体本身振动为主的振型耦合时,才会发生明显的动力响应增大,相应的安全系数明显降低。     

某核电取水隧洞洞口段及洞口高边坡抗震稳定分析

针对某核电取水隧洞工程,采用非线性的动力分析方法,用Flac3D建立大型三维有限差分模型,模拟隧洞洞口段在场址时程地震波作用下的地震响应规律,同时通过建立隧洞洞口处回填高边坡的二维有限元模型,进行洞口边坡在地震动作用下的稳定性分析,得出其边坡滑动面位置和动力安全系数时程曲线。通过场址地震波的输入,探讨隧洞洞口及边坡的结构响应特点,得出隧洞洞口衬砌内力随地震波作用的时程变化曲线,绘制隧洞衬砌内力图,同时给出隧洞洞口段高边坡安全系数。分析结果表明,隧洞洞口抗震的薄弱部位位于隧洞拱肩及边墙位置。分析方法及结论对于隧洞的抗震设计具有一定的参考价值。     

基于分项系数法的重力坝深层抗滑稳定分析

针对基于有限元法的重力坝深层抗滑稳定分析问题,根据工程实际中软弱结构面上的抗剪断摩擦系数和凝聚力变异性不同的特点,在计算中引入滑动面上抗剪断强度参数的分项系数,提出了一种新的应用于重力坝抗滑稳定的有限元计算方法--分项系数有限元法。该方法基于可靠度思想,以达到用极限承载状态时的强度储备系数或超载系数来表征大坝安全度。在已有研究成果的基础上,从坝基渐进破坏过程和破坏机理的角度进一步探讨了非线性有限元法应用于深层抗滑分析应注意的几个关键问题,以及基于分项系数法的深层抗滑稳定分析的安全系数控制标准。研究结果表明,滑动面上的应力分布性态和坝基岩体变形特性对抗滑稳定安全系数有重要影响。与常规刚体极限平衡方法的控制标准相比,分项系数有限元方法可以采用偏低一点的安全系数标准。     

用强度折减方法分析重力坝深层抗滑稳定性

目前,对重力坝深层抗滑稳定的分析方法尚无统一和明确的规定。强度折减方法在求解安全系数方面具有不用指定滑面、自动搜索滑裂面等优点。本文基于FLAC软件,采用强度折减方法对分属三种典型地质条件的多个算例进行分析。分析结果表明,无论采用相关联还是非相关联流动法则,采用强度折减方法得到的安全系数与Morgenstern-Price方法求解的安全系数都相差较小,误差小于5%,且采用相关联流动法则时得到的安全系数误差更是小于3.5%。根据在破坏时坝基塑性区的分布,提出了确定滑裂面的方法,该方法确定的滑裂面与M-P方法搜索到的滑裂面有很好的一致性。本文通过多个算例的分析证明基于FLAC软件的强度折减方法是一种可靠、有效的方法,可以应用于分析重力坝深层抗滑稳定性。通过对向家坝水电站泄12坝段的深层抗滑稳定分析表明该方法可以应用到重力坝深层抗滑稳定的工程分析中。     

高心墙堆石坝地震变形与稳定分析

针对西部强震区一300m级高心墙堆石坝,采用三维非线性有效应力动力有限元分析方法,在地震反应分析基础上,应用所建立的分析方法,重点研究了高心墙堆石坝的地震残余变形、坝体单元抗震安全性和坝坡的抗震稳定性,得出了大坝地震残余变形和动力稳定的有关规律和结论,可供工程建设参考.     

厂坝联合条件下重力坝应力及抗滑稳定分析

关于厂坝联合作用对重力坝坝基抗滑稳定的影响一直是水利水电工程中比较关注的问题。针对这一问题,结合金安桥水电站重力坝工程,通过弹塑性有限元方法和坝基抗滑稳定系数的计算进行了探讨和分析。结果表明,对于水电站的河床坝段,不论是通过传统研究方法 法,超载法还是强度储备安全系数计算方法,都说明通过厂坝联合的共同作用,可有效地提高坝基浅层抗滑稳定性能,但提高效果不很明显。另外,采用厂坝联合作用后,可有效地降低坝体内的最大压应力和拉应力,使坝体内的应力分布更加均匀,可使厂坝连接处的发电进水钢管的挠度曲线比较光滑连续,减小了因挠度突变而产生不利的附加应力,有利于发电进水钢管的正常安全运行。     

单江拱坝右坝肩岩体变形稳定计算分析

用有限元计算了单江拱坝右坝肩岩体的变形,着重分析了断层F1对于坝肩岩体变形的影响。用极限分析方法,计算了断层、层面等结构面切割形成的块体的抗滑稳定安全系数。结果表明,在一定范围内断层F1对于坝肩岩体的变形具有很大的影响,块体不能满足规范规定的抗滑稳定要求,需要加固。并对加固方式提出了建议。     

