基于地质力学模型试验的大岗山拱坝整体稳定性分析

 地质力学模型试验是研究拱坝整体稳定性的有效方法,采用250∶1的模型比例尺对有基础处理的大岗山拱坝进行三维地质力学模型试验。通过小块体砌筑技术模拟裂隙岩体的变形和强度、坝基不连续结构面以及坝基处理措施;通过油压千斤顶加载系统施加坝面水荷载;采用的数据采集系统能及时、高效地测量坝面应变、坝基岩体外部位移和内部相对位移,并自动存储数据。采用超载水容重法进行超载破坏试验,得到拱坝坝体位移和应力的分布规律以及坝体和坝基岩体的开裂破坏过程。采用3个特征超载安全系数K1,K2和K3对大岗山拱坝整体稳定性进行评价。通过地质力学模型试验和基于变形加固理论的三维数值模拟对比分析表明,大岗山拱坝整体稳定性较高,并得到对拱坝–坝基整体稳定起控制性作用的部位。     

白鹤滩拱坝谷幅变形预测及不同计算方法变形机制研究

中国已建成的特高拱坝如溪洛渡、锦屏一级等,在初期蓄水过程中均表现出了谷幅收缩的异常现象。而拱坝是高次超静定结构,对坝基变形尤其是不均匀变形非常敏感。从有效应力改变和岩体材料泡水弱化这一谷幅变形机制和边界施加位移这一计算手段出发,利用弹塑性有限元方法,计算并预测白鹤滩拱坝在初期蓄水过程中可能产生的谷幅变形,并分析了谷幅变形对大坝位移和应力的影响。结果表明:两种方法的计算结果相差很大;从有效应力改变和岩体材料弱化角度出发,白鹤滩拱坝两岸山体可能产生的最大谷幅收缩不大于40mm,且该谷幅变形不会很大程度上降低拱坝的整体稳定性,只是使坝体产生了新的应力集中区。而拱坝对施加边界位移具有很强的超载能力,但谷幅收缩对坝体应力的影响极小。对比发现,坝基不均匀变形是影响拱坝应力的关键因素。     

拱坝基础不对称性影响研究

结合国内外一些由于两岸基础不对性造成拱坝的影响实例，基于多次的地质力学模型试验和三维有限元计算分析，就锦屏一级高拱坝地形、地质条件不对性对拱坝整体稳定的影响和加固措施的选择进行了探讨。试验和数值结果均显示：上游坝踵拉应力偏大，下游出现拉应力。坝体应力不对称；左岸变形大于右岸，并且出现斜裂缝，超载能力偏低。通过研究，建议采用垫座及锚索等加固措施，使大坝整体处于平稳状态。     

白鹤滩拱坝基础垫座方案优化研究

白鹤滩高拱坝地基地质条件复杂,需要设计大范围的垫座以改善受力条件。目前关于拱坝地基和坝肩处理措施的研究大多依赖工程经验,尚没有完整、可靠的垫座评价准则。提出拱坝垫座设计的综合优化方法,通过分析垫座对坝体的影响及垫座自身的稳定性,找到最优的设计方案。该方法综合坝体位移、应力、屈服区、抗滑安全度等因素,采用不平衡力分析坝踵开裂,采用塑性余能范数(PCE)评价垫座整体稳定。不平衡力是结构局部失稳后的度量,能够有效地预测裂纹扩展部位和方向。余能范数是不平衡力的标量范数,可用于判断结构的整体稳定性。对比4种垫座设计方案,通过对坝体位移、坝踵开裂、垫座整体稳定和抗滑安全度的分析,确定将垫座视为坝体、垫座上游侧设缝为白鹤滩拱坝垫座的最优设计方案。     

高拱坝坝肩坝基整体稳定地质力学模型试验研究

锦屏一级水电站是雅砻江干流上的重要梯级电站。工程主要开发任务是发电，同时还兼有拦沙、防洪、蓄能作用。该工程大坝为混凝土双曲拱坝，最大坝高305m，为目前世界上最高拱坝。坝址区地质构造复杂，两岸谷坡为近千米的高陡边坡，两坝肩岩体内存在断层、煌斑岩脉、层间挤压带、深部裂隙等各类软弱结构面，对拱坝坝肩坝基稳定带来不利影响。采用三维整体地质力学模型试验研究方法，研究了锦屏一级高拱坝坝肩坝基的整体稳定性。试验中充分考虑了影响坝肩坝基稳定的各种因素，既考虑拱坝上游超载情况，同时还重点模拟两坝肩岩体中软弱结构面强度弱化的影响，为此研制了适合该工程的变温相似材料及试验模拟新技术，并在一个模型上进行了强度储备与超载相结合的综合法试验。通过试验获得了坝肩坝基的变形及分布特征、失稳的破坏形态和破坏机理，确定了拱坝坝肩坝基整体稳定安全度为4．7～5．0，评价了工程的安全性，并针对坝肩的薄弱环节提出了加固处理措施建议。     

