土工格栅加筋对高土石坝坝坡地震稳定性影响研究

以300m级双江口心墙堆石坝为研究对象,采用有限元动力时程稳定与变形分析方法,研究了高土石坝顶部1/5坝高范围内采用土工格栅加筋措施对坝坡动力稳定与变形的影响。结果表明,采用土工格栅加筋措施后,增强了高土石坝坝顶区堆石体的整体稳定性,坝坡最危险滑弧深度增加,有效提高了坝坡安全系数;土工格栅加筋方案明显抑制了坝坡滑动位移,最小安全系数对应滑弧的累积滑动量减小。随着输入地震动峰值增加,土工格栅加筋方案对坝坡动力稳定贡献越大。     

高心墙堆石坝地震永久变形特性分析

针对坝体地震永久变形是控制高土石坝工程安全的重要因素之一,以200 m高的心墙堆石坝为例,采用中国水利水电科学研究院通过试验得到的堆石料、心墙料的动应力—残余应变关系,基于三维有限元静动力分析,利用等效节点力法讨论了地震永久变形在不同动参数、峰值加速度和反应谱作用下的变形特性与分布规律.结果表明,在单—参数变化下,顺河向、竖向、坝轴向的永久变形等值线分布图基本保持不变,竖向最大永久变形发生在坝项附近,坝顶1/3～1/2坝高区域内变化较为明显,峰值加速度、坝料模量衰减曲线和阻尼增长曲线的选取对结果影响较大.     

强震作用下土工格栅加固高土石坝效果分析

针对用钢筋代替格栅的方法不能充分反映土工格栅与土体之间相互作用的问题,利用Flac~(3D)有限差分软件中geogrid单元模拟土工格栅及耦合界面,采用修正后的M-C模型模拟坝体材料的非线性,研究在强烈地震荷载作用下加筋土工格栅对高土石坝的加固效果,并进行了三维有限差分化分析。结果表明,随着格栅弹性模量的增加、格栅的加密等可以减小坝顶沉降和提高坝体稳定性;交错布置格栅对高土石坝加固具有明显效果。研究成果为高土石坝的抗震安全措施和加固措施提供理论依据。     

软土地基上土工格栅加筋堤防工作性态数值分析

鉴于软土地基上土工格栅加筋堤防工作性态的预测和评价是工程设计中的关键技术之一,结合某水利工程中软土地基上的土工格栅加筋堤防结构,采用大型岩土工程专业分析软件FLAC3D对该加筋堤防运行期的受力变形特性进行了数值分析,获得了堤身应力及塑性区范围、筋材的应力分布、地基及堤身的沉降和侧向变形等工作性态规律。计算结果表明,堤身底部土工格栅加筋效果较好,能有效减小地基水平位移和堤身塑性区范围,但当加筋层数超过两层后,加筋效果不再明显。     

面板坝次堆石区力学特性对坝体变形协调的影响

以厦门抽水蓄能电站上水库面板堆石坝为研究对象,采用三维非线性有限元法和邓肯E-B模型,设计多组不同力学特性的主次堆石料组合,对比分析坝体变形及面板位移,探究蓄水期坝体各部位变形受堆石材料性能变化的影响程度。建议面板堆石坝主次堆石区变形协调的变形梯度极限指标为3%,同时以地震永久变形量作为抗震校核的指标。对于该工程,在现有填筑料的基础上,适当提高次堆石料力学性能,坝体坝轴线下游侧水平及垂直位移均显著降低,位移的极值部位向坝轴线靠近,高程略有上升;次堆石料的变形模量对面板的挠度影响不大。     

结构物位移对接触面土体力学特性影响的数值模拟

应用自主研发的试验仪对土与结构物相互作用进行试验,试验时使竖向应力和围压达到要求应力值,研究结构物以恒定速率运动时结构物位移对接触面力学特性的影响,进而利用PFC2D对土与结构物在不同位移下相互作用的试验进行数值模拟,分析了土与结构物相互作用时的剪应力变化和土体变形情况。结果表明,接触面剪应力随结构物位移的增加先快速增加,再逐渐趋缓,最后趋于稳定;结构物的剪切作用对接触面土体的影响尤为明显,对远离接触面的土体影响较小,使接触面处土体颗粒从右侧向左侧运动,导致量测圈1内土体堆积发生剪胀,剪应力值增大至140kPa,量测圈3内土体疏松发生剪缩,剪应力值减小至35kPa。     

