高拱坝整体稳定地质力学模型试验研究

随着经济的强盛，水利事业的发展，我国大坝、高拱坝数量大增，大坝老龄化现象也在增加，大坝的安全稳定运行是一不容忽视的问题。因此，研究大坝的稳定及内在规律就具有很强的工程意义和现实意义。同时由于工程问题的复杂性使高拱坝整体稳定兼具了挑战性和前沿性。本文从30年的模型试验出发，对该问题进行了有意义的研究。     

锦屏一级高拱坝整体稳定物理与数值模拟综合分析

高拱坝的整体稳定是工程建设中的关键问题之一,地质力学模型试验和数值计算是研究这一问题的重要方法。通过理论推导建立了基于综合法的大坝稳定安全系数评定关系式。针对锦屏一级高拱坝坝肩地质条件复杂,影响拱坝整体稳定的断层、岩脉、节理裂隙众多,坝高库大和加固难度大,工程安全稳定问题十分突出等特点,采用综合法地质力学模型试验与三维非线性有限元相结合的方法,对加固处理后的锦屏一级高拱坝整体稳定性开展研究。获得了拱坝在正常工况下的工作性态,以及在结构面强度参数降低约30%后坝肩的超载变形失稳过程和最终破坏形态,提出拱坝与地基综合法整体稳定安全度为5.2~6.0(试验值)和5.98(计算值)。通过综合分析模型试验和数值计算的成果,评价了锦屏一级高拱坝工程的安全性和加固效果。研究成果为锦屏一级拱坝工程的安全监测和运行管理提供了科学依据,同时也为其他类似高拱坝工程的稳定分析提供参考。     

高拱坝坝基稳定研究

针对高拱坝坝基失稳机理,稳定分析方法,最不利滑型及相应岩石力学参数进行了全面,深入地研究,在此基础上,提出了坝基和坝肩的加固处理原则及优化方案,并采用大规模的渗流场分析及地质力学模型试验分析,验证了理论研究成果及加固处理措施的合理性和有效性。     

锦屏高拱坝三维非线性有限元稳定分析

高拱坝坝肩的稳定性是拱坝结构安全运行的基础,锦屏高拱坝坝址区左右坝肩存在几条规模较大的断层、深部节理裂隙、层间挤压错动带、低波速带、岩体风化、卸荷等不良地质结构,因此,坝肩稳定性成为锦屏高拱坝设计中的重大技术问题.运用三维非线性有限元分析方法,对锦屏高拱坝坝肩加固处理前后的稳定性进行了分析对比研究,揭示了边坡失稳的可能形式、部位及规模,并据此对边坡的稳定性进行分析与评价.计算结果表明,锦屏高拱坝加固处理是合理的,满足大坝的稳定要求.     

牛头山双曲拱坝整体稳定三维非线性有限元仿真分析

牛头山水电站双曲拱坝设计坝高108m,其坝址河谷呈V形,有良好的建坝条件,但基础左坝肩、右坝肩均存在断层和深部裂隙等地质缺陷,成为工程的隐患。本文利用三维非线性有限元法对坝体及基础进行数值模拟分析,考虑各种地质缺陷及其组合对坝体及基础应力位移的影响,找到最不利的因素,并利用超载分析寻求大坝的极限荷载和破坏机理,为如何对牛头山双曲拱坝左、右坝肩基础进行处理提供可靠根据。     

复杂地基加固处理前后拱坝结构特性对比分析

为了分析建在复杂地基上的高拱坝在水库蓄水后坝体工作性态受坝肩断层、裂隙等地质缺陷的影响程度,采用结构模型试验及有限元计算方法,对某高拱坝1 760 m典型高程拱圈开展研究,对比分析拱坝在坝肩软弱结构面加固处理前后的结构特性。结构模型试验结果表明:在天然坝基条件下,受坝肩软弱结构面较发育以及两岸地形地质条件不对称等因素影响,拱坝的应力与变位值较大,其分布特征存在明显不对称的特点。采用以混凝土置换为主的措施进行加固处理,并对处理前后的拱坝应力、变位情况进行对比分析,有限元计算结果表明:在左岸布置混凝土垫座以及对软弱结构面进行混凝土置换,可有效提高坝肩岩体的承载力和抗变形能力,同时可调整拱坝体型、改善坝体受力状态,使拱圈应力与变位值减小,左右对称性得到明显改善,具有良好的加固效果。     

