基于损伤理论的重力坝坝基岩体渐进破坏数值模拟研究

目前,有关重力坝深浅层抗滑稳定问题的研究主要集中在分析方法和失稳判据上,而对于荷载作用下坝基岩体与软弱结构面不断弱化,进而导致大坝失稳的过程则鲜有成果。本文基于损伤力学的相关理论,考虑岩体材料的非均匀性,建立了坝基岩体损伤破坏的数值分析模型。以三峡大坝左岸3号非溢流坝段为研究对象,动态模拟了其坝基岩体的损伤破坏过程,给出损伤区的发展和不同损伤程度的分布,并对其整体稳定性进行了安全分析。计算结果与室内模型试验的结果相当接近,证明了本文建立的损伤数值模型的可靠性,表明本模型可以用于岩体破坏机理的研究和抗滑稳定安全性分析。     

重力坝深层抗滑稳定强度折减弹塑性有限元法

结合清峪水库实际工程设计要求,运用ANSYS有限元软件,建立考虑坝基岩体软弱结构面力学特性的溢流重力坝深层抗滑稳定弹塑性计算模型。通过逐步增大抗剪强度的折减系数,分析研究坝基岩体的水平位移分布连续性变化规律、特征点位移变化幅度特性和坝基岩体塑性区域发展贯通过程。清峪水库重力坝深层抗滑稳定使用强度折减弹塑性有限元分析得到的安全系数为3.0~3.2,与规范推荐的刚体极限平衡双斜面稳定计算结果 3.039~3.667具有一致性,表明采用滑移面上位移发生突变及塑性区贯通作为坝基失稳破坏的判断准则是合理的。     

向家坝水电站坝基深层抗滑稳定性的流固耦合分析

采用流固耦合结合强度折减方法分析重力坝深层抗滑稳定性,可以准确考虑坝基渗流场的分布以及孔隙水压力对坝基抗滑稳定性的影响,且不需假设滑动面,可以自动搜索滑动面位置。向家坝水电站的泄12坝段坝基岩体质量较差,且发育有多条倾向下游的软弱岩层和软弱夹层,对坝基的深层抗滑稳定不利。本文应用FLAC软件对该坝段坝基的深层抗滑稳定性进行了流固耦合分析。通过强度折减方法研究了坝基的渐进破坏过程,并得到坝基的深层抗滑稳定安全系数。     

岩基上重力坝抗滑 稳定的可靠度分析

本文提出了一个失稳破坏概率的计算方法,用以分析岩基上重力坝沿坝基面的抗滑稳定可靠度,并对一些具体问题作了分析.分析结果表明,国内几个工程的重力坝的失稳破坏概率小于10~(-9);传统抗滑稳定安全系数不能均匀地控制坝的抗滑稳定可靠度.     

重力坝深层抗滑稳定失稳判别标准探讨

深层抗滑稳定是重力坝设计中的重要问题。传统的刚体极限平衡法虽然计算简单且有丰富的工程实践,但无法分析坝基的破坏发展过程。数值分析可以模拟坝基应力、变形和破坏机理,在深层抗滑稳定分析中逐步得到广泛应用。基于有限单元法和有限差分法,通过强度折减分析重力坝深层抗滑稳定,探讨了不同失稳判别准则下稳定安全系数的差异性。以葛洲坝水利枢纽为例,采用有限单元法和FLAC3D显式差分法进行了重力坝深层抗滑稳定分析。结果表明,采用塑性区贯通判别准则进行抗滑稳定分析可行有效,控制标准可取为塑性区达到建基面宽度的15%。研究成果可为重力坝深层抗滑稳定设计提供参考。     

泥质夹层对重力坝坝基抗滑稳定的影响研究

为探讨泥质夹层对重力坝坝基抗滑稳定的影响,以几内亚苏阿皮蒂水利枢纽为背景,选取47号坝段作为典型砂岩坝段建立三维数值分析模型,采用强度折减法分析泥质夹层埋深、倾角与抗滑安全系数之间的关系,研究47号坝段抗滑失稳模式。结果表明,泥质夹层埋深、倾角与抗滑稳定安全系数呈正比例关系,47号坝段失稳为坝踵岩层断裂滑移模式;在坝趾设置齿槽,坝基抗滑稳定安全系数为3. 01,满足规范要求。     

渗流应力耦合作用下重力坝深层抗滑稳定分析

重力坝坝基岩体中包含软弱结构面和性质复杂、方向各异的裂隙,在外力作用下易形成滑移通路,导致大坝稳定性遭到破坏,对人民生命财产安全造成严重威胁。本文以白石水库重力坝溢流坝段为例,采用弹塑性有限元强度折减法,通过ANSYS有限元软件对渗流应力耦合作用下抗滑稳定安全系数和坝基坝体应力应变进行研究,进而分析渗流应力耦合作用对重力坝深层抗滑稳定的影响。研究表明:渗流应力耦合场作用下重力坝抗滑稳定安全系数小于单一应力场;渗流应力耦合场作用下,白石水库重力坝抗滑稳定安全系数为2.4。研究成果可为重力坝深层抗滑稳定数值模拟提供工程依据,具有重要的现实意义。     

具有软弱夹层的坝基深层失稳模式的改进

对重力坝设计规范中坝基深层抗滑稳定计算模型提出改进意见,建议坝基主滑动体与抗力体间界面--第三破裂面倾角选用非直立的坝基深层失稳模式,并导出了新的计算公式,编制了相应的电算程序,计算分析坝基深层抗滑稳定安全度.第三破裂面倾角根据坝基深层抗滑稳定最不利的情况确定.     