大岗山双曲拱坝整体稳定三维地质力学模型试验研究

针对大岗山双曲拱坝的工程地质问题,采用三维地质力学模型试验技术,研究坝体和坝肩从加荷到破坏的整个过程和机制.试验过程模拟大坝基础的不连续岩体条件、岩体力学特性和整体双曲拱坝.试验考虑拱坝上游超载情况,同时还模拟两坝肩岩体中软弱结构面强度弱化的影响,为此研制适合该工程的变温相似材料及试验模拟新技术,并在一个模型上进行强度储备与超载相结合的综合法试验.试验结果给出拱坝在正常蓄水位和降强之后超载作用下的位移场,获得坝体和坝肩的变形及分布特征、内部断层典型测点的相对位移,揭示拱坝坝体和坝基失稳前后裂缝发展的全过程及其破坏机制.得到强度储备系数为1.25,超载系数为4.0～4.5,确定拱坝坝肩坝基整体稳定安全度为5.0～5.6.对试验数据的综合分析,可以评价边坡的稳定性,并针对坝肩的薄弱环节提出加固处理措施建议.     

基于有限元强度折减法重力坝整体稳定及安全评价

结合某水库复杂地质条件下重力坝工程实况,建立了坝体坝基系统三维有限元网格模型,并采用有限元强度折减法,基于位移突变性判据,分析了坝体—坝基系统应力变形规律,求得坝体—坝基整体稳定安全系数达到3.0以上,满足规范要求。     

复杂地质条件下拱坝坝肩稳定分析及密集节理影响研究

针对小湾拱坝左、右岸坝肩抗力体内存在的地质缺陷,采用超载方法,对小湾拱坝1 210 m高程进行坝肩稳定平面地质力学模型试验.试验重点模拟主要断层、蚀变带、软岩带以及坝肩SN,EW向2组主要节理;得出坝体位移、应变,坝肩位移、破坏过程、破坏形态和超载安全系数,对坝肩稳定性进行评价.由于地质力学模型缩尺后无法模拟坝肩岩体中的密集节理,为了探讨密集节理对坝肩稳定的影响,采用非线性有限元对考虑和不考虑密集节理2种情况进行计算分析,通过对比计算结果得出,密集节理对坝体、坝肩位移的影响为-8%～10%、对超载安全系数的影响约为-9%,说明密集节理对小湾拱坝1 210 m高程坝肩稳定的影响程度不大,试验成果是可靠的.     

地质力学模型试验在某拱坝稳定分析中的应用

采用三维地质力学模型试验技术,研究某双曲拱坝坝基内的软弱夹层和裂隙对坝体整体稳定性的影响,以及在超载情况下的坝体的破坏形式和破坏发展过程,从而对大坝的安全性作出了科学评价。     

木里河立洲拱坝整体稳定地质力学模型试验研究

采用三维地质力学模型超载法试验,对立洲拱坝的整体稳定性进行研究,在模型中充分反映断层、层间剪切带、裂隙密集带及长大裂隙等复杂地质构造对拱坝与地基整体稳定性的影响。通过超载法破坏试验获得坝体、坝肩、坝基岩体及结构面的变形特征、破坏失稳过程、破坏形态和破坏机制,揭示影响稳定的控制性因素和工程薄弱部位,确定拱坝与地基在各阶段的超载安全系数为：起裂超载安全系数K1 = 1.4～2.2,非线性变形超载安全系数K2 = 3.4～4.3,极限超载安全系数K3 = 6.3～6.6。通过对比分析类似拱坝工程的超载法试验结果可知,立洲拱坝的超载安全系数在统计分布范围之内,但两坝肩中上部的岩体和结构面局部破坏较严重,需对这些薄弱部位进行重点加固处理,以进一步提高坝与地基的整体稳定安全性。     

高拱坝基础大垫座及周边缝设置研究

 提出高拱坝基础承载力对建基面的要求,讨论坝肩与河床基础大垫座及周边缝的工作机制、大垫座及周边缝设置的非线性分析特点以及其与高坝整体稳定的关系。指出大垫座设置对基础刚度的对称性、大坝整体稳定性有显著提高的效应。结合高拱坝(英古里、李家峡拱坝和锦屏I级拱坝)实例,详细讨论高拱坝在基础设置垫座后的安全度及坝踵、坝址应力分布优化情况。拱坝所提出的问题对我国目前的高拱坝建设具有指导意义。     

溪洛渡特高拱坝建基面嵌深优化的分析与评价

 对特高拱坝建基面嵌入深度优化的分析与评价是当前水利工程中的重点研究方向之一,具有重要的学术和工程意义,其研究成果可为制定新的优化与评价标准作参考。在分析国内外特高拱坝建基面优化分析与评价研究现状的基础上,总结特高拱坝建基面优化分析与评价的原则与工作步骤。就建设中的溪洛渡特高拱坝建基面嵌入深度的优化设计,采用三维非线性有限元法和三维地质力学模型试验,对3种建基面嵌入深度方案,即可研方案、优化方案和比较方案的坝体应力、整体稳定、超载能力等进行分析评价。论证溪洛渡拱坝基础利用III1级岩体和上部高程部分利用III2级岩体作为大坝基础的可行性;实施中的建基面嵌深采用优化方案。优化方案较可研方案减少基础开挖和大坝混凝土工程量各100多万立方米,节省直接投资约7亿元,经济效益十分显著。     

