基于工程体–地质体相互作用的接触面变形 破坏研究

 针对工程体与地质体的相互作用机制,研究工程体和地质体之间不规则接触面的性质和表征方法;提出立方体覆盖的新方法来直接测量表面分维,提高了测量精度。利用光贴片试验研究不同接触形态地质体与工程体共同作用的界面效应(界面的变形、破坏和滑移规律)。开发了具有非均匀性和分形特性的接触面单元,建立了具有接触面特性的两体(工程体与地质体)力学模型。研究碾压混凝土坝和岩基两体相互作用的破坏模式和影响因素,以客观评价大坝整体的稳定性问题。应用断裂力学研究碾压混凝土坝和坝基两体相互作用时不规则坝踵裂缝扩展的稳定性,获得了裂缝扩展的临界长度和荷载,研究结果表明：两体接触面的粗糙性阻碍了裂缝的扩展。     

基于工程体-地质体相互作用的接触面变形破坏研究

针对工程体与地质体的相互作用机制,研究工程体和地质体之间不规则接触面的性质和表征方法;提出立方体覆盖的新方法来直接测量表面分维,提高了测量精度.利用光贴片试验研究不同接触形态地质体与工程体共同作用的界面效应(界面的变形、破坏和滑移规律).开发了具有非均匀性和分形特性的接触面单元,建立了具有接触面特性的两体(工程体与地质体)力学模型.研究碾压混凝土坝和岩基两体相互作用的破坏模式和影响因素,以客观评价大坝整体的稳定性问题.应用断裂力学研究碾压混凝土坝和坝基两体相互作用时不规则坝踵裂缝扩展的稳定性,获得了裂缝扩展的临界长度和荷载,研究结果表明:两体接触面的粗糙性阻碍了裂缝的扩展.     

岩石–混凝土相互作用力学行为的数值模拟研究

针对大坝与坝基、坝肩与库岸相互作用机理,在总结了几种典型接触单元基础上,根据谢和平提出的两体力学模型,采用有限差分程序FLAC,对岩石–混凝土接触界面在直剪作用下的力学性能进行了数值模拟,研究了两体力学模型的破坏过程及不同接触面粗糙度对其整体力学性能的影响。结果表明,两体力学模型破坏过程具有几个明显的不同阶段,节理面粗糙度对其力学性能具有明显的影响。     

岩石-混凝土相互作用力学行为的数值模拟研究

针对大坝与坝基、坝肩与库岸相互作用机理，在总结了几种典型接触单元基础上，根据谢和平提出的两体力学模型，采用有限差分程序FLAC，对岩石一混凝士接触界面在直剪作用下的力学性能进行了数值模拟，研究了两体力学模型的破坏过程及不同接触面粗糙度对其整体力学性能的影响。结果表明，两体力学模型破坏过程具有几个明显的不同阶段，节理面粗糙度对其力学性能具有明显的影响。     

硬化水泥浆体的弹性模量预测

应用复合材料细观力学理论及三维微观水化模型,建立了描述硬化水泥浆体弹性力学性质的多相细观力学模型;将水泥浆体中的水化产物、未水化水泥颗粒和水(孔洞)分别视为基体、夹杂及等效介质,计算了水泥浆体在不同水灰比情况下的弹性力学性质随水化程度的演化.该模型所需要的参数为水泥浆体各相矿物组成含量及自身的弹性力学性质.通过与试验结果比较,证明了该模型可以用于预测水泥浆体的弹性力学性质.     

隔河岩坝基岩体在运行期的弹塑性力学参数反演

根据隔河岩大坝在运行期的实测位移，运用有限元正交数值试验、回归分析和优化相结合的方法反演了坝基岩的弹塑性力学参数，为进一步研究高水位作用对岩体力学参数的弱化机制及弱化程度、大坝在极限水位下的安全裕度以及建立大坝工作状态预测模型提供了科学依据。     

金川贫矿体工程地质——力学模型研究

金川镍矿地下矿床的上盘贫矿体因品位低,开采难度大,一直未能得到回采。通过建立贫矿体的工程地质－－力学模型,可客观真实地反映贫矿体的空间形态,结构构造及地质力学特征。以现场岩体的工程地质调查资料为基础,论述了组成贫矿体工程地质－－力学模型的主要介质及贫矿体工程地质特征。为贫矿加主工艺研究提供依据。     