锦屏一级水电站拱坝整体稳定性分析和抗裂设计

锦屏一级水电站拱坝坝高305 m,为世界第一高拱坝,由于拱坝坝址区地形地质条件不对称,同时存在大量的缺陷,造成大坝受力条件较为恶劣,可能导致坝体开裂。为此,从拱坝整体受力稳定的角度深入分析了各种可能的开裂因素,并据此提出抗裂设计措施。实践表明:由于充分利用了拱坝的自我调整能力,并综合运用了增强混凝土抗裂性能、优化体型、加强对地形和地质不对称条件的处理、增强河床部分坝体刚度等措施,使坝体抗裂性能有较大提高。     

基于整体稳定安全度为目标函数的高拱坝优化设计

该文探讨了高拱坝优化设计的可行方案并结合工程实例采用整体稳定安全度为目标函数,以坝体上游面开裂深度与坝体厚度的比值为约束条件对某高拱坝进行优化设计,得到了具有参考价值的体型参数,验证了优化方案的可行性.     

高拱坝稳定安全余度分析评价方法研究

大多数学者对于高拱坝的稳定安全余度的研究都是讲有一定的安全余度或安全度。董玉文、任青文总结目前拱坝安全度的分析方法主要有:柔度系数法、安全系数法、可靠度方法和模型试验法;王仁坤应用AAA-90程序、TFINE程序和HS2程序进行了二滩拱坝的超载分析,对二滩拱坝的安全富裕度给出了量化结果。根据拱坝的结构形态及受力特点,拱坝稳定与否主要取决于坝肩,国内外大多数拱坝失事都是由拱坝的坝肩失稳引起,因此研究拱坝稳定安全余度主要是研究坝肩的稳定安全余度。     

高碾压混凝土拱坝整体稳定安全评估与工程类比研究

为分析高碾压混凝土拱坝的整体安全性,综合模拟主要断层、软弱夹层、裂隙、岩体材料分区以及坝体结构特征,建立拱坝整体稳定三维有限元模型。采用非线性有限元法分析正常运行条件下拱坝-地基的整体工作性态;在此基础上采用水容重超载法,计算拱坝的极限承载能力。结果表明,正常运行条件下,拱坝整体稳定性较好;通过对水容重安全系数进行工程类比,该拱坝具有较高的超载安全系数,处于拱坝工程的中等偏上水平。     

锦屏一级拱坝左岸基础处理加固措施研究

锦屏一级拱坝坝址区工程地质条件十分复杂,存在f2、f5、f8等断层、层间挤压带、煌斑岩脉X及一系列规模不等的卸荷张开裂缝或深部裂缝等不良地质构造,需对这些地质缺陷进行处理.通过现场勘测试验及分析研究,对拱坝左岸基础采取固结灌浆和混凝土置换相结合的处理方案。计算分析表明,通过利用混凝土垫座、抗力体固结灌浆、对断层及煌斑岩脉进行混凝土网格置换以及采用抗剪传力洞等措施,提高基础承载能力,可以满足拱坝设计的要求。     

综合加固处理技术在锦屏高拱坝左岸坝基中的应用

锦屏一级水电站大坝基础地质条件复杂,尤其以左岸f5断层为代表的软弱岩体,断层规模大、岩体性状差,是影响拱坝渗流稳定、抗滑稳定和变形稳定最为关键的因素之一,因而f5断层处理效果的好坏直接决定了锦屏一级水电站高拱坝能否长期安全运营。为此,对锦屏一级水电站高拱坝左岸坝基范围内的f5断层处理技术进行了探索和研究,介绍了开挖置换、预应力锚固、高压固结灌浆、水泥-化学复合灌浆及高压水对穿冲洗回填砼等处理措施,并对处理效果进行了分析和评价。监测成果表明,以上综合加固处理措施达到了预期的效果,可为类似工程提供参考和借鉴。     

拱坝的非线性分析

本文讨论非线性有限元法在拱坝分析中的应用。用弹塑性—断裂模型描述拱坝与基岩的力学性质,可以求得拱坝—岩基交界面的开裂区范围、拱坝变形的变化和拱坝的应力重分布情况。典型算例表明,考虑拱坝—岩基交界面的开裂后,坝踵处高铅直拉应力消失,而铅直压应力仅略有增加。从而可知,在拱坝设计中推广非线性分析方案可以导致更经济的设计和更简单的拱坝体型。     