基于工程类比的小湾拱坝安全评价

 将工程类比法推广到拱坝极限承载力的研究,对于小湾拱坝等超高拱坝,由于其条件复杂,工程规模巨大,简单按照规范设计是不够的,应该以已建工程为对比对象,通过类比研究确定合理的安全标准。基于相同网格尺寸、相同材料模型以及相同计算软件,以已建工程二滩和Kolnbrein加固前后作为类比研究对象,对小湾拱坝的坝踵开裂及极限承载力进行研究。以超大规模精细有限元模型精确模拟坝体的底缝和地基的地形、断层、蚀变带加固措施以及建基面卸荷带,以全面评估地质条件对极限承载力的影响。分析结果表明：小湾拱坝极限承载能力要明显强于Kolnbrein加固前后,略逊于二滩。但正常工作条件下帷幕的安全裕度不大。     

基于变形监测资料的混凝土坝时变参数优化反演

基于变形监测资料建立混凝土坝与基岩时变参数反演三步法：首先利用监控模型分离出的水压分量反演大坝和基岩的弹性模量;然后利用分离出的时效分量趋近值反演黏性元件的弹性参数;最后利用时效分量的过程值反演黏性元件的黏滞系数。以龙羊峡重力拱坝为例,应用上述方法,反演参数较敏感的时变参数,从力学机制上解析龙羊峡重力拱坝拱冠梁在2 530～2 610 m高程的径向时效位移向上游变位的原因。其原因是坝体和基岩黏滞系数较大,坝体自重引起向上游变位的时效变形需要较长时间才能稳定;另外,龙羊峡水库长期低水位运行也是原因之一。     

Treatment design of geological defects in dam foundation of Jinping I hydropower station

Jinping I hydropower station is one of the most challenging projects in China due to its highest arch dam and complex geological conditions for construction.After geological investigation into the dam foundation,a few large-scale weak discontinuities are observed.The rock masses in the left dam foundation are intensively unloaded,approximately to the depth of 150–300 m.These serious geological defects lead to a geological asymmetry on the left and right banks,and thus some major diffculties of dam construction are encountered.In this paper,the influences of geological defects on the project are analyzed,followed by the concepts and methods of treatment design.Based on the analysis,the treatment methods of the weak rock masses and discontinuities are carefully determined,including the concrete cushion,concrete replacement grids,and consolidation grouting.They work together to enhance the strength and integrity of the dam foundation.Evaluations and calibrations through geo-mechanical model tests in combination with feld monitoring results in early impoundment period show that the arch dam and its foundation are roughly stable,suggesting that the treatment designs are reasonable and effective.The proposed treatment methods and concepts in the context can be helpful for similar complex rock projects.     

基于工程地质三维精细模型的高拱坝 坝肩处理可视化分析

 拱坝坝肩岩体的稳定与否直接关系着拱坝的安全。我国西南锦屏一级拱坝坝肩工程地质条件极为复杂,对其处理措施中设置了密集的7层洞室。采用VisualGeo工程地质三维建模系统,建立该工程整体岩级分类三维地质模型,并建立抗力岩体加固处理洞室群模型。在此基础上进行坝肩边坡模拟开挖分析及抗力岩体加固处理洞室群模拟开挖分析,得到加固处理洞室群围岩岩级分类三维地质模型。同时,进行坝肩洞室群所在的7个高程的平切分析和各洞室开挖各类岩体的体积分析,为高拱坝坝肩岩体处理设计与施工提供了直观、精确的可视化分析平台。     

带垫座拱坝的静动力分析

本文采用有限元法进行了九甸峡带垫座拱坝的静动力分析 ,着重讨论了垫座对坝体反应的影响 ,垫座合理尺寸的确定。分析结果表明 :垫座的设置对坝体的静动位移影响较小 ,坝体的静动应力虽在分布上稍有不同 ,但也无实质性变化。对九甸峡这类地质条件有缺陷的拱坝坝基 ,可以采用加垫座的工程措施进行处理。     

白鹤滩水电站上坝线左拱座楔形体安全性能分析

 白鹤滩水电站上坝线左拱座底部岩体被陡倾断层切割成多个楔形体,坐落于拱坝底部及其下游,其稳定性直接影响到坝基和拱坝的安全。考虑楔形岩体各滑动面上复杂的渗透压力进行拱坝及楔形体安全性能分析,在FLAC3D中编制多种形式水压力施加程序,并以概念模型进行验证。根据数值计算结果,通过分析所选取结构面的典型节点位移变化,研究楔形体的稳定安全度、面安全系数及超载条件下屈服扩展状况,对其安全性能进行综合分析。研究表明：楔形体滑面考虑裂隙水压力和扬压力作用下,底部LS331滑面的安全度低于坝基接触面,上游右岸坝踵处开始出现局部屈服的超载安全系数为1.5,楔形体不能正常运行的超载安全系数为3.1,坝基不能正常运行的超载安全系数为3.3,坝基岩体整体破坏的超载安全系数为5.5。