不同胶凝材料用量下的胶凝砂砾石坝体应力与变形特性分析

为定量分析胶凝材料用量对胶凝砂砾石坝体应力与变形的影响,基于摩尔-库伦模型和蔡新提出的非线性本构模型,利用FLAC3D有限元软件,计算了坝高50 m级的胶凝砂砾石坝的应力应变情况。结果表明,随着胶凝材料用量增加,坝体位移减小,应力增大,且非线性模型算得的位移更大;当胶凝材料用量低于60 kg/m³时,摩尔-库伦线性本构模型算得的主应力均为压应力,蔡新的非线性本构模型算得的主应力出现拉应力,故非线性本构模型能更好地体现胶凝砂砾石坝的薄弱部位,为胶凝砂砾石坝实际工程建设提供参考。     

百米级胶凝砂砾石高坝的参数化建模

胶凝砂砾石坝的模拟仿真难度大,故限制了其发展应用。为此,以百米级胶凝砂砾石高坝的参数化建模为例,介绍了坝体尺寸与上下游水位的参数化界面定制、坝体与坝基材料属性的参数化界面定制,通过改变界面中参数大小,可随意改变模型中坝体高度、坡率、上下游水位、不同分区材料属性;针对实际建模过程中常遇到的材料分区界线属性划分困难、扬压力施加存在错误的问题,提出了胶结材料边界、坝基面(线)的节点耦合技术,给出了关键点参数化的命令流。研究结果可为胶凝砂砾石高坝的应用提供理论基础。     

层面处理方式对胶结砂砾石抗剪强度的影响

为分析不同层面处理方式对胶结砂砾石抗剪强度的影响,开展了不同层面处理方式的胶结砂砾石坝层面抗剪强度试验。根据凝结时间建立回归模型,并在此基础上测试胶结砂砾石在四种层面处理方式和不同间歇时间下的c′、f′等抗剪断特性参数。结果表明,胶结砂砾石层面抗剪强度与层面处理方式和层间间歇时间均有关系,不同间歇时间应采用不同的层面处理方式。     

岩性特征对混凝土坝体-基岩原位直剪试验力学特性影响分析

以广西巴马县坡月水库工程为研究对象,采用平推法开展不同法向应力(0.4、0.8、1.2、1.6、2.0 MPa)下混凝土坝体-基岩原位直剪试验,探究岩性特征对混凝土坝体-基岩力学特性的影响。结果表明,不同法向应力下试样的剪切应力-位移曲线均表现出试样内部初始缺陷受力微裂纹扩展的稳定扩展阶段、微裂缝逐渐扩展形成宏观裂缝的不稳定扩展阶段及混凝土与岩体分离的开裂阶段3个阶段;法向应力、岩体岩性对试样的断裂能均有显著影响。不同法向应力下,试样断裂能的范围为16.65～177.28 N/m,断裂能随着法向应力或灰色砂岩含量增大而增大,随泥质粉砂岩含量或风化程度增大而减小;混凝土坝体-基岩的抗剪强度随基岩中灰色砂岩含量增大而增大,随泥质粉砂岩含量或基岩风化程度增大而减小。研究结果可为类似研究提供试验参考。     

胶凝砂砾石弹性模量测试方法的试验研究

胶凝砂砾石作为一种低强度、低弹性模量的新型筑坝材料,目前尚无统一的测试标准,采用不同测试方法的结果势必有很大差异,从而会影响胶凝砂砾石坝的设计。为此,分别采用通长变形、中部变形、端部变形及内部埋设差动式电阻应变计4种测试方法对胶凝砂砾石材料的弹性模量进行对比试验,并评估了弹性模量测试加荷速率的控制、预压次数及割线法的适用性等问题。结果表明,端部测长法比较适用于胶凝砂砾石弹性模量的测试,对于规范和统一胶凝砂砾石弹性模量的测试以及胶凝砂砾石坝的进一步发展起到了促进作用。     

