乌井水库坝体防渗墙对坝坡稳定的影响研究

增建防渗墙是一种常见的土石坝加固手段,目前,关于土石坝除险加固工程中增建混凝土防渗墙后是否对坝坡稳定产生影响的研究较少,工程设计上也很少考虑.为分析增建防渗墙对坝体的影响,采用有限元法建立数值计算模型,分析增建防渗墙前后坝体渗流、应力场变化规律,对比计算不同运行工况条件下的坝坡稳定情况.计算结果表明:增设防渗墙后,上游坝坡浸润线有所抬高,下游坝坡浸润线明显降低;墙前土体孔隙水压力大于墙后土体,墙后土体的有效应力大于墙前土体;增建防渗墙后上游坝坡的稳定安全系数减小,但减小的幅度不大,相比上游坝坡,增建防渗墙对于下游坝坡的稳定安全系数影响更显著,安全系数提升了近10％;水位骤降速度越大,上游坝坡稳定安全系数下降越快,骤降达到的最小坝坡稳定安全系数越小,对于坝坡的稳定越不利.     

水位下降对平山水库黏土心墙坝渗流场和稳定性影响分析

本文以平山水库黏土心墙坝为例,计算得到了库水位从校核洪水位下降至正常蓄水位和死水位,坝体内部浸润线分布和上下游坝坡的最小安全系数。结果表明:随着库水位下降,浸润线也逐渐降低,心墙内浸润线由直线变为折线;校核洪水位时最大渗流速度可达0.4503m/d;上下游坝坡的最小安全系数随水位降低而减小,但均满足规范要求;水位下降导致心墙与上游坝体交界处的剪应变范围增大,并有向上游坝坡扩展的趋势。     

库水位回落条件下土石坝边坡稳定分析

利用二次开发的有限元软件ANSYS,形成渗流与边坡稳定分析程序模块,计算得到库水位回落条件下的土石坝渗流场;据此分析非饱和土强度、土体密度随含水量变化的关系及渗透力作用;利用强度折减有限元技术分析了水位降落过程中渗透系数、水位降速对边坡稳定性的影响.结果表明,库水位降落初期,坝内浸润线下降,下游坝坡稳定性增大,但此时上游坝坡稳定性仍大于下游坡;饱和渗透系数相同时,库水位降落速度越大则上游坝坡稳定性越差,不同水位降落速度对较小饱和渗透系数的土石坝渗流场及边坡稳定性影响程度较小,对较大渗透系数的坝体则影响较大;水位下降速度相同,则坝体饱和渗透系数越小其上游边坡稳定安全系数越小.     

库水位骤降情况下土石坝坝坡稳定分析

库水位骤降时,土石坝坝体内浸润线高于库水位,较高的孔隙水压力和渗透力会导致上游坝坡失稳。英布鲁水电站土石坝设计过程中,采用饱和与非饱和渗流模型的有限元法分析得到库水位骤降条件下土石坝的非稳定渗流场,采用极限刚体平衡法计算得出上游坝坡的安全系数。结果表明:英布鲁水电站土石坝在水库敞泄时,上游坝坡的安全系数不满足规范要求;库水位按设计推荐的库水位降落速度控制,上游坝坡的稳定安全系数满足规范要求。     

渗流应力耦合及库水位变动下中小型均质土石坝坝坡稳定分析

为研究库水位变动对中小型均质土石坝坝坡稳定性的影响机理和规律,根据非饱和渗流原理及刚体极限平衡理论的简化毕肖普法,对均质土石坝在渗流应力耦合状态及水位骤升和骤降工况下坝体渗流和上下游坝坡稳定性情况进行有限元模拟。结果表明:考虑渗流应力耦合作用影响,库水位骤升时,上游坝坡安全系数先以较快速度增大后缓慢增大最后稳定不变,下游坝坡安全系数先下降后缓慢上升较小幅度,最终趋于稳定;库水位骤降时,上游坝坡安全系数先以较快速度减小后缓慢减小最后趋于不变,下游坝坡安全系数先不断增大后缓慢减小较小幅度,最终趋于稳定;水位骤升骤降的过程中,坝体上下游坝坡的安全系数均大于规范规定的最小安全系数,其抗滑稳定满足规范要求。该研究成果为中小型土石坝风险评估及后期水库大坝采取除险加固措施提供了参考。     

