拱坝–坝肩三维可变形离散元整体稳定分析

三维可变形离散元是模拟不连续介质力学行为的有效数值分析方法。由于该方法采用显式差分方法和自动接触检索技术，故尤其适合于求解弹塑性、大变形和动力问题。首先介绍三维可变形离散元的基本原理及特点，然后对拱坝–坝肩系统整体抗滑稳定进行超载仿真分析和强度折减仿真分析。分析结果表明：超载计算时，拱坝坝肩失稳可能性很小，但是，当水压超载到3.5～4.0倍时，坝体材料会出现较大范围的受压屈服；强度折减计算时，当结构面强度折减3.5倍时，拱坝左坝肩在水压和渗压的作用下开始向下游坍塌，并最终导致拱坝失去支撑而溃决。     

拱坝沿建基面上滑溃决的可变形离散元仿真

三维可变形离散元是模拟不连续介质力学行为的有效数值分析方法,由于其采用显式有限差分方法以及自动进行离散缝面的接触检测,适合于求解弹塑性、大变形和动力问题。本文首先介绍了三维可变形离散元的基本原理及特点,然后对1981年梅花拱坝的溃坝过程进行仿真研究。通过分析得知,梅花拱坝由于周边缝施工设计不当,沿周边缝抗剪强度过小,导致蓄水后坝肩推力促使坝体沿周边缝发生整体上滑,拱坝失去支撑最终坝体断裂并溃决。     

拱坝坝肩岩体稳定地质力学模型试验

保证坝肩岩体稳定是拱坝设计和建设中的重要问题。由于岩体通常是非均匀、非弹性的不连续体,故其三维稳定性分析十分复杂。利用能反映地质构造特点的地质力学模型试验研究拱坝坝肩岩体稳定是一种较新的有效方法。本文论述了拱坝坝肩稳定的类型及性质、地质力学模型试验的原理和方法以及试验技术问题。文中并介绍了为国内一座大型重力拱坝进行的坝肩稳定三维小块体地质力学模型试验研究成果,分析了该坝左坝肩在水压超载条件下的破坏机理,指出它与通常采用的刚体极限平衡理论分析结果差异较大。     

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.     

拱坝坝肩稳定性的地质力学模拟研究

为了论证和评价澜沧江小湾水电站拱坝坝肩岩体的稳定性，特别是软弱面(带)对坝肩稳定性的影响，采用相似材料三维嵌合块体地质力学模型试验，对坝肩岩体在开挖、工程荷载和超载条件下的变形破坏特征以及破坏机制进行研究，并评价坝肩岩体的稳定安全度和超载能力。     

用有限元和刚体极限平衡方法分析坝肩抗震稳定

叙述了高拱坝坝肩抗震稳定分析的重要性、复杂性,简单介绍了用于坝肩稳定分析的离散元、不连续变形分析、数值流形和界面元方法在坝肩抗震稳定分析中的应用,着重介绍了刚休极限平衡和三维有限元方法。指出高拱坝坝肩稳定分析应考虑肩岩体的动力放大和坝－地基－库水的动力相互作用,算例表明所提方法的实用价值。     

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.     

高拱坝坝肩裂隙岩体的三维非线性抗震稳定性分析

在高拱坝坝肩裂隙岩体的抗震稳定性分析中 ,采用传统刚体极限平衡法分析坝肩裂隙岩体潜在滑体的安全性态 ,坝肩稳定性评价未考虑裂隙岩体变形对坝体应力的影响 ,由此计算的抗滑安全系数并不能保证坝体的安全性 ;而采用基于连续介质理论的有限元法和基于碎散介质的离散单元法分析时 ,其物理数学模型和坝肩岩体的实际情况相距甚远。为此 ,本文在安全系数强度储备概念基础上提出了动抗滑变形安全系数法 ,该方法以坝体拉应力作为坝肩岩体抗滑稳定性评价标准 ,综合考虑非线性坝体和坝基节理、裂隙岩体的动静态耦合作用 ,坝肩岩体的抗滑安全系数保证了坝体的安全 ,较传统的分析方法更为科学、合理。采用该方法 ,本文将坝肩裂隙岩体作为可以考虑局部开裂、各向异性和大变形的非线性连续体用动态接触单元模型模拟 ,对在建的小湾高拱坝坝肩裂隙岩体的抗震稳定性进行了三维动力分析。数值分析结果表明 ,在综合考虑坝体应力影响后 ,坝肩裂隙岩体的变形安全系数小于强度安全系数。因此 ,在高拱坝坝肩岩体的抗震稳定性评价中必须计及坝体应力的影响因素。     

双曲拱坝非线性静力及稳定性研究

拱坝是一种被广泛应用于各种水利工程领域中的典型结构,它的安全受到广泛关注。借助有限差分软件FLAC3D,基于内置的2种材料模型,精确模拟拱坝浇筑、蓄水的全过程,分析正常工况的工作状态,通过容重超载法模拟大坝的破坏过程。结果表明:上下游坝肩、坝踵及坝趾处出现小范围的受剪塑性破坏区域,当加载到3倍水荷载时,坝体有局部贯通破坏区域,最先破坏的是坝踵、坝趾和上下游坝肩局部部位,破坏形式为剪切破坏。为指导大坝的建设和维护提供了参考依据。     

