基于非线性有限元法的高拱坝坝肩岩体抗滑稳定分析

高拱坝的安全性在很大程度上依赖于坝肩岩体的稳定性,目前在设计中,高拱坝坝肩岩体稳定性分析方法主要是刚体极限平衡法,但该法不能考虑岩体的应力-应变关系,不能很好地反映坝肩岩体的破坏机理以及拱坝与坝肩岩体的相互作用效应。本文从摩擦理论和矢量几何出发,导出了三维可能滑体的抗滑稳定安全系数计算公式,并通过等参逆变换的方法,将非线性有限元法的计算成果纳入到所建立的公式中,形成了“基于非线性有限元的高拱坝坝肩岩体抗滑稳定分析方法“。具体工程的应用成果表明,所给出的基于非线性有限元的坝肩岩体抗滑稳定分析方法充分反映大坝与坝基岩体的共同作用效应,是进行高拱坝坝肩岩体稳定性分析的一种有效方法。     

牛头山拱坝三维有限元计算和结构模型试验结果比较

在拱坝研究中，由于岩体中存在断层、节理等不连续面，拱坝坝体及坝肩三维稳定分析十分复杂。以牛头山拱坝为工程实例，分别进行了三维有限元计算和结构模型试验。研究表明计算结果和试验结果比较接近，计算和试验得到的破坏机理也很相似。     

拱坝坝肩抗震稳定分析

高拱坝坝肩抗震稳定分析是建于地震高烈度区的高拱坝抗震设计的关键课题之一。本文将传统的用于块体稳定分析的刚体极限平衡方法和有限元计算分析相结合，求解拱坝坝肩抗震稳定问题。具体作法是：有限元网格剖分时，尽可能布置有限元节点于拱坝坝肩的可能滑动块体表面。完成有限元静动力分析后，将块体表面各节点的静动应力进行积分，求出块体拱推力、作用于块体上的地震荷载等，然后由刚体极限平衡法求拱坝坝肩抗震稳定安全系数。上述方法的特点是能充分利用有限元和刚体极限平衡两种分析方法的优点，可以提供安全系数时程曲线，安全系数的定义与现行规范一致，易为设计人员所接受。     

鲜店拱坝右坝肩裂隙对拱坝安全的影响分析

坝肩岩体存在裂隙或软弱夹层时,坝肩岩体刚度会发生变化,坝体应力也会重新分配,从而导致坝肩岩体失稳而影响坝体稳定。本文以鲜店拱坝为实例,根据有限元法基本原理,利用ANSYS通用软件平台,建立鲜店拱坝及其地基的三维有限元弹塑性分析模型,分析拱坝右坝肩滑坡体及裂隙位置变化对拱坝稳定及应力的影响。     

拱坝三维非线性有限元分析及整体安全度评价——以杨房沟水电站为例

采用三维非线性有限元法,模拟了杨房沟拱坝坝体、坝基岩体及主要断层结构面,对坝体进行了位移应力分析,并结合三维极限平衡法分析,对坝肩关键性的可能滑动块体进行了有限元法抗滑稳定分析,论证了两岸关键性的滑块抗滑稳定安全系数均满足设计要求。超载法计算分析成果表明,杨房沟拱坝起裂超载系数在1.6左右,拱坝强度超载系数为4.5~5.0,与国内同等规模拱坝水平相当。在地震作用下,拱坝变形和应力与国内同等工程相类似,坝肩可能滑动块体抗震稳定性满足要求。综上所述,杨房沟高拱坝在正常工况、超载工况及地震工况下均具有较好的整体安全性。     

双河拱坝坝肩稳定分析

采用坝肩抗滑稳定安全系数的有限元迭代法,通过三维有限元计算,研究了双河拱坝坝肩岩体的稳定性,得到坝肩岩体的抗剪安全系数,在此基础上,进一步分析加固后的坝肩稳定性。     

沙牌高RCC拱坝坝肩稳定性分析

结合沙牌ＲＣＣ 拱坝地形、地质条件，针对含断续节理裂隙岩体的强度呈现明显方向性的特点，建立了包络多种破坏模式的强度模型。运用三维非线性有限元数值分析方法，研究坝肩（ 基） 岩体的超载特性与整体稳定安全储备，并对坝肩（ 基） 岩体及裂隙面强度参数进行敏感性分析。     

基于ADINA的拱坝坝肩岩体应力变形分析

拱坝的安全和稳定在很大程度上依赖于坝肩岩体的应力变形程度。基于有限元分析软件ADINA,结合某工程拱坝建立三维有限元模型,模拟计算了正常蓄水位工况下的3个典型高程所在截面的应力变形情况。研究结果表明,坝肩岩体的位移、应力分布规律较好,应力变形值都在允许的范围内。     