基于损伤理论的胶凝砂砾石坝运行期冻融仿真分析

为研究冻融对胶凝砂砾石坝正常运行造成的影响,以守口堡胶凝砂砾石坝为研究对象,结合胶凝砂砾石结构冻融损伤特性,建立三维有限元冻融损伤模型,对坝体运行期不同工况下的温度、应力及损伤状况进行仿真分析。结果表明,普通胶凝砂砾石除易冻融破坏外,还易发生拉裂破坏;添加外加剂后抗冻性提高,但还不足以抵抗冻融;"金包银"措施能够有效改善坝内胶凝砂砾石的温度、应力状况,使其免受冻融影响,保证永久性水工建筑物运行期安全稳定。     

不同冻融循环次数下胶凝砂砾石抗冻性能的试验研究

为研究胶凝砂砾石的抗冻性能,做了不同水胶比和养护龄期的标准试件的室内试验,研究了不同冻融循环次数下试件的抗压强度。结果表明,水胶比由0.6增大至1.4时,胶凝砂砾石抗压强度先增大后减小;水胶比为1.0时,胶凝砂砾石抗压强度最大。经历冻融作用后,水胶比为1.0的胶凝砂砾石试件的抗压强度仍最大。不同养护龄期下胶凝砂砾石的抗压强度差别较大,养护龄期越长,冻融循环作用后的抗压强度越大。相同冻融循环次数下,养护龄期为28d的胶凝砂砾石比养护龄期为7d的胶凝砂砾石的抗压强度高出57%~76%左右。     

基于新型本构模型的胶凝砂砾石坝抗震工作性态研究

鉴于目前胶凝砂砾石料的动力特性研究较少,关于胶凝砂砾石坝动力工作性态的认识尚不能满足设计、施工及运行管理的需求,基于试验研究提出的新型胶凝砂砾石料动力本构关系,分析了该坝型的抗震工作性态,研究了坝坡及胶凝剂含量对大坝动力响应的影响。计算结果符合实际工程的一般规律,可为该坝型的工程实践提供参考依据。     

胶凝砂砾石冻融试验及影响因素分析

胶凝砂砾石作为一种新型环保建筑材料,抗冻性是其研究较为薄弱的环节。基于已有研究成果,参考现行混凝土规范标准,采用快速冻融试验和灰色关联度理论,以相对动弹性模量为抗冻指标,考察了水胶比、水泥用量、砂率及粉煤灰掺量等因素对胶凝砂砾石抗冻性的影响。结果表明,随着水胶比和砂率的减小,水泥用量和粉煤灰用量的增加,胶凝砂砾石抗冻性提高;各因素对抗冻性影响大小顺序为水泥用量水胶比砂率粉煤灰,该结论为材料的推广应用提供了理论依据。     

重力坝稳定分析考虑齿墙作用的探讨

重力坝的抗滑稳定性是重力坝设计中的一项重要内容,它有时控制了坝体体积的大小,直接影响到工程造价的高低.因此如何提高其抗滑稳定安全性,是重力坝设计的一项重要课题.在以往的重力坝设计中,为了防渗或增加抗滑安全的需要,在坝踵下部常设置齿墙,它对于坝体的抗滑稳定性起一定的作用,可以使坝基水平滑动面变成倾向上游的斜坡,这样将迫使坝下的部分岩体连同坝体一起滑动,从而增加了重量,有利于坝的稳定.或者在坝体沿坝底面呈水平滑动时,齿墙和坝体间存在抗剪断力,同样起到抗滑的作用,当然应取用二者的小值,但在以往的设计中,齿墙的抗滑作用只当作安全的储备因素来对待.本文认为,齿墙常与坝体浇成整体,在分析坝体抗滑稳定、计算安全系数时,也应计入齿墙的作用,以达到既安全又经济的目的.     