木河桥水库面板坝缺陷渗透稳定性数值模拟研究

为研究木河桥水库面板坝不同缺陷在库水位变动工况下的上下游坝坡渗透稳定性规律,利用Geo-studio软件进行数值模拟,得到缺陷面板坝的坝后浸润线高程、渗漏量及稳定性变化规律。研究结果表明,库水位高程越高,面板坝坝后浸润线高程越高,坝体的渗漏量越大,上游坝坡安全系数越大,下游坝坡安全系数越小;库水位骤降速率越大,最小安全系数出现的时刻越早,最小安全系数也越小;一旦面板发生缺陷,面板坝后的浸润线及渗漏量会出现较大的增长,安全系数下降幅度也较大,缺陷高程越高,面板坝后浸润线高程及渗漏量越大,安全系数也越小。     

木桥河水库面板坝缺陷渗透稳定性数值模拟研究

为研究木桥河水库面板坝不同缺陷在库水位变动工况下的上下游坝坡渗透稳定性规律,利用Geo-studio软件进行了数值模拟,得到了缺陷面板坝的坝后浸润线高程、渗漏量及稳定性变化规律,结果表明:库水位高程越高,面板坝坝后浸润线高程越高;坝体渗漏量越大,上游坝坡安全系数越大,下游坝坡安全系数越小;库水位骤降速率越大,最小安全系数出现的时刻越早,最小安全系数也越小;一旦面板发生缺陷,面板坝后的浸润线及渗漏量会出现较大增长,安全系数下降幅度也较大,缺陷高程越高,面板坝后浸润线高程及渗漏量越大,安全系数也越小。     

水位降落条件下非稳定渗流试验研究

水位降落时产生的非稳定渗流场对坝坡的渗流和稳定影响较大。通过砂槽模型室内试验模拟了粉砂、细砂、黏土等多种材质的边坡在水位降落过程中的非稳定渗流物理过程,分析了水位降落过程中上游边坡的渗流场特点,比较了不同边坡材料、渗透特性、坡比和水位降落速度的泄水过程中边坡渗流场自由面形式和等势线变化特点,重点研究了给水度μ、渗透系数k、库水位降落的速度v对自由面最高点、上游边坡中的孔隙水压力、坡降的影响,定量分析了水位降落时k/μv判断骤降、缓降、快降的标准,探讨了非稳定渗流浸润线的计算公式。结果表明：渗透系数小、给水度大的土坡在水位降落过程中产生的上游边坡孔隙水压力值和渗透坡降较大,非稳定流场自由面最高点位置也更高;水位降落时的上游边坡渗流方向指向坡面;浸润线最高点高度与坡前水深的比值h0/H与降落时间t/T间存在线性关系,k/μv作为判断骤缓降的指标与其线性系数呈指数关系。     

砂岩压重对病险土石坝坝坡稳定性影响分析

基于极限平衡法和非饱和渗流理论,以某病险水库加固工程为例,针对其上游坝坡不稳的问题,提出采用砂岩压重进行处理的加固措施,对比计算加固前后上游坝坡在不同运行工况下的安全系数、滑裂面及浸润线,结果表明:砂岩压重加固后的上游坝坡安全系数增大明显,大于规范最小允许值,滑裂面剪出口上升至砂岩顶部平面与上游坝坡坡面交点位置,砂岩压重加固对坝体内浸润线的分布没有影响。研究成果可为今后大坝除险加固方案的优化设计提供参考。     

库水位骤降下某均质坝除险加固后稳定性态评价

为研究库水位骤降对水库均质坝稳定性态的影响,基于非饱和渗流有限元理论,采用Geo-Studio软件计算某大坝在整治后不同库水位下降速率时的安全性态,得到坝体渗流场、坝坡安全系数及最不利滑裂面。计算结果表明,坝内渗流场的变化滞后于库水位的下降时间;库水位下降速率越大,浸润线最高点越高,上游坝坡稳定性越差;上游坝坡在初期降水时安全系数随时间的推移减小明显,在降水后期安全系数随时间推移减小不明显;库水位下降速率和库水位高程对大坝上下游坝坡滑裂面位置没有影响。计算成果为整治后水库的合理运行和管理提供了科学依据。     

