深埋地下管道及地下洞室群三维渗流场的 有限元精细模拟

利用自主研发的三维渗流分析软件GWSS计算了敦化抽水蓄能水电站工程区的渗流场分布特征及地下厂房系统、引水管道排水系统的排水效果。计算结果表明：（1）在现有设计方案下,地下厂房和压力管道中水平段的排水系统和排水洞作用明显,防渗排水设计满足设计要求;（2）下水平段的压力管道承受外水压力较大,建议对引水系统的下水平段的排水洞增设排水孔。     

濮阳市堆山工程高边坡设计加固方案分析

利用水库开挖弃料堆筑山体,营造城市景观,在规划范围内填筑高约40m的山体。山体边坡呈现南缓北陡,北侧紧邻濮范高速。由于地基及填筑土料质量较差,且北坡坡脚距离濮范高速最近仅20m,工程场区又位于地震基本烈度Ⅶ度区,场区地震动峰值加速度为0.15g,边坡抗滑稳定安全系数不满足要求,通过采用边坡加筋,地基水泥土搅拌桩加固处理,保证了工程的顺利实施,工程应用至今完好。     

堤基管涌侵蚀破坏过程的无单元法模拟

针对堤基管涌侵蚀破坏过程的复杂渗流场模拟问题,采用无单元Galerkin法数值模拟研究管涌动态发展过程及机理,介绍了管涌区域破坏的判别方法、管涌尖端附近节点加密方法等,并结合砂槽模型试验和有限元模拟结果对无单元法的计算结果进行了验证与分析。结果表明,采用无单元法计算得到的管涌渗流场和有限元计算结果基本吻合,且管涌发展过程和模型试验结论较为一致;获得了管涌侵蚀破坏过程中管涌通道尖端水平渗透比降的变化规律,弥补了砂槽模型试验的不足。     

心墙土石坝渗流自由面的数值模拟

心墙与坝壳材料渗透系数相差比较大,使用有限元方法选代计算心墙土石坝渗流自由面时,往往会在两种材料交界面处失真,难以正确模拟出心墙下游端的出渗点.为解决此问题,采用具有严格理论基础的Signorini型变分不等式,确定渗流渗出点和自由面的位置,可消除出渗点的奇异性,采用罚Heaviside函数克服网格依赖性和数值不稳定性.同时,根据毛细水上升高度来确定非饱和区负孔隙水压力,消除饱和-非饱和渗流分析中坝壳节点中的虚值,使得计算结果能准确地反映出坝体中的实际渗流场.     

前坪水库大坝应力变形及抗水力劈裂研究

心墙土料与坝壳砂卵砾石料、堆石料模量差别较大,为研究大坝心墙拱效应对心墙的应力变形及抗水力劈裂的影响,根据大坝材料分区及坝基地质情况,考虑施工填筑及蓄水过程分级加载,采用非线性邓肯-张模型对大坝应力变形进行研究分析,对前坪水库心墙的应力变形、抗水力劈裂进行分析。计算结果表明,坝体应力和变形分布符合一般规律,坝体最大竖向沉降发生在1/2～2/3坝高范围内,考虑心墙拱效应后,心墙抗水力劈裂是安全的。同时,结合已建工程经验,在大坝易出现裂缝部位可采取填筑高塑性土等工程措施,防止因裂缝而引发集中渗流破坏,避免心墙与基岩面产生裂缝。     

前坪水库大坝设计及三维应力变形分析

前坪水库大坝坝型为黏土心墙砂砾(卵)石坝,大坝砂砾石覆盖层细粒缺失,F2断层顺河向穿过大坝坝基,右岸坝肩为陡峻岸坡。针对以上工程难点,文章提出了设计方案,并根据大坝的设计分区、地形条件以及覆盖层的土层分布,建立三维模型,根据对大坝的填筑及蓄水过程进行模拟,对各关键时刻包括竣工期、满蓄期大坝的应力、变形特性等进行了研究。计算结果表明,坝体应力和变形分布符合一般规律,大坝设计方案经济、合适。     

基于激光点云数据的裂隙岩体渗流场的无单元法模拟

 利用三维激光扫描技术获取岩体表面高精度激光点云数据,进而得到岩体裂隙网络的几何信息和产状分布情况。研究基于激光点云坐标数据求解含复杂裂隙网络岩体二维渗流场的无单元法,采用罚函数法处理渗流边界条件,并推导无单元Galerkin法的基本方程和积分格式。该方法首先将激光点云数据经坐标投影和抽稀后作为无单元模拟的节点坐标数据;然后结合岩体裂隙网络的几何信息,采用无单元法计算渗流场,进而分析岩体的渗透特性。该方法具有以下优点：(1) 可以精确获取高陡边坡的裂隙产状、位置坐标、长度和开度等几何信息;(2) 直接将激光点云作为无单元法节点,减少生成裂隙网格和生成节点坐标的工作;(3) 将裂隙网络采用裂隙渗透张量表示,可以对非连通裂隙、不同开度和不同充填程度的裂隙进行模拟。在此基础上,应用IDL编制基于海量激光点云数据的岩体裂隙产状分析和无单元法渗流场数值模拟软件LIDAREFM,并计算怀柔县桥梓镇一裸露岩石边坡的渗流场。计算结果表明,该方法是可行、有效的,计算得到的渗流场分布及特性能够反映岩体裂隙网络对渗流场的影响。该方法为研究裂隙岩体真实渗流场分布提供了一种新的研究思路。     

心墙土石坝渗流场的无单元法模拟

在心墙土石坝渗流场分析中,经常会遇到浸润线发生在渗透性差别较大的心墙和堆石体之间,这种因两种介质渗透系数差别较大而形成的渗流场采用传统的有限元方法难以较好的解决。为此将无单元法应用于心墙土石坝工程的渗流分析中,提出了心墙土石坝渗流场的无单元法的解决方案,并采用IDL语言编制了可视化的二维无单元法计算软件LIDAREFM。利用该软件计算分析了心墙和堆石体渗透系数不同比值的渗流场分布。研究结果表明,当堆石体渗透系数与心墙渗透系数比值小于103数量级时,可以直接进行计算;而超过103数量级以上,需在粘土心墙和堆石体之间依次设置接触面区域和过渡区域,且接触面区域的渗透系数必须采用空间渗透张量,否则将出现错误的结果或迭代不收敛问题。     

挤密砂桩在出山店水库软基处理中的应用研究

出山店水库土坝软基排水固结条件差、强度低,工程地质条件差,需要处理的坝长占土坝段长度的72%,坝基处理范围广、面积大,在国内比较少见。软基的孔隙水压力如果不能及时消散,将造成大坝运行期持续沉降及不均匀沉降,使得大坝出现裂缝和局部失稳。为了消除隐患,确保大坝安全,采用挤密砂桩进行坝基处理,并通过材料试验、数值模拟、现场试验及综合分析等手段,对挤密砂桩的布置、坝体安全性、施工进度合理性等进行研究。根据大坝沉降数据分析,软基坝段采用挤密砂桩处理后,在大坝填筑施工期基本完成固结,与数值模拟结果一致,各监测断面沉降量为7.25～12.92 cm,无不均匀沉降现象。