岩体特性参数对坝基及近坝山体抬升变形影响研究

坝基及近坝山体产生抬升变形现象在国内外相对罕见,合理分析抬升变形的成因机制,评价抬升变形对水利水电工程造成的安全影响成为新的研究课题.基于应力场-渗流场耦合理论,充分考虑蓄水条件下渗透力作用,采用三维数值模拟方法,研究了坝基及近坝山体中岩体的变形模量及渗透系数对抬升变形的影响规律.研究结果表明:抬升变形量随岩体变形模量增大而减小,最大抬升部位发生在下游近坝山体,较大抬升变形有可能造成水库岸坡局部滑坡.相对隔水层渗透系数不变情况下,含水层渗透系数越小,抬升量越大;含水层渗透系数不变情况下,随着相对隔水层渗透系数的变化,抬升量变化不大;抬升变形对岩体渗透系数的敏感度不及变形模量;位移变形"分界面"的形成有可能导致岩土体及水工结构物产生剪拉变形.     

银盘水电站左岸坝肩边坡稳定性三维数值分析

银盘水电站左岸坝肩边坡开挖量大,边坡岩体内发育有多条层间剪切带,其中Ⅱ1-7005、Ⅱ1-7006因其出露部位以及与大坝的相对位置,其影响最为显著.依据流固耦合理论,采用三维有限差分法对左岸坝肩边坡及坝基岩体在施工期、大坝运行期等各种不同水位工况下的变形、应力、塑性区、孔隙水压力分布等开展了研究.结果表明,边坡开挖将导致坝轴线上游位于层间剪切带上盘的岩体变得单薄,稳定性较差,局部有顺剪切带向下且朝下游滑移的趋势.大坝建造后坝体自重使得坡面岩体压应力有所增加,总体改善了边坡的应力状态.校核洪水位工况下大坝的运行水位对边坡稳定最为不利.     

向家坝水电站马延坡边坡现场试验 及稳定性研究

本文通过向家坝水电站马延坡边坡现场试验研究,详细分析了含软弱夹层的边坡外部变形、深部变形和地下水位特性及其边坡稳定性计算等问题。主要研究结果表明：（1）边坡位移变形随时间增加而增大,位移变形随深度增加而减小。位移变化速率随时间增加而减小,基本与位移变化阶段相一致;（2）在考虑桩土、岩土体界面罚函数接触的基础上,建立了渗流～应力耦合的三维数值模型,采用有限元强度折减法分析了马延坡边坡的稳定性。     

银盘水电站左坝肩边坡及坝基岩体加固

银盘水电站左岸坝肩边坡岩体内存在着多条与边坡斜交的层间剪切带,由于其出露位置与大坝的相对关系,有可能与岩层中发育的其它结构面组合,构成潜在不稳定滑体;边坡开挖后坝轴线上游剪切带上盘岩体较为单薄,且分布有性状较差的大湾组页岩,对大坝坝肩及坝基的抗滑稳定均产生不利影响.采用三维刚体极限平衡分析及数值分析方法对银盘水电站左岸坝肩边坡及坝基岩体在施工期、大坝运行期各种水位工况下的变形与稳定性开展了研究;并对边坡的加固效果进行了分析和评价,为边坡及坝基的加固处理设计提供依据.     

向家坝水电站坝基深层抗滑稳定性的流固耦合分析

采用流固耦合结合强度折减方法分析重力坝深层抗滑稳定性,可以准确考虑坝基渗流场的分布以及孔隙水压力对坝基抗滑稳定性的影响,且不需假设滑动面,可以自动搜索滑动面位置。向家坝水电站的泄12坝段坝基岩体质量较差,且发育有多条倾向下游的软弱岩层和软弱夹层,对坝基的深层抗滑稳定不利。本文应用FLAC软件对该坝段坝基的深层抗滑稳定性进行了流固耦合分析。通过强度折减方法研究了坝基的渐进破坏过程,并得到坝基的深层抗滑稳定安全系数。     

溪洛渡水电站左岸泄洪洞出口明挖数值模拟分析

介绍了溪洛渡水电站左岸泄洪洞出口边坡开挖支护的施工方法,结合左岸泄洪洞出口岩体物理力学参数、支护参数,利用PHASE2二维有限元分析软件对开挖边坡位移进行了数值模拟,介绍了监测成果及对监测数据进行的分析.     

