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。     

乌东德拱坝坝肩三维抗滑稳定分析

 基于非线性有限元分析,采用三维有限差分程序FLAC3D,对乌东德拱坝联合坝肩岩体进行三维弹塑性数值模拟。由拱座岩体内不连续裂隙产状确定9个可能滑动楔块。将有限元计算的应力值通过插值转移到楔块滑面上,以滑面内短小裂隙建议连通率为依据折减滑面抗剪强度,采用三维矢量和法计算楔块安全系数。弹塑性计算结果表明,坝肩岩体在荷载条件下位移、应力分布基本对称河谷,但是受近坝断层F15,f42及K25岩溶系统影响,右坝肩受影响范围略大于左岸。正常蓄水条件下9个楔块具有较高的安全裕度,温升荷载导致大部分楔块稳定性降低,温降荷载主要对右坝肩稳定不利。地震荷载条件下,所有楔块稳定性大幅降低,平均降低30%,最大降低53.9%,坝肩岩体整体仍能保持稳定。     

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.     

岩体稳定性分析与评判准则研究

在评价现有岩体稳定性分析方法的基础上，指出其中的不足之处。从摩擦理论和矢量几何出发，基于非线性有限元计算成果，导出了三维可能滑体的抗滑稳定安全系数计算公式，并根据工程稳定问题的力学机理，建立了岩体稳定性评判的干扰能量法。针对没有明显滑动面的岩体稳定性问题，基于可量化的干扰能量准则和静力准则，建立了确定潜在滑动面、最危险滑向和最小安全系数的失稳警戒指标的量化标准，完善了岩体稳定性评判体系，从而为解决没有明显滑动面的岩体稳定性评判量化指标这一难题奠定了力学基础。地下洞室群及高拱坝坝肩稳定性的工程实例计算表明，根据岩体的干扰能量值及等值线分布情况定出滑面，按静力法和干扰能量法量化评判岩体稳定性是合理可行的。     

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。     

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     

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。     

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。     

木里河立洲拱坝整体稳定地质力学模型试验研究

采用三维地质力学模型超载法试验,对立洲拱坝的整体稳定性进行研究,在模型中充分反映断层、层间剪切带、裂隙密集带及长大裂隙等复杂地质构造对拱坝与地基整体稳定性的影响。通过超载法破坏试验获得坝体、坝肩、坝基岩体及结构面的变形特征、破坏失稳过程、破坏形态和破坏机制,揭示影响稳定的控制性因素和工程薄弱部位,确定拱坝与地基在各阶段的超载安全系数为：起裂超载安全系数K1 = 1.4～2.2,非线性变形超载安全系数K2 = 3.4～4.3,极限超载安全系数K3 = 6.3～6.6。通过对比分析类似拱坝工程的超载法试验结果可知,立洲拱坝的超载安全系数在统计分布范围之内,但两坝肩中上部的岩体和结构面局部破坏较严重,需对这些薄弱部位进行重点加固处理,以进一步提高坝与地基的整体稳定安全性。     

白鹤滩水电站上坝线左拱座楔形体安全性能分析

 白鹤滩水电站上坝线左拱座底部岩体被陡倾断层切割成多个楔形体,坐落于拱坝底部及其下游,其稳定性直接影响到坝基和拱坝的安全。考虑楔形岩体各滑动面上复杂的渗透压力进行拱坝及楔形体安全性能分析,在FLAC3D中编制多种形式水压力施加程序,并以概念模型进行验证。根据数值计算结果,通过分析所选取结构面的典型节点位移变化,研究楔形体的稳定安全度、面安全系数及超载条件下屈服扩展状况,对其安全性能进行综合分析。研究表明：楔形体滑面考虑裂隙水压力和扬压力作用下,底部LS331滑面的安全度低于坝基接触面,上游右岸坝踵处开始出现局部屈服的超载安全系数为1.5,楔形体不能正常运行的超载安全系数为3.1,坝基不能正常运行的超载安全系数为3.3,坝基岩体整体破坏的超载安全系数为5.5。     

