渗流应力耦合及库水位变动下中小型均质土石坝坝坡稳定分析

为研究库水位变动对中小型均质土石坝坝坡稳定性的影响机理和规律,根据非饱和渗流原理及刚体极限平衡理论的简化毕肖普法,对均质土石坝在渗流应力耦合状态及水位骤升和骤降工况下坝体渗流和上下游坝坡稳定性情况进行有限元模拟。结果表明:考虑渗流应力耦合作用影响,库水位骤升时,上游坝坡安全系数先以较快速度增大后缓慢增大最后稳定不变,下游坝坡安全系数先下降后缓慢上升较小幅度,最终趋于稳定;库水位骤降时,上游坝坡安全系数先以较快速度减小后缓慢减小最后趋于不变,下游坝坡安全系数先不断增大后缓慢减小较小幅度,最终趋于稳定;水位骤升骤降的过程中,坝体上下游坝坡的安全系数均大于规范规定的最小安全系数,其抗滑稳定满足规范要求。该研究成果为中小型土石坝风险评估及后期水库大坝采取除险加固措施提供了参考。     

基于强度折减法及流固耦合的土石坝稳定性分析

为了使土石坝坝坡稳定分析结果更加符合工程实际,笔者先后使用ABAQUS有限元软件实现了以强度折减法求解坝坡安全系数,以渗流理论分析了土石坝的渗流稳定,以及求解了考虑流固耦合的土石坝坝坡安全系数。结果表明:有限元强度折减法比极限平衡法更合理、更准确,采用ABAQUS对非饱和土进行稳定渗流分析是合理的、可行的,考虑流固耦合求解土石坝坝坡安全系数更符合工程实际情况,所得结果更加准确。     

基于饱和-非饱和土理论的病险土坝稳定性分析

在病险土坝坝坡稳定分析中引入饱和-非饱和土理论,通过推导饱和-非饱和渗流统一方程和优选非饱和土的特征参数,提出了饱和-非饱和土理论的优化法来分析病险土坝的新思路,并结合工程实例对比分析仅考虑饱和土和考虑饱和-非饱和土的优化法两种理论下的病险土坝坝坡稳定的计算结果。结果表明:考虑饱和-非饱和土理论后,病险大坝加固前安全系数高出3.6%、加固后安全系数高出3.8%,同时可看出滑动弧面明显加深,说明了安全系数提高的合理性,因此考虑饱和-非饱和土理论的优化法用于病险土坝坝坡分析更为合理。     

某土石坝加固前后渗流及坝坡稳定性对比分析

针对某水库土石坝渗漏问题采用了"黏土斜墙+贴坡排水"的加固方案.本文对加固前后土石坝稳定渗流期和非稳定渗流期的坝体渗流及坝坡稳定性进行了分析.结果表明:与加固前相比,土石坝加固后的渗流量及渗透坡降均有所下降,上游坝坡安全系数升高,下游坝坡失稳概率大幅度降低.加固后的坝体稳定安全系数满足规范要求,说明所采用的工程加固措施是有效的、可靠的.     

库水位骤降下混凝土防渗墙对心墙土石坝渗流稳定的影响

采用混凝土防渗墙对心墙土石坝进行加固,考虑坝体土料的非饱和特性,对加固前后土石坝在库水位骤降情况下的渗流稳定特性进行有限元计算分析,结论如下:当水位骤降时,加固前的坝体中孔隙水来不及排出,浸润线呈"上凸"状,坝顶向上游发生较大变形,上游坝坡形成贯通塑性区,坝坡抗滑安全系数较小.设置混凝土防渗墙后,心墙内的浸润线降低,坝顶位移和沉降变小,塑性贯通区消失,坝坡安全系数增加.计算表明,混凝土防渗墙与坝基相连,在坝体内部形成"纵向增强体",坝体整体刚度增强,抗渗性增强,坝体的变形得到有效限制,坝体的稳定性明显提高.     

黏土斜心墙土石坝稳定性影响因素分析

以具体工程实例为研究对象,研究了黏土斜心墙防渗体在坝体中位置、上游坡度、渗透系数变化对斜心墙土石坝渗流和坝坡稳定的影响,以及坝高和黏土斜心墙高对坝体渗流及稳定性的影响,结果表明:斜心墙在坝壳内的位置、上游坡度和坝高对坝体渗透稳定的影响甚微,但斜心墙渗透系数对坝体渗透稳定的影响较大,是影响坝体渗透稳定的关键因素;坝高对上游坝坡稳定的影响幅度相对较大,是影响上游坝坡稳定的关键因素,斜心墙在坝壳内的位置、上游坡度、渗透系数对上游坝坡稳定的影响甚微;斜心墙在坝壳内的位置、上游坡度、渗透系数和坝高4组参数的变化对下游坝坡稳定安全系数虽然有影响,但影响甚微。     