基于COMSOL Multiphysics的某水库均质坝渗流与稳定性模拟分析研究

引入三维渗流分析理论与强度折减方法计算稳定性,基于某水库均质坝体工程资料分析,借助COMSOL Multiphysics数值软件建立分析模型,研究不同工况下坝体渗流与稳定性,得到正常蓄水位下坝坡的上下游侧渗透压力差、浸润线、水头等势线分布特征,最大水力坡降值为2.89,渗流活动较为安全;水位回落期中水力坡降随水位回落逐渐增大;浸润线最高点高程为917.5 m,渗流方向指向上游侧坝坡与坝体内部;最大水力坡降值为5.61,坝体渗流较为危险,应考虑布设防渗结构。通过分析正常蓄水位、水位回落期、施工期3个工况下坝坡危险滑弧,3种工况下安全系数分别为1.54、1.33和1.73,均高于临界最小安全系数,坝体稳定性处于安全状态。以期为COMSOL软件在水工建筑物中渗流与稳定性分析提供参考。     

非稳定渗流作用下边坡稳定性试验研究

水位下降时产生的非稳定渗流不利于堤坝边坡稳定,是一个与水力学和土力学有关的复杂问题。开展了非稳定渗流作用下的边坡稳定模型试验,研究了不同土力学条件和水力学条件下,渗流对边坡稳定性的影响,探讨了水位降落指标k/μv与边坡稳定性之间的关系。结果表明：在边坡稳定性分析中,渗流方向是边坡稳定分析的关键,水位降落时渗流向上游方向,边坡安全系数远低于其他渗流方向。边坡失稳发生在水位降落过程中临水坡的渗透力或渗透坡降达到最大的时刻。不考虑渗流方向的计算结果不能正确反映边坡的稳定性,建议边坡稳定分析须正确考虑渗流作用。     

基于GeoStudio的某水库均质坝渗流稳定安全评价

为了定量评价某水库均质坝当前的渗流稳定情况,基于非饱和渗流有限元理论,采用GeoStudio软件计算了水库大坝在稳定及非稳定渗流状态下的渗透稳定情况,得到了坝体渗流场、渗透比降、渗流量和坝坡稳定安全系数。结果表明:(1)在坝体内形成非稳定渗流工况时,坝体浸润线明显高于上游水位,此时上游坝坡处于最不利的安全状态;(2)坝体处于稳定渗流时,上游坝坡安全系数增大,下游坝坡安全系数逐渐减小;(3)各运行工况下大坝渗透比降均小于允许值,安全系数均大于规范最低要求值。研究成果可为大坝坝体的安全评价提供参考。     

水位骤降下土石坝的渗流和结构稳定分析

基于FredlundXing非饱和渗流模型和Morgenstern-Price极限平衡理论,对水位骤降下土石坝的渗流和结构稳定进行分析。结果表明,库水位骤降时坝体内浸润线未与坝前水位同时降落,坝体浸润线从上游至下游表现为先升高再降低,迎水坡安全系数明显降低而背水坡基本不变。     

土石坝各向异性渗流特性及对坝坡稳定的影响

基于饱和-非饱和理论,以均质土石坝为例,采用固定网格法,运用ABAQUS有限元软件分析了渗透特性各向异性情况下的浸润线、流速分布,将流场作为初始应力导入到坝坡的稳定性计算中,基本解决了坝坡渗流与稳定性分析耦合问题。计算结果表明,坝坡浸润线、下游溢出点随着各向异性的增大而抬升;坝坡安全系数随着各向异性程度的增大而减小,论证了考虑各向异性渗流特性的必要性。     

