雅砻江孟底沟水电站拱坝拱座抗滑稳定研究

保证拱坝的拱座稳定是拱坝设计和建设的重要问题。孟底沟拱坝两岸抗力体内以断层及蚀变带为代表的各种结构面相对发育且类型复杂,这些结构面相互组合形成的可能滑移块体的稳定问题对孟底沟拱坝方案的成立构成了较大的威胁。本文以传统的刚体极限平衡法及新兴的刚体弹簧元法为主要数值分析方法,结合拱坝——基础整体地质力学模型试验,对孟底沟拱坝坝肩抗滑稳定进行了全面深入的计算分析与论证。通过综合数值分析和模型试验的结果对拱坝的拱座稳定性做出了综合评判,识别了坝肩岩体相对薄弱的部位,并对增强拱坝坝肩稳定的工程措施提出了合理建议。     

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。     

基岩稳定的地质力学模型试验与有限元分析——二滩水电站右坝肩稳定分析

本文综述了七年来,对二滩水电站拱坝坝肩稳定进行的分析研究工作成果和方法,研究成果主要有: (1) 运用二十个地质力学模型试验分析坝肩稳定的安全度;分析软弱带即纤闪石化玄武岩对坝肩稳定的影响,探求对它的处理方案,研究河岸风化卸荷带利用和减少开挖的可能性,选择优化的大坝建基面,分析了坝与基础的共同作用。 (2) 运用有限元方法,计算坝肩稳定的安全度,破坏机制,以便和模型试验相对比。本文综述了1/250比例模型的相似律:用4520块石膏块体做成了比例模型,模拟了岩体的块体结构,纤闪石化软弱带及岩体的三组裂隙节理和断裂。本文提出了石膏块体比例相似模拟岩体结构的关系及尺寸效应,弹塑性及脆性材料试验方法等,还提出了连续破坏的记录。本文用20个模型的相互对比方法,得出了坝肩稳定的安全度及锚索方案,混凝土置换,高压灌浆等处理方案的可能性;比较了抛物线拱坝,不同坝型拱坝的稳定度,认为在这里修筑拱坝是可行的。本文还综述了有限元方法计算稳定的弹性模型,弹塑性-脆性模型,两者做了比较,计算结果与实验成果基本一致。     

乌东德坝肩结构面影响及协调加固稳定分析

乌东德坝肩揭露多条结构面,保障坝肩协调变形、稳定对大坝整体安全至关重要。通过建立乌东德大坝三维有限元模型,采用Drucker-Prager屈服准则,分析坝肩结构面对大坝-基础应力、变形工作性态和整体稳定的影响,并从应力均化、变形协调和刚度匹配三方面讨论结构面加固处理效果。计算结果表明:坝肩结构面导致拱端横河向位移增幅明显,坝肩局部岩体位移不协调、应力集中并出现局部屈服。当坝肩结构面采用固结灌浆和平洞置换综合措施,可有效改善坝肩岩体应力、位移分布,大坝整体安全有保障。研究成果可供类似工程加固设计分析参考。     

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。     

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。     

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.     

溪洛渡水电站工程坝肩抗滑稳定边界条件及工程适宜性评价

博士学位论文拟建的金沙江溪洛渡水电站是仅次于三峡工程的又一巨型规模水力发电枢纽工程。大坝为双曲高拱坝,其坝肩抗滑稳定性是坝区关键的工程地质问题之一,而查明坝肩抗力体边界条件是坝肩抗滑稳定性计算分析的前提和基础,也是地质勘察中主要解决的一个重大技术问题。清晰地查明坝肩抗滑稳定性边界条件并合理地评价其工程地质特性,不仅能够为溪洛渡水电站工程勘探、设计和施工提供有价值的地质资料(例如侧裂结构面数量、产状、间距、迹长、连通率等岩体结构参数以及底滑面空间位置等),而且尤其重要的是能够促进岩体结构理论的深入研究。坝区主要由晚二迭系峨眉山玄武岩(P2β)组成,岩层产状平缓,坝区未发现大的断层构造,玄武岩中发育着3个层次结构面,即层间错动带(C)、层内错动带(LC)和基体裂隙。它们的交切组合,控制了坝区岩体结构的基本状况,致使坝肩抗滑稳定边界条件(尤其侧裂面边界条件)具有很大程度的不确定性和模糊性,这也使得溪洛渡水电站高拱坝坝肩抗滑定性评价变得非常复杂。而合理解决上述这些问题,不仅需要运用岩体结构的理论和方法对现场获取的大量资料进行系统研究,而且还需要对其中的理论和方法进一步发展和完善。为此,基于随机结构面理论和方法,详尽地分析了坝区侧裂结构面的宏观发育     