二滩电站拱坝坝肩岩体稳定分析

拱坝坝肩岩体稳定分析中,刚体极限平衡法目前仍被广泛采用,由于拱坝是空间整体结构,坝肩岩体失稳,具有整体失稳的性质,因此在分析方法上,也由平面分析逐渐发展为三维分析。二滩电站拱坝坝肩岩体,存在延伸短小、断续错列分布、成组出现的微裂隙,且缓倾角结构面的倾角较大,用刚体极限平衡法进行三维稳定分析有以下问题:陡倾角侧向滑移面出现拉力(一般假定岩石不能承受拉力),于是滑移岩体脱开受拉的陡倾角面,仅沿缓倾角裂隙面滑动,而陡倾角面实际存在的凝聚力并未考虑:构成滑动面的裂隙断续分布,未被裂隙切割的完整岩体,其抗剪指标高于受裂隙切     

混凝土拱坝坝肩抗滑稳定三维非线性有限元分析

拱坝坝肩的稳定是保障拱坝安全的关键因素之一。目前,拱坝坝肩稳定分析多采用刚体极限平衡法,该法不能考虑岩体的弹塑性变形,也不能模拟岩体构造的复杂性,所以就不能很好地反映坝肩岩体的破坏机理以及坝体与基岩的整体作用效果。从材料的弹塑性理论出发,应用三维非线性有限元法对坝体和坝肩岩体抗滑稳定进行分析。通过对具体工程模型的计算分析,分别以荷载突变和材料强度逐渐降低两种方式对坝肩岩体抗滑安全稳定给予评价。工程分析成果表明:非线性有限元法是进行拱坝及坝肩稳定分析的一种有效方法,能充分反映大坝与坝基岩体的共同作用效应。     

基于直接内力法的拱坝建基面稳定分析

提出适合分析拱坝建基面等效正应力的直接内力法，结合小湾高拱坝三维弹塑性有限元整体分析成果，研究分析了超载过程中拱端推力、推力角和抗滑安全系数的分布规律。研究结果表明，建基面抗滑安全系数衰减速度低于超载速度，高拱坝超载过程中各高程段的推力角均有所增加，这反映了拱坝具有较高超载能力的内在机制，也说明基于刚体极限平衡法对拱坝坝肩稳定分析成果偏于安全。     

高拱坝-地基体系强震破坏机理和整体抗震安全性研究

本文在高拱坝-地基整体抗震安全评价体系的基础上，对设计地震动峰值加速度达0.5565g的大岗山拱坝—地基体系的地震响应进行数值分析，并分别对其在不同地震超载倍数和不同基岩控制性滑裂面抗剪强度降低倍数下的安全性和破坏机理进行研究，进一步明确了以寻求坝体控制性位移或与位移相关的变量随安全系数变化曲线的拐点作为整体失稳判断准则的具体实施方法，对其整体抗震安全性作出评价。研究表明，由此建立的高拱坝-地基体系整体抗震安全评价方法是可行的。     

乌东德双曲拱坝三维地质力学模型试验研究

基于乌东德双曲拱坝的特定工程地质条件,采用三维地质力学模型试验技术,通过重度超载的方法,研究了坝体和坝基、坝肩从加荷到破坏的整个过程与整体稳定性。依据相似理论,按照1∶300比例对大坝基础及两岸坝肩山体的岩体力学特性、不连续结构面和层面、双曲拱坝坝型等进行了相似模拟,研究了拱坝及基础的变形特征、失稳破坏过程、破坏形态以及超载能力,对拱坝与地基整体稳定安全度进行了评价。通过分析拱坝在正常蓄水位和超载作用下的位移场、坝体和坝肩的变形及其分布特征、内部断层典型测点的相对位移,对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进行了研究。试验结果表明:在设计荷载作用下,坝体及左右岸坝肩变形稳定,变形呈线性特征;综合位移应变测试结果及超载破坏模式定性描述,认为上游坝踵起裂安全度K₁=1.7~2.0,非线性开始安全度K₂=3.5~4.0,拱坝坝肩与坝基整体稳定安全度K₃=6.0~7.0。     

高拱坝超载的计算机仿真

高拱坝潜在安全度究竟有多高是值得认真研究的问题。随着计算机技术和数值分析方法的飞速发展，超载试验已可用计算机仿真来实现。基于此，结合小湾凡用三维非线性有限元对高拱坝的超载过程和破坏特征，进行了全过程的计算机仿真。通过对反映混凝土破特征的四参娄弹塑性断裂本构模型的研究，提出了超载的概念，并强调无论是超载试验或是超载计算分析，对于作用荷载而言，都应综合考虑各种影响拱坝受力的主要荷载因素。通过仿真分析得     