溪古水电站左岸三维渗流场有限元分析

溢洪洞和排沙洞是溪古水电站重要组成部分,它们往往承受较大的外水压力,而排水孔是降低外水压力最好的渗控措施.为详细了解溪谷水电站左岸山体的渗流场分布以及溢洪洞和排水洞密集排水孔的排水效果,采用有自由面渗流求解的改进截止负压法和排水子结构法等渗流场求解技术,对溪谷水电站左岸溢洪洞和排沙洞三维渗流场进行了有限元数值模拟计算,重点研究了设置排水孔前后左岸岩体渗流场变化和不同排水孔间排距对岩体渗流场影响,给出了左岸溢洪洞和排沙洞优化排水设计方案.     

锦屏一级水电站左岸高边坡变形监测设计及成果初步分析

锦屏一级水电站左岸人工岩质高边坡地质条件十分复杂,施工难度大,边坡岩体稳定性关系到整个水电站的安全建设和运行.利用高边坡典型剖面位移监测成果,对高边坡浅层及深层岩体变形规律进行综合研究,分析影响边坡变形的多种因素,结果表明,施工开挖因素对边坡变形影响显著.随着左岸边坡的开挖爆破施工,边坡高度逐渐增大,边坡边界条件发生变化,边坡水平地应力向临空面的逐步释放,使得边坡岩体向,临空面变形.另外,时效因素对边坡的变形也有较大影响.但随着边坡锚固措施的实施,岩体深层变形得以控制,变形趋于平缓,目前边坡整体是稳定的.     

考虑流固耦合的降雨入渗过程对非饱和土边坡的影响研究

流固耦合是指固体在渗流场作用下的变形行为以及固体变形对渗流场影响这二者相互作用的 理论,在探讨了渗流场与应力场相互作用机理后,提出了考虑渗流与应力直接耦合作用的非饱和土质边 坡雨水入渗过程影响的有限元计算模型分析方法。基于ＡＢＡＱＵＳ分析软件,考虑了流固耦合和土水特 征曲线,结合一典型非饱和土质边坡算例,对土坡受降雨入渗的影响进行了有限元数值模拟研究,得出 了非饱和土质边坡基质吸力、饱和度、变形和稳定性受降雨影响的变化特征规律,指出了在工程设计中 考虑耦合作用和雨水入渗影响的合理性和必要性,为进一步研究和相关工程设计防护提供参考。     

黄河某水电站溢洪道边坡渗流场模拟分析

某水库蓄水后,水位抬升约76 m。针对水库溢洪道边坡渗流场的三维特征,运用MODFLOW对水电站蓄水前、蓄水后以及库水位骤降后的地下水渗流场特征变化进行三维模型模拟研究。结果表明:蓄水前,地下水对岸坡稳定性影响较小;蓄水后库区水位抬升产生很大的静水压力,模拟区水位整体抬升,坡体前缘部分浸入水库,诸多因素增大了坡体自身的不稳定性;泄洪后水位骤降,地下水渗流方向突然改变,可能对进口部位的边坡变形产生一定程度的影响。     

基于渗流应力耦合的导流洞封堵期 结构安全分析

通过建立复杂三维渗流场模型,对导流洞整体三维渗流场特性进行分析;同时基于渗流—应力耦合模型,应用空气单元模拟导流洞渗流场分析中的排水孔效应,采用三维弹塑性非线性有限元法对导流隧洞开挖、支护、下闸蓄水及封堵期的围岩稳定及结构安全性进行了全面仿真计算分析。结果表明,采用空气单元可以有效模拟排水孔的排水效果;在顶拱围岩设置排水孔可有效降低洞周围岩的外水压力水头,改善支护结构的受力状况。     