乌井水库坝体防渗墙对坝坡稳定的影响研究

增建防渗墙是一种常见的土石坝加固手段,目前,关于土石坝除险加固工程中增建混凝土防渗墙后是否对坝坡稳定产生影响的研究较少,工程设计上也很少考虑.为分析增建防渗墙对坝体的影响,采用有限元法建立数值计算模型,分析增建防渗墙前后坝体渗流、应力场变化规律,对比计算不同运行工况条件下的坝坡稳定情况.计算结果表明:增设防渗墙后,上游坝坡浸润线有所抬高,下游坝坡浸润线明显降低;墙前土体孔隙水压力大于墙后土体,墙后土体的有效应力大于墙前土体;增建防渗墙后上游坝坡的稳定安全系数减小,但减小的幅度不大,相比上游坝坡,增建防渗墙对于下游坝坡的稳定安全系数影响更显著,安全系数提升了近10％;水位骤降速度越大,上游坝坡稳定安全系数下降越快,骤降达到的最小坝坡稳定安全系数越小,对于坝坡的稳定越不利.     

刚性防渗墙提高土石坝坝坡稳定性的作用机理分析

通过依托大型非线性有限元软件ＡＢＡＱＵＳ,运用有限元强度折减法,分析了增建防渗墙前后土 石坝的渗流场、应力场的变化以及上、下游坝坡稳定安全系数的变化,探讨了防渗墙对坝坡稳定的影响 规律。结果表明:增建防渗墙可对坝体渗流场起到明显的截流作用,提高下游坝体的有效应力场,同时 也提高了下游坝坡稳定的安全系数,从而使土石坝坝体的整体稳定性得到增强;提出的三种失稳评价标 准在求解坝坡稳定强度折减系数方面具有合理性和适用性;选取适当刚度的防渗墙在增强坝体整体稳 定性同时能兼顾经济和安全。     

降雨联合库水位变动对均质土石坝坝坡稳定特性影响研究

为研究降雨和库水位变动共同作用对均质土石坝坝坡稳定特性的影响,基于非饱和渗流原理,选择不同降雨强度、降雨类型(3种)及库水位升降速率,对土石坝坝坡稳定情况进行有限元模拟,结果表明:①无降雨水位变动时,水位变动速率主要影响上下游坝坡安全系数趋于稳定的时间,下游坡安全系数变化幅度整体要小于上游坝坡;②不同强度降雨和库水位变...     

基于饱和——非饱和土理论的加固土石坝稳定性对比分析

本文基于饱和—非饱和土对病险土坝坝坡稳定的影响研究,通过对比分析仅考虑饱和土与考虑饱和—非饱和土这两种理论下传统方法(即大坝渗流采用有限元法,稳定采用极限平衡法分析)与有限元法(即大坝渗流和稳定均采用有限元法分析)所得大坝加固前后的计算结果,得出饱和—非饱和土理论分析病险土坝更精确,高于正常蓄水位的水位采用饱和渗流分析较安全,正常蓄水位及低于它的水位采用饱和非饱和渗流分析更精确。     

库水位骤降对非饱和坝坡稳定性的影响

基于非饱和土体抗剪强度理论,采用极限平衡法,考虑非饱和非稳定渗流对坝坡稳定性的影响,通过体积含水量与基质吸力之间的非线性关系,模拟超静孔隙水压力的消散过程,将不同时段渗流分析结果导入稳定分析模块计算其安全系数的变化。选取某黏土心墙坝,模拟其在不同灌溉条件下的渗流状况及上游坝坡稳定性。计算结果表明:库水位骤降引起坝坡安全系数的降低,但随着超静孔隙水压力的消散,坝坡稳定性逐渐增强,降水速度越快,坝坡安全系数越低。     

库水位骤降条件下均质土石坝渗流稳定分析

本文基于Van Genuchten非饱和渗流模型综合分析了土石坝饱和一非饱和渗流,以工程实际为例,研究了水位骤降工况下土石坝渗流稳定问题.结果表明:库水位骤降工况下,上游水位的变化对坝体渗流量的影响较大;库水位急剧降落易使浸润线形成逆向渗流形态,并造成土石坝坝坡稳定性的降低,但是当孔隙水压力消散时间足够长时,上游坝坡稳定性有一定程度的提高.     