锦屏一级高拱坝整体稳定分析与评价

介绍了锦屏一级高拱坝针对复杂地基的系统加固处理方案,并结合三维非线性有限元数值仿真分析和超载地质力学模型试验,分析了高拱坝的坝基变形、基础的破坏特征、点安全度及整体稳定性;考虑坝基岩体高应力和高渗压作用下,试验研究了软弱结构面可能的降强幅度,并通过综合法地质力学模型试验,揭示了大坝与基础破坏的另一种模式。综合三维数值计算和地质力学模型试验研究成果,依据评判准则,锦屏一级高拱坝整体稳定安全度较高,可满足设计要求。     

大岗山拱坝-地基体系整体抗震安全性研究

摘要：基于高拱坝-地基整体抗震安全评价体系,对设计地震动峰值加速度达0.556 5g的大岗山拱坝-地基体系的地震响应进行数值分析,并分别对其在不同地震超载倍数和不同基岩控制性滑裂面抗剪强度降低倍数下的安全性和破坏机理进行研究,以寻求坝体控制性位移或与位移相关的变量随安全系数变化曲线的拐点作为整体失稳判断准则,进一步明确了具体实施方法,并对其整体抗震安全性作出评价。     

含陡坡建基面重力坝坝基破坏模式及稳定性研究

采用三维非线性有限元法 ,对百色RCC重力坝 3B坝段进行破坏模式及稳定性的研究 ,确定出含陡坡建基面 3B坝段在超载法和综合法下的破坏模式及稳定安全系数。同时将其安全系数与百色重力坝其它坝段同种工况下的安全系数作比较分析。结果表明 :由于 3B坝段部分建基面处于侧向陡坡上 ,陡坡段正压作用减小 ,3B坝段的稳定安全系数满足工程要求 ,但较其它坝段略小     

青龙U型薄拱坝极限承载能力及渐进破坏模式分析

U型碾压混凝土薄、高拱坝在国内外尚不多见,其中湖北省青龙拱坝因地形条件的独特尤为特殊,应力分布规律较常规V型拱坝有根本性差异,即在距坝底1/4坝高的下游坝面拱冠处出现较大面积的拉应力区,因此对青龙U型薄拱坝破坏机制及安全度的探讨非常必要。基于带拉破坏Drucker-Prager准则,利用强度储备系数法和超载法,分别对青龙拱坝的极限承载能力进行弹塑性有限元分析;运用位移突变法、塑性区贯通及收敛性等破坏判据,探讨其破坏机制,评价其整体安全度。结果表明:选用分析承载能力的方法不同,则青龙U型薄拱坝在极限承载过程中上、下游坝面破坏形态不同,但坝体最终的破坏形态基本一致;总结了其渐进破坏模式特点,并指出其在极限承载过程中由于应力的自行调整,拉应力减小或消失,满足稳定安全要求。     

基于动接触力法的拱坝坝肩抗震稳定有限元分析

本文提出了应用基于动接触力方法的显式有限元技术进行拱坝坝肩抗震稳定分析的新思路，给出了相关公式。新的分析方法，将坝肩岩体、地基、坝体和库水作为一个统一体系进行动力分析计算，能有效地考虑坝肩可能滑动块体与坝体的动力相互作用，较真实地反映拱坝和坝肩受到地震作用的实际状态，并对小湾拱坝坝肩震稳定进行了分析研究。结果表明：在设计正常水位情况，小湾拱坝的地震作用超载安全系数约为1.3；在设计地震作用下，小湾拱坝的“降强安全系数”仅为2.58，而仅考虑静载作用时，即使以拱坝坝端应力不超过静态抗拉强度作为达到极限状态的工程判别定量标准，其坝肩的静态“降强安全系数”也高达4.0以上。因此，地震的作用使安全系数有较大降低。小湾拱坝坝肩抗震稳定是安全的，但安全裕度不高。     

拱坝沿建基面抗滑稳定的体安全系数及其工程应用

对于坝基岩体发育有顺坡向结构面等复杂地质条件的拱坝,通常需要核算大坝沿建基面单滑面或多个平面组成的复合滑裂面的抗滑稳定性,但目前尚无为工程界公认的计算方法,现行拱坝设计规范也未作出明确规定。本文采用非线性有限元与传统的刚体极限平衡法相结合的分析方法,将滑裂面、坝基面、临空面与结构面相互切割、组合形成的潜在滑体作为研究对象,以坝基岩体内部发育的陡倾角结构面为分界面,将滑体离散为多个按串联或并联方式排列的块体,利用各块体的静力平衡条件与相邻块体间的变形协调条件,分析滑体在拱推力等外力作用下的抗滑稳定安全系数,即体安全系数。结合小湾拱坝工程,开展大坝沿坝基岩体发育的浅层卸荷裂隙抗滑稳定性的分析计算,通过实例分析表明本文方法的合理性与工程实用性。