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。     

岩石边坡开挖及加固分析的弹粘塑性块体元方法

首先介绍了可用于边坡开挖及加固分析的弹粘塑性块体方法。该法把岩体视为具有弹粘塑性性质的结构面切割形成的刚性块体系统，考虑加固结构件在结构面上变形的协调条件，建立求解块体系统和加固构件系统的变形和破坏过程。然后介绍该方法小湾高洪坝坝肩和坝基开挖施工期稳定性研究中的应用情况。     

叶巴滩水电站拱坝坝肩深部卸荷带影响研究

针对叶巴滩拱坝左右坝肩内存在的深部卸荷带等不良地质缺陷,采用地质力学模型试验超载法,对叶巴滩2 750 m高程拱坝和坝肩的工作性态开展平面地质力学模型试验研究。通过试验获得拱坝、坝肩及深部卸荷带的变形特性和破坏形态,探明了深部卸荷带对拱坝和坝肩的工作性态的影响,揭示了工程的薄弱部位。研究表明深部卸荷带对拱坝和坝肩的工作性态有明显影响,其影响程度与强松弛IV_s类岩体所处位置及与拱端附近断层的组合作用有关。位于左坝肩强松弛IV_s类岩体对拱坝和坝肩的变位、拱推力的传递影响较大,位于右坝肩的断层f29(f74)对坝肩稳定有明显影响。对左右坝肩内的这些薄弱部位需采取相应的加固措施,以改善拱坝和坝肩的工作性态。     

Experimental study on a geo-mechanical model of a high arch dam

This paper presents the complete experimental study on the Geo-Mechanical Model of Jinping high arch dam to observe the deformation and study the stability of the dam abutment and foundations of the Jinping first stage hydropower project. The model considers various factors influencing the stability of dam abutment and foundation during the test, which includes overloading and strength-decreasing of weak structural planes in the rock mass of the dam foundation. A temperature-analogue material is employed to simulate the decreasing strength of the weak structural planes. The temperature-analogue material and model testing technique are developed for the first time. Secondly, the comprehensive method that considers both overloading and strength-decreasing is applied to the model successfully. Deformation characteristics, failure patterns and mechanisms of the dam abutment and foundation are achieved. The safety evaluation based on the experimental model indicates that the whole stability safety factor of the dam abutment and foundation is 4.7–5.0.     

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。     

受断层切割影响的拱坝坝肩岩体三维稳定性数值分析及加固措施模拟

某水电站右岸坝肩岩体受断层切割，稳定性较差，成为工程安全的一大控制性因素。为研究其稳定性，对受断层切割的拱坝坝肩岩体进行了拱坝和坝肩岩体联合作用的三维非线性数值模拟。模型用点安全系数法和超水荷载法，研究坝肩岩体的稳定性，并对起控制性作用的断层进行了加固模拟，分析了加固措施对坝肩岩体安全的影响。研究结果表明：对断层采取工程加固措施后，稳定性有了明显提高，为工程建设提供了有意义的参考。     

小湾水电站拱坝坝肩岩体加固方案分析研究

根据建立的多裂隙岩体弹塑性损伤耦合力学模型，通过三维有限元计算，系统地研究了小湾水电站拱坝坝肩岩体的稳定性，得到了坝肩岩体应力和变形的定量结果，在此基础上，提出了技术经济较优的坝肩加固方案。     

高拱坝坝肩岩体变形稳定性的三维数值模拟

以金沙江上游拟建某水电站高拱坝坝肩为研究对象,应用有限差分程序FLAC-3D对坝肩岩体在天然和荷载后的应力、变形和破坏的发展特征模拟分析,重点分析了坝肩岩体在正常工程荷载下的变形稳定性及坝肩超载特性,得到了坝肩岩体的变形破坏特征及超载安全系数。     

叶巴滩高拱坝抗震安全分析与评价

叶巴滩高拱坝是《水电工程水工建筑物抗震设计规范》(NB 35047-2015)在2015年9月1日正式颁布实施后,水电水利规划设计总院审查批复同意的第一座高坝水电站工程。新规范在地震输入、材料参数取值、设防等级、评价方法等多个方面进行了修订,本文介绍了按照新规范要求进行的叶巴滩拱坝动力分析与抗震安全评价的研究成果,以及采取的相应抗震措施。根据分析成果综合评判可知,叶巴滩拱坝基础约束区、上游坝踵区域、下游面坝体中部以及左右岸拱座抗力体是分析得出的拱坝抗震关键部位,在设计地震作用下大坝是安全可靠的,在最大可信地震作用下大坝也能够保持稳定。