光照水电站坝基岩体质量检测研究

 光照水电站大坝为目前国内在建的最高的碾压混凝土重力坝。坝基开挖后,为复核坝基岩体力学指标,分析前期勘测设计工作的合理性,并考虑在适当的条件下对200 m级大坝的建基面进行优化,受业主委托,中国水电顾问集团贵阳勘测设计研究院对建基面进行了全面、系统的地质检测及岩体质量研究。此过程中采用了地质雷达、孔间声波CT、钻孔彩色录像、钻孔变形模量测试及钻探、压水试验、现场试验和室内物理力学试验等综合手段,获得了丰富的坝基岩体力学参数资料。结合地质编录资料,地质人员对检测成果进行了详细的地质分析。根据检测结果,该电站坝基岩石坚硬、岩体完整、岩溶相对不发育、地下水不甚活跃,坝基岩体具有足够的抗压强度、完整性、均一性,具有足够的抗滑稳定性及比较均一的岩体变形参数。经设计复核,除沿F1断层带需经专门处理外,前期所推荐大坝建基面高程的岩体质量及相关力学参数指标能满足坝基变形及抗滑稳定要求。     

特高拱坝基坑回填土石体与大坝作用机制研究

开展拱坝基坑回填土石体与大坝作用机制研究,对确保水库初期蓄水和运行安全具有重要意义。基于小湾、白鹤滩和乌东德等特高拱坝的上游基坑回填设计、施工和监测成果,提出回填土石体与大坝作用机制模型;结合理论和仿真方法,从坝基渗流场分布、坝体接触面热交换状态与坝体–基础整体工作性态3个方面,揭示了特高拱坝基坑回填土石体与大坝的作用机制。分析表明:(1)回填补强基岩,延长坝基渗流路径,具有渗流折减效应,回填高度与回填体等效渗透系数是影响折减系数的主要因素;(2)回填土石体可增强坝面保温效应,有利于温控防裂;(3)回填可提高大坝抗震性能,改善坝–基整体工作性态。建议的特高拱坝坝前基坑回填设计原则及工作流程图,可供国内外同类工程设计、施工借鉴。     

大坝整体稳定分析系统

提出一个大坝稳定分析系统，该系统包括大坝坝基岩体参数预测、坝基岩体的断裂损伤力学模型、大坝基岩的模拟、大坝结构模拟和大坝整体稳定安全度评价。以小湾拱坝为实例，论述了小湾拱坝的整体稳定性。     

复杂地基上高拱坝开裂与稳定研究

研究复杂地基上高拱坝坝面开裂与稳定的力学机制,这些机制涉及到大坝温度变化、大坝的基础弱化、渗流影响等.首先从分析大坝坝面裂纹细观开裂扩展的主轴本构力学机制、节理岩体的宏观开裂强度条件.然后提出大坝破坏的机构条件作为大坝整体稳定的判据.最后结合复杂地基的溪洛渡拱坝,运用提到的开裂与稳定模型,分析大坝在超载工况下,裂纹从细观裂纹扩展到宏观开裂,以至大坝失稳的全过程;分析建基面的点安全度随超载变化规律以及大坝的整体稳定.结果显示提到的分析方法有较好的应用价值.     

武都碾压混凝土重力坝深层抗滑稳定破坏试验研究

通过建立武都碾压混凝土重力坝典型坝段坝基的地质概化模型,采用三维地质力学模型试验方法对其天然地基条件下的深层抗滑稳定问题进行系统研究.试验对典型坝段的地形、地质条件,包括岩体、断层、节理等主要地质缺陷的特征进行模拟,根据岩体力学参数及软弱结构面力学参数,研制出适合武都工程地质条件的模型材料,采用超载法进行破坏试验研究.根据试验结果,分析坝体、坝基以及主要断层的变形特征,探讨坝与地基整体失稳的破坏过程、破坏形态和破坏机制,揭示影响坝基稳定的控制性因素,获得典型坝段的滑动破坏机制与稳定安全系数.在此基础上,对坝基加固处理措施进行讨论,为典型坝段的深层抗滑稳定安全评价与基础加固处理设计提供科学依据.     