结构物位移对接触面土体力学特性影响的数值模拟

应用自主研发的试验仪对土与结构物相互作用进行试验，试验时使竖向应力和围压达到要求应力值，研究结构物以恒定速率运动时结构物位移对接触面力学特性的影响，进而利用PFC2D对土与结构物在不同位移下相互作用的试验进行数值模拟，分析了土与结构物相互作用时的剪应力变化和土体变形情况。结果表明，接触面剪应力随结构物位移的增加先快速增加，再逐渐趋缓，最后趋于稳定；结构物的剪切作用对接触面土体的影响尤为明显，对远离接触面的土体影响较小，使接触面处土体颗粒从右侧向左侧运动，导致量测圈1内土体堆积发生剪胀，剪应力值增大至140 kPa，量测圈3内土体疏松发生剪缩，剪应力值减小至35 kPa。     

基于三轴试验的土工布加筋粗颗粒土变形及强度分析

对土工布加筋粗颗粒土做了常规三轴固结排水剪切试验,探讨了试样加筋层数(筋数n)对粗颗粒土变形强度特性的影响。结果表明,加筋后,土体由软化型转为硬化型;加筋可减弱土体剪胀性,限制其侧向变形;各围压下,强度加筋效果系数Rσ均大于1,n平均每增加1,Rσ增加0.075~0.345;加筋土在低围压下加筋效果更显著;筋材通过限制土体的侧向变形提高其强度;加筋土仍符合Mohr-Coulomb破坏准则,加筋后土体内摩擦角基本不变,而粘聚力得到显著提高。     

三维粒状脆性材料颗粒破碎的数值三轴试验

针对脆性材料颗粒破碎的三维力学问题,从细观力学角度,以颗粒极限拉应力作为颗粒破碎的判别标准,进行了考虑颗粒破碎的堆石料大三轴排水剪试验的数值模拟,直观揭示了堆石料在三轴应力状态下的变形过程和细观机理。结果表明,基于颗粒流方法的数值模拟可再现堆石料室内试验的应力—应变及体变曲线、围压依赖性、剪胀性及结构变化等。     

高沥青混凝土心墙混合坝地震永久变形特性

基于坝体堆石料和沥青混凝土的三轴动力试验资料,构建了坝体填筑料的残余变形经验模型和沥青混凝土的动力本构模型,采用三维有限元法建立了某沥青混凝土心墙混合坝的静动力有限元计算模型,并计算分析了坝体的地震永久变形及不同填筑料对坝体地震永久变形的影响.结果表明,沥青混凝土心墙具有良好抗震性能,原设计方案坝体的永久沉降符合大坝地震永久变形的一般规律,根据坝址料源的实况采用原设计方案更合理,可供借鉴.     

基于弹塑性有限元法的高土石坝钉结护面板加固抗震效果分析

针对目前高土石坝钉结护面板抗震加固设计主要采用工程类比法但却缺少相应的数值分析方法的问题,尝试利用弹塑性有限元方法对150 m级面板堆石坝钉结护面板抗震进行加固设计,分析了强震作用下面板堆石坝的加速度反应、坝顶区堆石体剪应变及大坝整体地震变形。结果表明,采用钉结护面板加固措施后,大坝加速度反应变化不明显,但坝顶区堆石体的剪应变和坝体高剪应变区范围均有所减小,加固范围内的坝体顺河向地震变形减少了约20%。     

金佛山沥青混凝土心墙堆石坝地震反应三维有限元分析

针对金佛山沥青混凝土心墙堆石坝的特点,采用三维非线性动力有限元法进行了地震动力反应分析,重点研究了坝体在地震荷载作用下的加速度、动应力、地震永久变形的变化规律和分布。结果表明,加速度在坝顶附近达到最大值,存在明显的鞭梢效应;动应力在坝体分布较均匀;坝体永久变形不大。可见大坝整体抗震性能较好,满足给定地震作用下的抗震安全性要求。     