三峡大坝深层抗滑稳定研究

三峡左岸厂房1～5号机组坝段存在高陡边坡沿缓（中）倾角结构面的深层滑动稳定问题,对坝基和高陡边坡稳定十分不利。根据实测的长大缓倾角结构面的分布,概化出各坝段的确定性滑移模式,并提出了两种假定的、极端的滑移模型。从工程结构措施、稳定分析方法以及监测资料分析等几个方面,探究了工程稳定性问题,校核和验证了大坝的稳定安全。分析方法主要采用刚体极限平衡法,同时辅以有限元数值分析与地质力学模型试验。左厂1～5号坝段按刚体极限平衡法求得的K′c值满足稳定安全的判据的要求,用其它分析方法：有限元法分析的K′c在3.0～4.5以上,地质力学模型试验,超载系数为3.5～4.2,表明左厂1～5号坝段在采取了各种工程结构措施后大坝及其岩基的抗滑稳定已有保证。     

黄河大柳树坝址岩体松动机制动力数值模拟研究

黄河黑山峡大柳树坝址区存在大面积、大范围的岩体松动现象,主要特征是岩体应力释放,结构面张开,密度显著下降。为进一步研究岩体松动的成因机制,在详细地调查区域地质背景条件及区域地震动力作用基础上,提出了地震动力作用与岩体松动现象的内在联系,通过三维有限元数值模拟计算,进一步证明了大柳树坝址区存在的大范围岩体松动与历史上该地区发生的强烈地震具有密切关系。因此,在目前的工程地质条件下,一旦发生同样规模的地震活动,坝址区所遭受的破坏程度会更大。     

Assessing seismic response of a 2D roller-compacted concrete dam under variable reservoir lengths

Finite element method (FEM) is effectively used for evaluating roller-compacted concrete (RCC) dams, especially in high seismicity zones. The aim of this study is to investigate the effect of various reservoir lengths on the seismic response of a selected RCC dam under strong ground motion effects. Six different reservoir lengths, the lengths varies from h/2 to 10h (h, the height of dam), are used within finite element models. The hydrodynamic pressure of the reservoir water is modelled with the 2D fluid finite elements based on the Lagrangian approach. The horizontal and vertical components of the 1989 Mw 6.9 Loma Prieta earthquake are utilized in numerical analyses. The non-linear time-history analyses of those six models are investigated by using Drucker-Prager material model. According to the numerical analysis, it is obvious that the seismic behavior of the RCC dams is considerably dependent on the reservoir length. By increasing the length, we have obtained higher displacement values, which exist until the reservoir length reaches the 3h; at increased lengths, the values remain stable. This result proposes that 3h reservoir length is adequate to assess the seismic response of RCC dams. The principal tensile stresses are relatively lower in non-linear analysis compared to linear analyses. However, the principal compression stresses are close to each other in linear and non-linear analyses. The results imply that the non-linear response is influential on the total seismic response of a dam, which cannot be neglected in numerical analysis.     

三峡高重力坝技术实践综述

三峡工程重力坝最大高度181 m,目前已蓄水至设计水位。大坝设计和施工过程中,通过特殊地质勘探、多种稳定计算方法对比分析、综合工程措施解决左岸坝段深层抗滑稳定问题;布置多层大孔口解决大流量、多任务的泄洪要求,运用钢筋混凝土有限元方法计算孔口配筋;运用二次风冷骨料、个性化动态通水、表面保温等技术进行温控防裂;采用富浆混凝土防渗、预埋冷却水管等技术进行碾压混凝土施工;采用封闭抽排方案、无盖重固结灌浆技术进行坝基处理。分析了大坝运行过程中纵缝开度变化、水位影响下坝踵应力变化的规律,提出了高重力坝在纵缝结构整体性、坝踵应力与应力控制标准、强震作用下大坝破坏机理及抗震措施等方面有待进一步研究的问题。     

边界面模型在MARC中的开发实现及应用

介绍了一个简化的边界面动本构模型及其在通用有限元软件MARC中开发实现的技术。通过对循环单剪试验的模拟验证了程序的可靠性和模型的表现。基于所添加的边界面模型,对一均质场地进行了非线性动力反应分析,并和等效线性动力反应分析的结果进行了对比,表明了模型和分析方法的有效性。最后以一理想土坝为例说明了用所添加的本构模型进行土石坝非线性动力反应分析的方法,并给出了相应的结果。     

各向异性对积石峡面板堆石坝渗流的影响分析

面板堆石坝的坝料在填筑过程中由于碾压等原因而表现出较强的各向异性。采用固定网格有限元全场各向异性渗流分析方法,对积石峡面板堆石坝进行了正常和面板出现裂缝等非常工况条件下的二、三维渗流分析,计算了大坝渗流量和渗流场,探讨了面板裂缝的位置对渗透的影响。计算结果表明,在正常工况条件下,大坝具有良好的渗透稳定性。面板不同的裂缝位置对大坝渗流影响不同。     

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。