白鹤滩水电站拱坝及坝肩加固效果分析及整体 安全度评价

 白鹤滩水电站拱坝左侧坝肩断层及层间、层内错动带发育,拱推力作用下易发生剪切变形。坝基柱状节理层发育,变形模量等力学指标相对较低,表现出显著的各向异性力学特性。由于以上地质缺陷的影响,设计采取沿拱推力方向设置抗剪洞及扩挖坝基处柱状节理层岩体设置垫座的工程处理措施,以期对坝肩、坝基岩体的抗剪、传力等进行改善。采用三维非线性数值分析方法,根据实际地质信息建立三维数值模型,模拟白鹤滩中坝址主要地质现象及相关工程措施,通过坝肩、坝基岩体及坝体的应力、位移对比,定量分析主要地质缺陷的影响以及工程处理措施的效果。采用超载法、强度折减法及点安全系数法评价下坝线拱坝的安全度,为该水电站坝线比选提供技术依据和科研成果支撑。     

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。     

某拱坝右岸拱肩槽开挖边坡锚固仿真与优化研究

首先基于一次宏观反演的初始应力场进行二次精细模拟得到了某拱坝坝区局部模型的初始地应力场。接着基于加锚节理岩体流变模型,应用自主开发的三维弹粘塑性有限单元程序模拟了该初始地应力场作用下该拱坝右岸拱肩槽岩石高边坡开挖过程预应力锚索、系统锚杆等锚固件的支护作用。分析了现行锚固方案与锚固进度下边坡岩体的位移、应力和点安全系数等分布规律,最后在此基础上对该锚固方案和锚固进度进行了优化,确保了该边坡的稳定与安全。     

基于非线性有限元的马吉拱坝整体稳定分析

马吉水电站是怒江开发规划中的重要梯级电站。最大坝高为290m,属于超高拱坝,地质条件与岩体力学环境复杂,其应力和坝肩稳定对确保工程安全具有重要的意义。基于非线性有限元分析,采用变形加固理论,使用三维非线性有限元程序TFINE,对马吉拱坝进行三维弹塑性有限元数值模拟,对该拱坝在正常工况下的位移、坝体应力和拱端推力进行分析。采用余能范数对马吉拱坝的整体稳定性进行评价,采用不平衡力对左右坝趾及基础中峰值振动速度回归趋势对比软弱带的稳定性进行分析,并对软弱带进行敏感性分析。结果表明,马吉拱坝的位移、应力和超载稳定能力均达到稳定要求,马吉拱坝现施工方案基本可行。     

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。     

小湾高拱坝整体稳定三维地质力学模型试验研究

 结合小湾高拱坝坝肩坝基的地形、地质特征、软弱结构面分布状况、浅层松弛卸荷现象以及加固处理方案,建立三维地质力学模型,研制主要断层的变温相似材料,运用超载与降强相结合的综合法对整体模型进行破坏试验。通过试验获得小湾拱坝坝肩坝基的变形特征、失稳的破坏过程、破坏形态及破坏机制,得到强度储备系数为1.2,超载系数为3.3～3.5,确定拱坝坝肩坝基整体稳定综合法试验安全系数为3.96～4.20。对试验数据的综合分析得出,两坝肩中上部高程部位由于对断层和蚀变带采用了混凝土洞塞置换,其变位相对较小,破坏形态和破坏范围相对较轻,说明混凝土加固洞塞置换起到较好的加固效果。根据试验显示的破坏形态和破坏区域,建议对右坝肩下游1 245 m高程以上的断层F11和F10做一定范围的处理,对左坝肩推力墩以上部分岩体进行适当的加固处理。     

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。     

拱坝-坝肩三维可变形离散元整体稳定分析

三维可变形离散元是模拟不连续介质力学行为的有效数值分析方法。由于该方法采用显式差分方法和自动接触检索技术，故尤其适合于求解弹塑性、大变形和动力问题。首先介绍三维可变形离散元的基本原理及特点。然后对拱坝一坝肩系统整体抗滑稳定进行超载仿真分析和强度折减仿真分析。分析结果表明：超载计算时，拱坝坝肩失稳可能性很小，但是，当水压超载到3．5-4．0倍时，坝体材料会出现较大范围的受压屈服；强度折减计算时，当结构面强度折减3．5倍时，拱坝左坝肩在水压和渗压的作用下开始向下游坍塌，并最终导致拱坝失去支撑而溃决。