地震作用下岩质边坡变形破坏效应研究

文中以汶川地震灾区公路沿线的裕丰岩边坡为例,采用有限元模拟软件对该高边坡进行模拟分析,研究地震作用下岩质边坡的变形破坏过程。分析了坡体关键位置位移和应力变化,通过分析得出:在边坡水平方向上随着坡深的增大应力会增大,在坡表达到最小。边坡垂直方向上应力会随着高程的增加而减小,在坡顶达到最小,坡脚处最大的发展规律。而且在边坡拐点、转折端会产生应力集中,这些地方是边坡失稳的起始位置。坡体内最大的水平和垂直位移发生在边坡的中上部和坡体表面。上述规律对于防治地震作用下边坡的变形破坏效应具有指导作用。     

黏土心墙坝库水位骤降联合降雨上下游坝坡渗透稳定性数值模拟

为研究库水位骤降联合降雨情况下某黏土心墙坝的渗流特性以及稳定性规律,利用Geo-studio软件,对库水位骤降、不同强度降雨以及降雨发生在库水位骤降的不同时刻下的某黏土心墙坝的渗流特性以及上下游坝坡的稳定性规律进行了数值模拟。计算结果表明:(1)库水位骤降工况下孔压降低152%,上游坝坡安全系数先减小12.8%,后略有增大,下游坝坡则增大0.5%,库水位下降速率越大,孔压下降越快,上游坝坡安全系数下降越快,最小安全系数越小,下游坝坡安全系数上升越快;(2)降雨工况下孔压先平均增大2.1%后降低至初始水平,安全系数则先减小0.3%后增大至初始水平,降雨强度越大,孔压上升的幅度越大,最小安全系数越小;(3)降雨发生在库水位骤降不同时刻下,孔压呈现先减小后保持不变,在降雨时刻呈现突然上升的趋势,上游坝坡安全系数先减小后维持不变,下游坝坡安全系数先增大后保持不变,在降雨时刻突然下降,降雨发生在库水位下降结束时刻安全系数最小。     

动态水位影响下的土石坝稳定性分析

水库在运行的过程中为满足一定的需求,水位会在不同的区间之间进行动态的变化,而水位在变化的同时会引起相应渗流问题,从而影响到土石坝的稳定性。利用有限元软件Geo-Studio对土石坝在动态水位变化下的稳定性进行数值模拟。研究表明:在蓄水阶段上游坝坡的安全系数随着水位的上升逐步增加,库水位下降时,坝坡的安全系数呈现下降趋势,且库水位下降速率越大,坝坡失稳所需时间越短。     

地震作用下孔隙水压力对边坡动力稳定性的影响

以某水库堤坝为研究对象,研究了地震作用下孔隙水压力对边坡动力稳定性的影响。先分析地震荷载引起的渗流场时程变化,再与应力场进行耦合,分析坝坡稳定性。渗流场和震动场分析采用有限元法,坡体稳定性分析采用极限平衡法。结果表明:地震作用会激发超孔隙水压力的增长,是否考虑地震荷载和孔压变化的耦合效应会使得稳定性分析结果有较大差异。不考虑该耦合作用时,边坡易发生浅层滑动,滑动面较平坦,易高估堤坝的抗震稳定性;考虑该耦合作用时,滑面位置明显深入,易发生深层滑动。孔压的累积效应可能是两相介质边坡动力失稳的关键因素。因此,地震作用下孔隙水压力对边坡动力稳定性分析具有至关重要的作用。     

库水位骤降下混凝土防渗墙对心墙土石坝渗流稳定的影响

采用混凝土防渗墙对心墙土石坝进行加固,考虑坝体土料的非饱和特性,对加固前后土石坝在库水位骤降情况下的渗流稳定特性进行有限元计算分析,结论如下:当水位骤降时,加固前的坝体中孔隙水来不及排出,浸润线呈"上凸"状,坝顶向上游发生较大变形,上游坝坡形成贯通塑性区,坝坡抗滑安全系数较小.设置混凝土防渗墙后,心墙内的浸润线降低,坝顶位移和沉降变小,塑性贯通区消失,坝坡安全系数增加.计算表明,混凝土防渗墙与坝基相连,在坝体内部形成"纵向增强体",坝体整体刚度增强,抗渗性增强,坝体的变形得到有效限制,坝体的稳定性明显提高.