混凝土重力坝坝体与坝基弹模比敏感性分析

为研究混凝土重力坝坝体与坝基混凝土的弹模在不同比值下对坝体应力和变形的影响,以某碾压混凝土重力坝#10坝段为例,采用Ansys有限元分析软件建立相应的三维模型,研究了坝基与坝体不同弹模比下坝体的应力和变形特性。结果表明,在正常蓄水位工况下,坝体安全度最优的弹模比区间为αE=0.5~1,尤其当αE=0.5左右时,通过增大坝基弹模,对建基面进行优化来改善坝体和坝基的应力变形效果较好。研究结果可为200m级高坝工程建基面及地基处理方案的选择提供参考。     

高拱坝建基面相对损伤面积敏感性分析

基于损伤本构关系的非线性有限元能较为真实地模拟拱坝的实际工作性态,但用于高拱坝安全度评价时水压力和温度荷载、坝体混凝土的弹性模量和抗拉强度、地基岩石的弹性模量等均具有随机性。以某高拱坝为例,以温降荷载组合作为基本研究工况,根据地形地质条件和坝体体形及施工过程,建立高拱坝非线性有限元计算模型,通过正交试验法建立18种计算方案,得到不同方案下上下游面、建基面相对损伤面积,再运用无量纲化和多元线性回归分析的方法计算建基面相对损伤面积与各影响因素之间的关系。结果表明,建基面相对损伤面积与水荷载、温降荷载呈正相关,与地基岩石弹性模量、坝体混凝土弹性模量、坝体混凝土抗拉强度呈负相关。对建基面相对损伤面积的影响程度从大到小依次为水荷载、地基岩石弹性模量、坝体混凝土弹性模量、坝体混凝土抗拉强度、温降荷载。     

北京市海子水库南副坝渗流及稳定性分析

基于工程地质勘察资料和水文资料,结合工程实况引入等效渗流系数的概念,选取典型断面,对海子水库南副坝及坝基的渗流进行了有限元模拟计算,分析了正常蓄水位、设计洪水位、校核洪水位时渗流作用下的下游坝坡的稳定性,并对混凝土防渗墙深度对渗透量和稳定安全系数的影响进行了分析,得到海子水库南副坝可以加深防渗墙至55 m,渗透量减少35%左右,并且防渗墙的加深对坝坡的稳定性还有一定的加强作用。     

单一节理边坡模态及谐响应分析

为有效避免地震作用下边坡的共振现象,将含有控制结构面的顺层边坡简化为单一节理边坡模型,采用ANSYS软件对简化模型进行模态分析和谐响应分析。结果表明,随着节理结构面剪切刚度的增大,边坡的一阶振型由沿结构面的错动振动变为水平振动,且临界剪切刚度为0.5 GPa/m。当边坡岩石弹性模量由20GPa增加到50 GPa时,临界剪切刚度增加。地震作用下只有边坡的第一阶自振能被激发产生水平方向共振现象,结构面的存在能减小边坡的一阶自振频率,使边坡的自振频率更接近地震波的主频,更易产生共振,可通过支护方式增加边坡节理剪切刚度来控制地震作用下边坡的共振现象。     

碾压混凝土坝考虑异弹模效应的应力分析

将碾压混凝土坝视为具有各向异性弹性特性的均质体 ,通过在垂直于层面的竖向和平行于层面的横向采用不同弹模来考虑层面对坝体应力影响 ;同时考虑了坝基弹性的变化对坝体应力影响。由各向异性体的物理方程推导了碾压混凝土的物理方程和弹性矩阵。通过对算例的有限元分析得出了坝体材料异弹模特性和坝基弹性变化对坝体局部应力的影响规律。     

太平湾大坝扬压力超限原因及抗滑稳定分析

针对太平湾大坝坝基扬压力超限较为突出的问题,结合坝基地质构造、地基处理和扬压力观测系统历次改造情况,综合分析了坝基扬压力超限的原因,并对超限坝段坝基抗滑稳定性进行了研究。结果表明,坝基岩石力学参数不理想所带来的先天性不足是扬压力超限的根本原因,坝基排水不畅和渗漏通道封堵不严是造成扬压力居高不下的主要因素,扬压力在设计工况下大坝偏于安全,但在特殊工况下(如七度地震荷载)坝基安全得不到有效保证,应提高警惕并进一步控制和降低扬压力系数,从而确保大坝安全。     