防渗墙下游高压旋喷加固区强度对深覆盖层处面板堆石坝防渗系统变形的影响

针对深覆盖层上面板堆石坝的防渗系统变形较大问题,提出对防渗墙后侧一定范围内地基进行旋喷加固处理,并对不同的旋喷加固参数及加固范围设定了不同的加固方案,采用有限元数值分析法就不同旋喷加固方案对大坝防渗系统变形性状的影响进行了技术论证。计算结果表明,防渗墙后侧设置一定范围的旋喷加固区能有效地改善由混凝土面板、趾板、连接板和防渗墙组成的防渗系统的变形,面板缝、周边缝及其他接缝的三向位移变形也有所减小。     

基于响应面法的土石坝参数随机反演分析

针对常规随机反演过程中需多次进行数值模拟与优化方法耦合存在的计算量过大的问题,提出基于响应面法的土石坝参数反演方法。在有限元分析的基础上,利用中心复合设计进行有限次试验,建立可反映土石坝参数与位移之间非线性隐式关系的响应面方程,以代替有限元计算;结合内点法及Monte-Carlo随机抽样,对响应面方程的目标函数进行迭代寻优,从而实现土石坝参数的随机反演分析。数值算例表明,该方法计算结果误差小,求解效率高;随机反演得到的参数能更准确地反映材料的真实情况,其统计特性还可用于土石坝稳定计算和风险评估。研究成果为实际土石坝工程的参数确定提供了参考。     

房山水库土坝多头小直径水泥土防渗墙加固效果评价

为评价多头小直径水泥土防渗墙的防渗效果,以房山水库土坝加固为例,采用有限元法计算分析加固前后坝体渗流特性。结果表明,以多头小直径水泥土防渗墙为主要防渗措施建立的防渗体系效果良好,可明显改善坝体和坝基的渗流性态,加固后大坝各料区渗透坡降和渗透流量均明显减小,均能满足《碾压式土石坝设计规范》的要求,且该方法施工质量可靠、造价低,可广泛推广应用于土坝防渗加固。     

董箐混凝土面板堆石坝地震响应特性研究

针对董箐混凝土面板堆石坝的抗震安全性要求,采用三维非线性动力有限元方法,考虑堆石料的动力非线 性及地震时坝体动水压力作用,采用等效线性模型求解坝体的地震反应,获得了该坝在EI-Centro地震波作用下及 峰值加速度时坝体和面板的加速度反应、位移反应、应力反应、垂直缝与周边缝位移反应及坝体地震残余变形等 地震动力反应特性,揭示了董箐面板堆石坝的地震反应规律与特点,分析了坝体的抗震安全性,论证了设计方案 的合理性。     

基于MSA的土石坝群体地震易损性研究

针对地震发生后亟需对土石坝群体震害进行快速评估的问题,基于统计数据和MSA方法,提出了土石坝群体震害易损性分析方法。通过分析土石坝群体震害数据,对震损大坝进行等级划分,结合地震破坏损失比和破坏比建立土石坝地震易损性矩阵。并引入MSA方法,建立土石坝群体震害易损性评估模型,计算出四种烈度下易损性参数及易损性曲线和概率,为土石坝群体震害快速评估提供了依据。     

某沥青混凝土心墙堆石坝变形特性分析

高坝大库水电站中沥青混凝土心墙堆石坝所处地形地质环境复杂、心墙单薄、荷载大、应力水平高以及大坝渗流与变形机理复杂,因而大坝的运行安全掌控与评价难度很大。为此,结合已建的某高沥青心墙堆石坝工程,研究原型观测特性及三维应力变形规律,并将数值模拟结果与原型观测数据进行比较。结果表明,坝体最大沉降为1.56m,发生在约为坝体1/2高程处,最大沉降约为坝高的1.2%;大坝变形特性符合心墙堆石坝变形的一般规律,大坝右岸沉降变形较左岸大,整体而言,大坝变形趋于稳定,数值模拟与原型观测数据基本一致。     

西龙池面板堆石坝应力变形三维有限元分析

分别采用邓肯E-B模型和沈珠江双屈服面模型模拟堆石坝体、利用线弹性模型模拟沥青混凝土面板进行有限元变形及应力计算分析,并对两种不同模型在竣工期和蓄水期坝体堆石和面板的应力变形规律进行了比较.结果表明,对外凸反拱曲线型面板堆石坝,邓肯模型计算的面板拉应力较大与实测不符,而弹塑性模型的计算结果则较合理.