ABAQUS渗流应力耦合分析中渗透荷载施加问题探讨

渗流应力耦合问题是目前数值分析的热点之一,渗流对应力的影响主要体现在渗透荷载上,然而不同学者应用ABAQUS进行渗流应力耦合分析建模时,在水荷载边界条件施加方面出现2种个问题:定义了孔压边界后,是否还有必要施加静水压力;考虑了坝基的渗流作用,是否还需要在坝底面定义扬压力荷载。通过竖向应力平衡和孔隙静水压力平衡理论及算例对这2个问题进行分析,结果表明:在应用ABAQUS进行渗流应力耦合分析时应同时考虑静水压力和孔压边界;当不考虑坝体渗透性时,应施加扬压力,而考虑坝体渗透性时,则无需再单独施加扬压力。分析成果可为研究ABAQUS进行混凝土重力坝渗流应力耦合分析时渗流荷载和水边界条件的施加问题提供参考。     

多孔连续介质渗透压力对变形应力影响的数值模拟方法探讨

渗流场对应力和变形影响计算中渗流荷载普遍采用渗透体积力+浮托力方式,这是一种简化近似算法,即忽略了渗透压力作用下固体介质自身的变形。这种近似对于土、砂等细颗粒离散介质的误差是可以忽略的,但对于混凝土、裂隙岩体等多孔连续介质或等效孔隙介质则因忽略了孔隙压力对固体介质变形的影响,夸大了浮托力的作用,导致变形和有效应力失真。本文从孔隙水压作用下的应力应变关系出发,将孔隙压力的作用按初应变(或初应力)推导有限元渗透荷载公式(孔隙压力初应力/应变法)。用算例比较了不同方法对结果的影响,结果表明,渗透体积力+浮托力的算法,有效应力和变形误差过大,有些情况下会得到错误的变形结果。而孔隙压力初应力/应变法,可以正确地得到渗流场中渗透压力作用下的应力和变形。     

岩体单裂隙流固热化学耦合作用数值模拟研究

为全面研究渗流、应力、化学、温度影响下岩体裂隙的变化,建立了岩体单裂隙的流-固-热-化四场全耦合数学模型,并以Comsol Multiphysics软件为基础,将该数学模型转化为一个统一的偏微分方程组,实现了四场全耦合数值求解。该模型给出了更接近真实物理过程的数值解答,避免用松散耦合法求解多场耦合问题带来的误差。同时通过对两个实例的计算模拟,分析了在渗流、压应力、水化学溶蚀和温度等多因素耦合作用下,岩体单裂隙渗透特性的变化规律,得出了裂隙岩体渗透特性的影响机理和关键影响因素。     

刘家峡水电站大坝坝基承压水异常分析

2003年某水电站坝基承压水水压发生十分罕见的大范围、大幅度异常突降，一夜之间承压水水位下降23.8 m，自动化监测系统记录了突变全过程。文中根据自动化观测数据，分析异常期间大坝变形、扬压力、渗流量的变化以及对大坝安全的影响;并根据形变场与渗流场相互作用，提出坝基承压水水压与基岩岩块变形位移相互作用的机理关系，得到了实测数据的支持和验证。坝基承压水异常后，承压水水位与库水位的相关关系甚好，其相关系数大于0.997，标准差小于0.07 m，回归方程满足真值方程的条件，对形变场与渗流场耦合作用和短时间形变回弹     

