高拱坝体型多目标优化设计研究进展

针对考虑经济性和安全性的高拱坝体型多目标优化设计,综述了几何模型、目标函数、约束条件、结构分析方法、优化算法以及多目标求解方法等相关内容的研究进展,对多目标优化问题的博弈求解方法进行了展望。     

三次样条线型拱坝体形优化设计

本文以拱坝拱圈线型值点坐标、拱端厚度和半中心角为体形参数给出了三次样条线型拱圈的构造方法，并给出了三次样条拱轴线的保凸条件；以拱冠梁和拱圈体形参数为设计变量，建立了三次样条线型拱坝体形优化设计模型。以某拟建拱坝体形优化设计为例，采用有限元等效应力描述应力约束条件，利用加速微种群遗传算法求解。计算结果表明，三次样条线型拱坝优化体形比设计部门经过优化提出的抛物线体形坝体体积减小了58.4万m3，说明三次样条线型拱坝体形的优越性。     

马槽河水电站拱坝体形优化设计

应用中国水利水电科学研究院结构材料研究所编制的ADASO拱坝体形优化程序对马槽河水电站拱坝体形进行了优化设计,通过对抛物线形与统一二次曲线形的分析比较,认为统一二次曲线能很好地适应地形、地质条件,自动选择合适的线形,使坝体应力接近约束条件,从而使坝体工程量达到最小;同时减小了拱端合力角,使坝肩抗滑稳定安全性得到进一步提高。     

基础变形模量不确定条件下的拱坝体形稳健可行性优化设计

针对拱坝在具体实施时,基础变形模量等设计参数常常与设计取值有所差别的问题,为了使拱坝优化设计体形能够适应设计参数可能发生的变化,基于最大波动分析方法讨论了考虑设计参数不确定性时的稳健可行性约束条件;建立了基础变形模量不确定条件下的拱坝体形稳健可行性优化设计模型。对某拟建椭圆线型拱坝进行的优化设计表明,优化体形的坝体体积比初始设计体形减小了3.31%,而且优化体形能够很好地适应基础变形模量的不确定性,在基础变形模量的可能变化范围内坝体应力均能满足设计要求。     

高拱坝新型合理体形的研究和应用

对动力优化,多目标优化,新体形及周边缝等的攻关研究,在已有的拱坝优化的基础上,从多拱梁优化发展到有限元优化,从静力优化发展到考虑地震荷载的动力优化,从单目标优化发展到双目标优化和多目标优化,发展和完善了我国提出的建立在拱坝优化的基础上的二次曲线及混合曲线拱坝新体形;使拱坝优化技术能适应高拱坝的体形设计,为小湾,溪洛渡等水电站的设计提供了参考,保持并扩大了我国在国际上拱坝体形设计领域的领先优势。     

考虑开裂深度约束的拱坝体形优化设计

本文引进裂缝深度约束条件，研究了拱坝开裂条件下的体形优化设计问题.结构分析采用超级有限单元法，既能有效控制计算规模又能方便地反映结构开裂的局部特性.对小湾拱坝和溪洛渡拱坝进行的优化设计研究表明，在优化过程中允许开裂并考虑开裂约束条件，可以更好地挖掘拱坝潜力，进一步减小坝体混凝土方量.     

静力与动力荷载下高拱坝体型多目标优化设计

本文基于静、动力荷载作用下高拱坝的安全性与经济性，建立了高拱坝体型多目标优化设计模型，利用模糊理论提出了多目标优化的评价函数。以小湾拱坝为例，进行了体型优化设计，优化体型与初始体型相比，在坝体体积、应力指标和抗震能力上都得到了改善。     

基于新抗震规范的杨房沟高拱坝抗震安全分析与评价

杨房沟水电站混凝土双曲拱坝最大坝高155 m,抗震设防类别为甲类,根据现行的抗震设计规范的规定进行坝址区场地相关设计反应谱和人工地震动时程研究,对施工图阶段优化后的拱坝体形进行考虑坝体横缝强震开合和无限地基辐射阻尼效应的三维非线性有限元分析研究,并对拱坝坝肩潜在滑动块体采用基于振型分解反应谱法的刚体极限平衡法和基于时程分析法的时域刚体极限平衡法进行动力稳定性复核。最后对杨房沟拱坝抗震安全进行综合评价,可知在设计地震作用下,施工图阶段杨房沟拱坝优化体形的抗震安全可靠。     