乌东德拱坝坝肩三维抗滑稳定分析

 基于非线性有限元分析,采用三维有限差分程序FLAC3D,对乌东德拱坝联合坝肩岩体进行三维弹塑性数值模拟。由拱座岩体内不连续裂隙产状确定9个可能滑动楔块。将有限元计算的应力值通过插值转移到楔块滑面上,以滑面内短小裂隙建议连通率为依据折减滑面抗剪强度,采用三维矢量和法计算楔块安全系数。弹塑性计算结果表明,坝肩岩体在荷载条件下位移、应力分布基本对称河谷,但是受近坝断层F15,f42及K25岩溶系统影响,右坝肩受影响范围略大于左岸。正常蓄水条件下9个楔块具有较高的安全裕度,温升荷载导致大部分楔块稳定性降低,温降荷载主要对右坝肩稳定不利。地震荷载条件下,所有楔块稳定性大幅降低,平均降低30%,最大降低53.9%,坝肩岩体整体仍能保持稳定。     

拱坝坝肩多块体滑动的三维极限平衡分析方法

多块体滑动是拱坝坝肩一种常见且重要的失稳模式,目前已建立的各种稳定分析方法,普遍存在一定的缺陷或局限性,如必须引入大量假定才能使问题变为静定可解,或仅讨论了各块体的滑动模式为沿底滑面与侧滑面交线的双面滑动的情况等,不适合拱坝坝肩多块体滑动问题的求解.提出了一种理论基础严格、计算步骤相对简单的三维稳定分析方法,即针对滑体...     

三峡左厂3#坝段深层抗滑稳定三维有限元分析

建立了包含基岩内大量节理裂隙和断层并且反映它们的真实产状和分布的三维有限元计算模型,研究了三峡工程左厂3#坝段的深层抗滑稳定问题,提出了一个合理实用的坝基安全系数的判断原则,给出了合理的基于强度储备概念的左厂3#坝段抗滑稳定安全系数。     

用非连续介质模型分析拱坝坝肩的动力稳定性

 拱坝坝肩岩体内包含断层、裂隙等结构面，分析坝肩岩体的稳定性宜采用非连续介质力学模型。界面元可以较好地模拟相邻两单元界面上位移的不连续性，适用于描述单元之间的分离和滑移现象，用于坝肩稳定可靠度分析可以得到更加符合实际的计算结果。坝肩稳定分析中涉及到的水压荷载、地震作用、岩石的力学参数等均为随机变量，适合用结构可靠度理论分析坝肩的稳定性。坝肩岩体是变形体，其受力后产生的应力和变形是判断坝肩稳定性的主要指标，以断层、界面上的抗拉、抗剪能力作为可靠度计算的强度准则，建立极限状态方程，采用响应面法计算坝肩稳定的动力可靠度。坝肩稳定可靠性是结构体系可靠度分析问题，在研究破坏模式的基础上，通过修改劲度矩阵模拟结构状态的变化，跟踪计算各单元的可靠度，最后得到坝肩稳定的可靠度或坝肩发生失稳的概率。针对某一拱坝进行坝肩动力稳定可靠度分析的结果表明，采用非连续介质力学模型和响应面法计算坝肩稳定的可靠度是可行的，得到的结果是合理的。     

考虑岩体开挖卸荷动态变化水电站坝肩高边坡三维稳定性分析

金沙江一双曲拱坝最大坝高277 m,左岸坝肩开挖边坡高约300 m;右岸坝肩开挖边坡高约480 m,由于坝肩槽开挖所形成的边坡属于高陡边坡,其开挖后的稳定状况会极大影响大坝的正常运行。通过对坝址区地质资料的详细分析,建立坝肩边坡三维计算模型,并结合卸荷岩体力学理论,通过弹塑性有限元法研究坝肩边坡在开挖过程中的动态稳定性。研究结果表明：该高边坡在开挖过程中及开挖后,除开挖面附近局部区域不稳定外,整体并无失稳趋向;考虑岩体在开挖过程中的动态卸荷过程后,边坡岩体的位移和塑性区面积比不考虑时有所减小;岩体的破坏区随着开挖的进行不断变化,可根据每步开挖后岩体的破坏情况选择合理的加固措施及加固时间。     

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。     

静动力作用下高拱坝坝肩稳定性三维分析

 按照静载设计、动载复核的设计原则,基于地质勘测资料,针对坝肩抗滑稳定问题的三维特性,采用关键块体理论来识别和描述被结构面切割的岩体,确定相应的控制性滑块,进而运用程序实现三维刚体极限平衡法,选取不同高程的试算面对某水电站300 m级高拱坝左、右岸坝肩的静动力抗滑稳定性进行计算分析。在动力分析中,将坝体、库水及其地基作为整个体系,充分考虑坝体、地基和库水三者的动力相互作用。静动综合计算分析的结果表明,拱坝左、右岸坝肩在静力作用下是安全的,且安全富裕较大;在地震作用下也是安全的,但安全裕度不大。这为该拱坝的设计和论证提供了重要的科学依据。     

三峡左岸坝段三维抗滑稳定性分析

三峡大坝左岸由于建基面抬高，大坝建于一个边坡之上，同时边坡内部存在定位的长大裂隙，其抗滑稳定受到普遍关注。目前大多数的工作均局限于二维领域。基于三峡工程的极端重要性。采用边坡稳定三维上限解分析方法对三峡左岸坝段进行三维稳定分析，研究三维效应对安全系数的影响。该方法具有理论基础严格，计算简捷的优点，它是二维的Sarma法在三维条件下的扩展。计算结果表明，三维安全系数比二维安全系数有明显的提高。