砂岩渗透作用下声发射及分形特征研究

地下围岩经常处于渗透场-应力场的耦合作用中,为分析在相同渗透压、不同围压下砂岩的变形特性、渗透特性、声发射特征及基于声发射空间分布的分形维数特征,对取自某在建工程的砂岩进行了三轴渗透及声发射试验。研究结果表明:砂岩的抗压强度及变形能力随着围压的升高而增大;渗透率在不同围压下有着相似的演变特征,均是随着应变增大而先减小后增大,并随着围压的升高逐渐减小;声发射的演化过程反映了渗透率大小的变化趋势,渗透率随着渗透试验过程呈阶段性变化,围压越大,声发射现象越滞后;基于柱状分形理论,得到砂岩的分形维数随着试验进行逐渐减小,表明砂岩经历了一个从无序到有序的损伤演化过程,围压越大,对应的分形维数越小。研究结果有助于认识和理解砂岩渗透性的变化机制。     

基于流固耦合理论的套损力学机理分析

基于渗流力学与岩石力学理论，建立了油藏多相渗流与应力耦合分析模型，运用有限元和有限差分法建立数值解法，可对渗流场，应力场演变规律以及岩石力学参数变化进行研究，重点讨论了在渗流场影响下岩层应力分布的重新调整及其变形特征，并结合油田套损问题进行了应用研究，分析了套损的力学机理。     

高外水隧洞变形稳定性的基质压缩效应

深埋水工隧洞通常会面临高地下水位问题,为准确分析高外水隧洞围岩变形稳定性,需合理模拟外水内渗的力学作用。现阶段,学者们虽已认识到在饱和岩体渗流-应力耦合分析中考虑岩石基质压缩的必要性,但针对岩石基质压缩对高外水隧洞变形稳定性影响的相关研究尚未见报道。基于饱和多孔介质有效应力原理和孔压修正系数,并考虑围岩渗透特性动态演化,建立了高外水隧洞渗流-应力耦合分析模型,并在ABAQUS中进行了数值实现。依托某深埋引水隧洞,在分析其渗流场和变形稳定性的基础上,开展了不同岩石基质可压缩性条件下的高外水隧洞渗流-应力耦合分析,揭示了高外水隧洞围岩变形稳定性随岩石基质可压缩性的变化规律。结果表明：岩石基质压缩直接影响着高外水隧洞的外水内渗过程,对高外水隧洞围岩变形稳定性不利,岩石基质可压缩性越大,则围岩变形和塑性区范围越大,在分析中忽略岩石基质压缩将得出偏于危险的结果。     

坝基岩体裂隙渗流效应数值模拟方法

为获取工程尺度的裂隙岩体三维渗流效应,在裂隙岩体基质岩块和裂隙水力传导特性研究基础上,推导了含裂隙单元渗透系数表达式。基于嵌入裂隙单元（EFE）模型,使用离散裂隙网络（DFNs）技术与连续介质渗流分析方法,提出了利用连续介质渗流分析方法模拟非连续介质渗流效应的数值模拟技术,通过算例对该方法的有效性进行了验证,分析了单元尺度大小对该方法计算准确性的影响,并提出了提高计算精度的措施。工程实例研究表明裂隙岩体渗流分析的EFE模型能够真实地模拟坝基岩体渗流路径和孔隙压力分布,更好地揭示坝基的扬压力实际非规则分布形态。     

基于工程混合物理论的饱和裂隙岩体组合本构模型

为了从理论和数值上分析饱和岩体工程的变形和稳定,需要创建饱和裂隙岩体本构模型。根据工程混合物理论,把饱和多孔介质应变分解为骨架应变、固相基质应变和流体基质应变。通过均匀化响应原理建立了饱和多孔介质的势函数本构理论,提出Terzaghi有效应力决定骨架应变、固相基质应力决定固相基质应变和裂隙孔压决定流相基质体应变等本构规律。根据经典岩体力学理论,把饱和裂隙岩体视为由裂隙构成孔隙的饱和多孔介质,建立了饱和裂隙岩体的组合本构模型。算例分析表明:根据本文理论建立的饱和裂隙岩体组合模型能够合理考虑裂隙流体的浮托力,具有较小的孔压系数和各向异性的受力特性。饱和裂隙岩体组合模型可用于海底隧道裂隙围岩在开挖过程中的流固耦合工程特性分析。