国内外拱坝体型优化研究现状及发展

为使拱坝优化设计在水利水电工程中得到进一步的发展和应用,简要回顾了拱坝体型优化设计的发展历史,系统地总结了拱坝的几何模型、拱圈线性、优化目标、约束条件、结构分析方面的应用现状及最新成果,并对目前拱坝体型优化设计中尚存在的困难及在工程中的应用前景进行了探讨和展望。通过优化设计可得到满足安全性和经济性的拱坝最优体型,大大提高了计算效率,节省了建设资金,具有显著的经济效益,为高拱坝建设和拱坝体型优化应用提供参考。     

基于遗传算法的拱坝封拱温度场及体形综合优化研究

拱坝的优化设计属于复杂优化问题,其目标函数、约束条件函数都是非线性的.尽管传统优化方法较多,但都存在或多或少的缺点,影响优化结果,为此,将寻优能力很强、具有全局最优解的遗传算法应用于拱坝封拱温度场及体形综合优化中,优化实例表明,采用遗传算法的优化设计结果优于多目标非线性优化法的优化结果,且计算过程稳定,通用性强.     

深厚砂砾石覆盖层坝基渗控方案与瞬态坝坡稳定研究

为减少修筑在深厚砂砾石覆盖层上土石坝的渗流损失，提高大坝的安全稳定性，针对某深厚砂砾石覆盖层心墙土石坝，提出一种“库盘水平铺盖+坝基砼垂直防渗墙”空间正交组合渗流控制体系。利用Geo-studio软件耦合Seep/w和Slope/w模块进行坝基渗流方案模拟，基于饱和-非饱和渗流理论研究库水位骤降速率对坝坡瞬态抗滑稳定性的影响。通过对比渗流稳定性态约束条件和经济技术条件，提出坝基渗控最优方案。研究表明，“库盘水平铺盖+坝基垂直砼防渗墙”空间正交组合渗流控制体系在技术经济方面优势显著，可为类似坝基条件下土石坝渗流控制和安全调度运行提供一定的技术参考。     

向家坝水电站重力坝深浅层抗滑稳定分析

针对向家坝水电站坝基地质条件的复杂性,采用弹塑性块体单元法计算坝体与复杂基岩的位移和应力,并运用间接法分析坝体与坝基系统的深浅层抗滑稳定性及破坏演变过程,得到在未采取工程加固措施前系统的整体稳定安全度至少有2.5的结论。研究表明,对于复杂地质条件下大坝地基系统的应力、变形和稳定性问题,块体单元法是一种适用且有效的分析方法。     

丰满重建工程基础开挖期老坝抗滑稳定研究

断层坝段是影响丰满老坝整体稳定安全性的控制性坝段,坝基内不利软弱结构面是影响老坝坝体安全的关键因素。现丰满大坝重建新坝的施工,可能会降低老坝的抗力,导致老坝安全性降低,因此有必要论证重建工程施工期老坝坝体及基岩沿软弱结构面失稳的可能性。以现行规范的稳定安全要求为依据,选取典型断层坝段研究多种基础滑移模式下大坝的抗滑稳定安全问题,计算考虑新坝基础开挖施工期老坝受载的变化。结果表明,建基面是最薄弱的可能滑动面,新坝施工对断层坝段的稳定安全状态没有明显不利的影响。考虑到老坝断层坝段本身安全度不足,新坝施工期应加强对老坝的监控和检测,保证下游新坝施工的顺利进行。     

岩滩溢流重力坝抗震安全分析和评价

为评价岩滩重力坝抗震的安全性,建立了坝体和坝基的三维有限元模型;对地震工况下的坝体应力、位移分布,以及坝基面抗滑稳定安全系数和坝基深层抗滑稳定安全系数进行计算,并分析了坝基岩体变形对坝体抗滑稳定性的影响。结果表明,在设计地震荷载作用下,坝基面和深层抗滑稳定安全系数的最小值为4.08和7.3。坝段强度满足规范要求,大坝的抗震安全性满足规范要求。     

龙江水电站枢纽工程椭圆双曲拱坝优化设计

龙江水电站枢纽工程大坝为椭圆混凝土双曲拱坝,坝基地质条件较复杂,坝址区地震基本烈度为Ⅷ度.设计进行了大量的分析、研究工作,通过拱坝体形优化、坝体应力分析、坝肩抗滑稳定分析,选用椭圆混凝土双曲拱坝,既保证了工程安全,又减少了大坝混凝土方量,节省了投资,为工程的开工建设奠定了基础.     