基于非线性有限元法的混凝土拱坝稳定特性分析

由混凝土拱坝的受力特点可以看出,其稳定性主要是依靠坝肩两岸岩体来维持,因此,坝肩岩体的稳定直接关系到拱坝的正常运行与安全,是拱坝设计中较为关注的问题之一。文章结合某实际工程,以大型分析软件ANSYS为平台,以某混凝土拱坝和地形整体为研究对象,针对同一模型,采用超载系数法、强度储备系数法等从不同角度分析坝体结构的稳定性。通过非线性有限元计算分析得出,在不同超载荷载作用下裂缝首先沿坝基面向坝高方向发展,同时坝踵区的裂缝沿坝体坝厚方向扩展,最终趋于稳定。随着强度储备系数的增大,拱坝抗滑稳定安全系数随之逐渐减小,基本呈现线性发展。同时,坝体位移也基本呈线性分布规律,但是,当接近临界抗滑稳定安全系数时,坝体位移明显表现为非线性发展趋势。该稳定分析为充分了解拱坝的结构安全度提供计算依据。     

坝基加固后锦屏一级高拱坝应力变形计算分析

锦屏一级高拱坝坝址地质条件复杂,其基础加固处理工程巨大,主要包括:左岸混凝土垫座置换、左岸传力硐、左岸f5、f8、煌斑岩脉混凝土网格置换,右岸f13、f14断层混凝土网格置换.文中采用非线性有限元分析方法,对坝基加固后锦屏一级水电站坝体在多种工况下的应力变形特性进行了计算分析.给出了坝体蓄水期的应力位移分布及超载、降强对位移的影响结果,表明蓄水期坝体总体变形规律比加固前明显改善,坝踵拉应力减小.加固后坝体与坝基安全储备能力提高,可以满足设计要求.     

混凝土拱坝抗滑稳定双重非线性加固分析

对于大型复杂混凝土结构的设计与施工,必须进行双重非线性分析才能保证工程经济合理及安全可靠。利用样条有限点双重非线性方法对坝体和坝肩岩体抗滑稳定性进行分析,并提出了相应的算法。实际工程分析结果表明,样条有限点双重非线性分析法是进行拱坝和坝肩抗滑稳定性分析的一种有效方法,能够得到经济、安全的加固方案。     

基于三维地质力学模型试验的溪洛渡高拱坝坝肩稳定性研究

采用三维地质力学模型综合法试验,探讨在超载和强降的综合影响下溪洛渡高拱坝坝肩、坝基的稳定安全度;分析大坝及坝基、坝肩的变形分布特征,揭示大坝与坝基的变形过程和破坏机理。试验表明,在未计入渗压及地震荷载工况下,坝肩综合稳定安全系数为6.3;在超载情况下,坝肩变位不对称,坝肩破坏形态也不对称,总体上左岸比右岸破坏较重。在超载后期,受坝基附近层间、层内错动带的影响,坝基面径向变位较大,基础约束相对较弱,因此,加强对坝基的加固处理十分重要。     

高拱坝整体稳定问题的试验研究

针对高拱坝的整体稳定问题,阐述了地质力学模型试验研究技术、方法及应用.地质力学模型,在材料模拟方面,除必须模拟坝基岩体的力学变形特征外,还必须模拟坝体、坝基内部各种不连续面,如裂缝、断层、软弱夹层及具有显著连通率的节理裂隙的分布和力学性能,以及建筑物基础岩体的非线性特征.它不仅限于研究已知荷载条件下的某一状态,更重要的是研究在渐增荷载作用下直至破坏的整个变化过程,给出一个相当明显的形象直观概念和量值结论.锦屏高拱坝是目前世界上在建的最高双曲薄拱坝,大坝承受水压力巨大,坝址地质条件复杂,其设计和分析都是超出现行规范,使锦屏高拱坝的稳定安全性成为人们极为关注的问题.采用地质力学模型试验进行研究分析,以验证与评价锦屏高拱坝的整体稳定安全性,具有十分重要的意义.     

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。     

锦屏一级高拱坝施工关键技术

锦屏一级水电站大坝为目前世界最高拱坝,是我国总体设计和施工难度最大的高拱坝工程,其施工中解决了复杂地质条件高边坡施工、高拱坝混凝土骨料选择与供应、高拱坝混凝土高强度快速施工与温度控制、复杂地基处理施工等关键技术难题,保证了大坝的顺利建成,推动了我国高拱坝建设技术进步。