复杂地基上Hardfill坝与重力坝破坏模式及稳定性对比分析

Hardfill坝是一种介于重力坝与土石坝之间具有对称梯形断面的新坝型,其结构特性较好,整体应力水平较低,应力集中不明显。为了研究Hardfill坝在复杂地基条件下的适应性问题,选取重力坝为参考坝型,采用地质力学模型破坏试验和有限元计算的方法,对比分析了在外荷载作用下复杂地基上Hardfill坝与重力坝破坏模式及稳定性。结果表明,在复杂地基上,Hardfill坝与重力坝主要在坝基软弱结构面处发生深层滑动破坏,坝与地基出现整体失稳现象,但Hardfill坝坝体变位相对于重力坝较小,超载安全系数较大,稳定性更强。     

某水库大坝部分坝体抬升成因分析及仿真模拟

某水库蓄水之后,通过坝体表面变形测点监测到部分坝体表面持续抬升,造成大坝部分坝段下游坡马道上侧排水沟护砌块石受坝坡变形挤压存在倾斜现象,其中部分坝段倾斜严重。在现场调查的基础上,结合大坝安全监测与检测资料,考虑包括库水位变化、坝体渗流场变化、地形地貌、地层岩性及坝基岩体应力等因素,初步认定坝体表面抬升是由于坝基岩体在渗漏条件下吸水膨胀所致。进而通过现场坝基取样试验检测坝基岩体膨胀情况,并结合大型通用有限元软件ANSYS,采用等效热应变模拟坝基岩体膨胀特性,与实际观测资料进行对比,在修正的材料力学参数基础上,拟合了坝基岩体的膨胀系数,较好地模拟了坝体表面变形,验证了坝基岩体膨胀这一结论的合理性。     

库水位降落作用下均质土石坝渗流场及坝坡稳定性分析

为研究某水库均质土石坝库水位降落作用下均质土石坝瞬态流场特性及其对坝坡稳定性的影响,基于饱和-非饱和非稳定渗流理论及极限平衡法,应用GeoStudio有限元分析软件中的SEEP/W及SLOPE/W模块进行库水位降落作用下的瞬态渗流场及稳定性数值模拟分析,探讨了不同速率库水位降落作用下的坝体内部渗流场及坝坡稳定性变化规律。结果表明,考虑非饱和渗流时,在库水位降落作用下,坝体浸润线变化滞后于库水位降落,且库水位降落速率越大,滞后现象越严重,上游坝坡内部形成倒流现象,产生指向坝坡外部的渗透压力;库水位降落作用下,坝坡稳定性呈现"降低—回升—平缓"的变化趋势,库水位降落速率越大,坝坡稳定性系数最小值越低,对坝坡稳定性越不利。研究结果可为土石坝边坡稳定性评价提供参考。     

修正的Mohr-Coulomb准则在重力坝建基面抗滑稳定分析中的应用

针对有限单元法在重力坝建基面抗滑稳定控制中量化标准缺失的问题,采用自适应隐式本构积分算法推导了修正的Mohr-Coulomb准则,通过ABAQUS编写成UMAT子程序,用于重力坝建基面抗滑稳定分析,并针对典型重力坝坝型选取常见下游坝坡率,应用强度折减系数法分析了同一网格尺寸下不同坝高对建基面屈服区的影响。结果表明,在对应建基面屈服区贯通率达到15%时的强度折减系数随坝高增加而降低,且在强度折减系数小于1.8时建基面的屈服范围与坝高呈正相关,强度折减系数为1.6时具有明显的线性关系,并结合工程实例验证了结论的可靠性。