百色水利枢纽主坝坝基稳定综合分析研究

右江百色水利枢纽主坝坝基地质条件复杂。为此 ,对地基超载破坏模式、坝基渗流场控制、上下游蚀变带对坝基稳定安全的影响及处理措施、F6 断层的影响及处理措施等分析试验研究作了综合介绍及评价 ,结果表明 :在厚度为 12 5m的辉绿岩带上修建 13 0m高的百色RCC重力坝 ,其应力、变形、稳定是安全的     

基于非线性规划的重力坝深层抗滑稳定优化算法研究

本文以坝基缓倾软弱结构面为露头的重力坝为研究对象,针对该种坝体可能发生部分下游基岩的剪断而产生滑动的问题,提出了一种重力坝坝基双斜滑动临界破坏滑面的计算方法。本方将下游基岩发生剪断破坏滑面的位置作为优化变量,以重力坝深层抗滑稳定安全系数作为目标函数,同时以等安全系数法方程为约束条件,建立重力坝深层抗滑稳定性分析的非线性数学规划模型,并使用数学规划优化算法求解下游岩体剪断破坏的最不利临界滑面以及其对应的安全系数的最小值。本文的计算方法,具有概念明确、计算精度高等特点,可将其应用于重力坝深层抗滑稳定性的分析。     

碾压混凝土重力坝安全度评价方法研究

光照碾压混凝土坝是目前世界上最高的碾压混凝土重力坝之一,坝高库大,其安全稳定性是施工期和运行期中至关重要的技术问题。运用有限单元法,对光照碾压混凝土重力坝施工期和运行期的温度场、渗流场、应力应变场等进行仿真分析,采用超载法和强度折减法相结合的方法模拟坝体（坝基）系统的渐进破坏过程和可能的失稳模式,并根据特征点位移突变、屈服区贯通等方法判断大坝的整体安全度,同时对坝基浅层面进行抗滑稳定计算。研究结果表明,光照碾压混凝土重力坝的整体安全度大于3.0,且坝基浅层面等薄弱部位的安全系数大于2.0,满足工程稳定的需要。     

刘家箐水库大坝安全性分析

在高震区易液化的全风化花岗岩地基上修建心墙堆石高坝,用于防渗的土料为易液化低粘粒含量的全风化花岗岩砂土,基础及坝体的动力安全性是坝体设计中的关键问题.通过采用各筑坝料的静、动力试验研究成果,对大坝典型设计剖面进行了静、动力有限元数值分析,对坝体安全性进行了论证,结果表明:坝体在静力荷载作用下是安全的;坝体在动力荷载作用下,若遇8度地震,上游坝脚处的基础全风化砂层和坝体上游面残坡积土斜墙防渗体可能发生液化,下游坝脚剥离弃料坡面可能发生剪切破坏,将影响大坝的稳定安全.     

丹巴水电站右1#坝段坝基稳定二维地质力学模型验证性破坏试验

丹巴水电站将是国内首座建在深厚覆盖层上坝高超过40 m的闸坝工程,坝址区以第四系深厚覆盖层为主,最大厚度达127.66 m,坝基覆盖层自上而下总共分为5层,其变形模量较低,压缩性大,这样的地质条件会使坝与地基产生较大的不均匀沉降,直接影响到闸坝与坝基的稳定安全性,需要开展坝基稳定问题的深入研究。针对上述地质问题,本文选取地质条件最为复杂的右1~#坝段,采用地质力学模型试验方法,全面模拟了坝址区的深厚覆盖层、深层浅层固结灌浆及回填层等加固方案,通过超载法破坏试验,研究了坝与地基的变形分布特征,获得了正常工况下坝体最大竖向位移为7.60 cm,满足规范要求,揭示了破坏机理与破坏形态,提出了超载法试验安全系数为:起裂超载安全系数K_1=1.2,非线性变形超载安全系数K_2=1.6～1.8,极限超载安全系数K_3=2.0～2.4,综合评价了右1~#坝段的安全性。试验成果可对工程的设计、施工和加固方案优化提供参考依据。