库水位骤降偶遇地震作用下黏土心墙坝渗透及抗震稳定性分析

利用岩土软件Geostudio,根据非饱和渗流原理,以四方井水利枢纽中的黏土心墙土石坝为背景,分析了库水位骤降偶遇地震作用下黏土心墙土石坝上下游坝坡渗流特性及抗震稳定性。计算结果表明:库水位下降速率越大,上游坝坡的孔压力变化越剧烈,安全稳定系数越小;监测点位置越高,孔压越难以达到稳定值。对于下游坝坡而言,孔压力变化相对平缓,监测点距离地下水位越远,孔压越难以稳定,孔压力响应库水位骤降的时间越长;库水位骤降至死水位情况下发生地震时,库水位骤降速率越大,上游坝坡安全系数越小,Newmark位移越大。下游坝坡的安全系数对于骤降速率不敏感,安全系数基本一致,Newmark位移非常接近。研究成果可为实际工程管理运行提供一定的参考。     

降雨入渗条件下考虑裂隙和风化对煤系土堑坡稳定性影响分析

利用非饱和瞬态渗流有限元程序对不同裂隙和风化深度的煤系土堑坡进行了降雨入渗坡体渗流场数值计算和分析。并基于非饱和土力学强度理论,应用Morgenstern-Price方法,调用不同裂隙和风化深度的渗流计算结果对煤系土堑坡的瞬态稳定性进行了研究。结果表明:降雨对煤系土堑坡渗流场的影响仅局限于裂隙和风化区,堑坡内部渗流场的分布几乎没有变化;同时考虑裂隙和风化时,安全系数受降雨影响大,降雨入渗很容易引起堑坡的失稳。因此,在研究煤系土堑坡降雨入渗和稳定性分析中应考虑裂隙和风化层的影响,且研究成果为煤系土堑坡设计、施工和稳定性分析提供了依据。     

基于Geo-Slope的坝坡稳定计算

土石坝的不饱和特性使得其渗流特性与匀质土坝有较大差异。以赛峪水库为研究对象,针对其土石混合坝的特性,采用Geo-Slope软件进行坝坡稳定计算。结果表明:通过参数设置和计算方法的选择,Geo-Slope软件可以控制并解决部分常规软件计算出现的浅表滑弧,得到与实际情况更为接近的滑弧。     

基于强度折减理论的水位下降坝坡稳定性分析

为了能够准确地分析某水库在水位下降期坝坡的稳定性,基于非饱和土流固耦合理论和强度折减有限元法,利用Geo Studio数值模拟软件进行数值模拟,根据模拟结果对该水库在水位下降的情况下进行了边坡稳定性分析。结果表明:水位下降时,由于坝体孔隙水压力消散较慢,水位滞后于库内水位,从坝顶到迎水坡坡脚形成了塑性应变联通区域,特征点位移突变且位移等值线分布密集,表明此处为可能潜在最危险滑动面,并基于强度折减法确定了安全系数值。     

利用PLAXIS软件计算考虑降雨的边坡稳定性

降雨条件下的边坡稳定性分析,需要同时考虑水的渗流与边坡内力进行耦合计算。非饱和土的特殊性质增加了计算难度,其渗透性、强度都会随含水量的变化而变化。介绍了非饱和土的有效应力原理,并比较了PLAXIS和Geo-Studio两款软件使用的有效应力原理和破坏准则的异同。PLAXIS软件中用有限元法计算非饱和土的渗流问题,利用简化的Bishop有效应力公式进行固结、变形及边坡稳定性计算,土体本构关系根据需要选用;Geo-Studio软件中也使用有限元法计算非饱和渗流,但其边坡安全系数计算方法为极限平衡法,强度准则为Fredlund双变量理论。最后结合算例详细介绍了PLAXIS软件中进行非饱和土边坡计算的建模方法。算例显示,PLAXIS软件中建立的计算模型可以准确反映降雨过程中边坡安全系数的变化规律。今后的工程设计中,可以考虑使用这一软件进行非饱和土边坡设计计算。     

基于水—气二相流模型的土坡稳定性分析

为了研究孔隙气压力和负孔隙水压力在土坡稳定分析中所起的作用,基于多相流理论建立水-气二相流模型,利用此模型对稳定渗流情况和降雨情况下的土体边坡内水相和气相的渗流状态进行模拟,根据模拟得到的孔隙气压力和孔隙水压力值求出土坡安全系数。计算结果表明,土坡非饱和区负孔隙水压力的存在较大地提高了土坡稳定性,在稳定渗流情况下,孔隙气压力对土坡稳定的影响可忽略,在降雨情况下,非饱和区产生的孔隙气压力使得安全系数减小,滑动面与地下水位的距离越大,非饱和区的孔压对土坡稳定的影响越大。     

基于含水量变化对土体强度影响的高边坡稳定分析

利用土水特征曲线,建立了非饱和土含水量与强度的关系式,并用其对某高速公路残积土高边坡进行稳定分析。通过土体含水量在高边坡稳定分析中的应用,提出把含水量作为边坡稳定分析的重要参数,采用土体非饱和强度参数计算得到的边坡稳定安全系数比采用饱和强度参数得到的边坡稳定安全系数大,更接近边坡实际工况。