拱坝基础不对称性影响研究

结合国内外一些由于两岸基础不对性造成拱坝的影响实例，基于多次的地质力学模型试验和三维有限元计算分析，就锦屏一级高拱坝地形、地质条件不对性对拱坝整体稳定的影响和加固措施的选择进行了探讨。试验和数值结果均显示：上游坝踵拉应力偏大，下游出现拉应力。坝体应力不对称；左岸变形大于右岸，并且出现斜裂缝，超载能力偏低。通过研究，建议采用垫座及锚索等加固措施，使大坝整体处于平稳状态。     

基于地质力学模型试验的大岗山拱坝整体稳定性分析

 地质力学模型试验是研究拱坝整体稳定性的有效方法,采用250∶1的模型比例尺对有基础处理的大岗山拱坝进行三维地质力学模型试验。通过小块体砌筑技术模拟裂隙岩体的变形和强度、坝基不连续结构面以及坝基处理措施;通过油压千斤顶加载系统施加坝面水荷载;采用的数据采集系统能及时、高效地测量坝面应变、坝基岩体外部位移和内部相对位移,并自动存储数据。采用超载水容重法进行超载破坏试验,得到拱坝坝体位移和应力的分布规律以及坝体和坝基岩体的开裂破坏过程。采用3个特征超载安全系数K1,K2和K3对大岗山拱坝整体稳定性进行评价。通过地质力学模型试验和基于变形加固理论的三维数值模拟对比分析表明,大岗山拱坝整体稳定性较高,并得到对拱坝–坝基整体稳定起控制性作用的部位。     

高拱坝基础大垫座及周边缝设置研究

 提出高拱坝基础承载力对建基面的要求,讨论坝肩与河床基础大垫座及周边缝的工作机制、大垫座及周边缝设置的非线性分析特点以及其与高坝整体稳定的关系。指出大垫座设置对基础刚度的对称性、大坝整体稳定性有显著提高的效应。结合高拱坝(英古里、李家峡拱坝和锦屏I级拱坝)实例,详细讨论高拱坝在基础设置垫座后的安全度及坝踵、坝址应力分布优化情况。拱坝所提出的问题对我国目前的高拱坝建设具有指导意义。     

重力坝抗滑稳定的强度折减法探讨及应用

 通过两个比较典型的重力坝坝基模型，应用有限差分强度折减法对坝基抗滑稳定进行分析，并与极限平衡的Sarma法进行对比，得到比较一致的结果，说明强度折减法在重力坝抗滑稳定分析中是可行的。同时也对强度折减法的极限状态判别标准进行初步探讨，认为对于折线型底滑面的失稳模式，用塑性区贯通的判据有所保守，用滑面以上特征点的位移突变作为极限状态判据，可得到与极限平衡法一致的结果。     

A comprehensive testing method for global stability analysis of high arch dams

Hydropower projects are rapidly developing in China at present,and a number of high dams and large reservoirs are currently under construction or will soon be built.These large projects are mainly located on the great rivers in West China with complicated topographical and geological conditions.Evaluation of stability and safety of these high dam projects is an important topic.Geomechanical model test is one of the main methods to study the global stability of high dam and foundation.In this paper,a comprehensive testing method that combines overloading and strength reduction in a model is proposed.In this method,both the influence of excessive flooding and the effects of strength reduction of rock masses and weak structural planes on dam stability are considered.Thus,the comprehensive testing method can accurately incorporate multiple factors that affect the global stability of high dam and its foundation.Based on the failure testing principle and model similarity theory,a similarity relation formula for safety evaluation through comprehensive test is established.A new model material,temperature-dependent analogous material,is also developed.By rising the temperature and reducing the strength of the model material,the mechanical behaviors resulting from gradual strength reduction can be simulated.Thus,the comprehensive testing method is realized in a single model.For case studies,the comprehensive geomechanical model test is conducted for Jinping I and Xiaowan high arch dam projects.     

非均质无限地基上高拱坝的动力响应分析

地震作用下拱坝-无限地基的动力相互作用将对拱坝的地震响应产生重要影响。虽然很多学者曾经提出过各种相互作用的计算模型,但是绝大多数都是基于均质地基或有限地基假定的。利用比例边界有限元方法能够方便地模拟非均质无限域的优点,研究非均质无限地基对双曲高拱坝动力响应的影响。拱坝、地基和库水都利用比例边界有限元方法模拟,从而减少大量的计算量。在假定地基弹性模量随深度按指数变化的前提下,分析研究210 m高的大岗山双曲拱坝分别坐落在无质量地基、均质无限地基和非均质无限地基3种情况下的拱坝加速度频响曲线。通过与刚性较大的重力坝结构对比发现,无限地基的远场非均质特性对拱坝的动力响应影响较小。这是因为与重力坝不同,双曲高拱坝坝体与坝基之间的连接相对较为柔性,所以远场地基刚度变化对拱坝地震响应的影响较小。经进一步对近场地基刚度变化的分析发现,近场地基对拱坝地震响应产生一定影响。分析结果具有普遍意义,对强震区的高拱坝建设可以提供重要参考。