高地应力对坝基岩体稳定的影响

地应力与坝基岩体稳定的关系是坝工建设中研究得较少的一个课题，笔者针对二滩电站坝区存在的高地应力现象，从初始应力场的建立，施工开挖的时效效应，直到与拱推力等外荷载作用下的对坝基岩体稳定的影响全过程进行了分析和计算。结果表明，高地应力虽然对基坑开挖有利影响，但对坝基岩体的抗滑稳定是有利的。     

亭子口大坝深层抗滑稳定试验研究

 深层抗滑稳定一直是重力坝设计中的关键性问题。实际工程坝基岩体往往存在软弱结构面、缓倾角裂隙、断层等,这些不利结构面组合可能构成坝基内连续或断续的滑裂面,从而对坝基的深层抗滑稳定性造成严重威胁。为了给设计基础处理优化方案提供依据,并对数值分析进行验证,采用地质力学模型试验技术,研究亭子口表孔坝段深层抗滑稳定问题。试验分别进行基础处理和不处理 2 个方案的研究,对运行工况下大坝及基础关键部位位移场及规律进行分析,并得出超载作用下大坝及基础位移规律、破坏机理、滑动路径和抗滑安全系数。对基础处理前后的亭子口坝基深层抗滑稳定性及加固处理措施作出安全评价。     

基于NGA模型的主余震序列作用下重力坝损伤破坏研究

传统的线弹性模型和弹塑性DP模型难以真实反映混凝土、岩石地基在遭遇超出其抗拉压强度时的损伤破坏规律。为更加全面地评估余震作用对已损重力坝结构的累积破坏影响,本文采用塑性损伤力学模型来模拟坝体的动力损伤,同时考虑岩石材料的非线性性质,将塑性损伤力学的方法推广到岩体材料,建立了大坝坝体与地基的整体损伤力学模型,实现了重力坝整体动态损伤演化全过程模拟。结合主震与强余震统计关系和NGA地震动衰减关系构造了主余震地震动序列,分别研究了单次主震、单次余震以及主震后余震对强震区混凝土重力坝坝体地基整体损伤演化的影响。研究结果表明:余震作用对坝基的塑性应变累积效应显著,对于主震受损的混凝土重力坝结构,余震作用能够引起结构较大的二次残余变形。     

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。     

地震荷载作用下大坝系统的非线性动力损伤分析

本文在连续损伤力学理论基础上，把非线性动力损伤的概念引入岩石类介质的本构模型，分别提出岩石类材料的脆性动力损伤和粘弹塑性动力损伤破坏模型。同时，将损伤、渗流及孔隙率演化等相互耦合的有效应力概念引入Mohr-Coulomb破坏准则，用于分析在渗流压力、损伤发展、孔隙率演化和动应力共同作用下堤坝及岩基系统的非线性地震动力损伤，建立了相应的二维有限元动力损伤数值分析模型，并应用于地震荷载作用下的龙滩混凝土重力坝及其岩基的破坏过程分析，分析结果可作为大坝的安全性评估的依据。     

白鹤滩拱坝整体安全度的非线性分析

根据白鹤滩拱坝及其坝肩岩体的特点,建立能够反映坝体混凝土和坝基岩体相互作用的有限元模型,应用MARC软件对拱坝地基系统的应力应变进行了非线性分析,研究了白鹤滩拱坝的整体安全度、主要结构面的屈服情况和坝肩岩体的稳定性。采用强度储备法、水头超载法、水密度超载法计算的白鹤滩拱坝的整体安全度分别为3.0~3.5,1.5~1.6和2.0~2.3。计算结果表明,坝基内的结构面有屈服现象出现,左岸结构面sh5、右岸结构面C3的稳定性应引起重视,白鹤滩拱坝的整体安全度基本满足设计要求。     

万家口子双曲拱坝整体稳定地质力学模型试验研究

针对万家口子双曲拱坝的地质问题,采用三维地质力学模型试验技术,全面模拟了大坝基础的不连续岩体条件、岩石力学性质、基础处理和整体双曲拱坝,研究了基础对大坝结构变形和稳定的影响,揭示拱坝坝体和坝肩从加荷开始到破坏的整个进程和机理,从而得出了拱坝的破坏机理及超载安全能力。     

右江百色RCC重力坝坝基稳定三维地质力学模型试验研究

采用三维地质力学模型试验方法，强用强度储备与超载相结合的概念，在同一模型上完成坝基稳定的破坏试验，探讨百色重力坝河槽右侧两个非溢流坝段坝基破坏秩稳过程，机理及特征，得出了综合稳定安全度，并提出了相应的结论与建议。     

地震动和结构参数双重随机的重力坝抗滑稳定可靠度分析

地震动和坝体结构参数的随机性均对重力坝抗滑稳定可靠度有重要影响。首先建立了重力坝建基面抗滑稳定极限状态方程,将坝体水平和竖向惯性力随机过程的最大值作为随机变量,根据随机过程参数获得此随机变量的均值和方差,实现了将地震荷载和结构参数双重随机性问题统一到随机变量模式下;然后采用JC法分析了某实际工程重力坝建基面抗滑稳定可靠度,并结合地震发生的概率分析了该重力坝抗滑稳定的失效概率;最后采用正交试验法分析了各结构随机参数对可靠度和失效概率的敏感性。结果表明：本文提出将随机过程最大值作为随机变量的方法可以用于地震动和结构参数双重随机情况下的重力坝抗滑稳定可靠度分析;实例工程混凝土重力坝沿建基面抗滑稳定可靠指标为4.23,失效概率为0.001 17%;坝体材料密度、地基泊松比以及建基面黏聚力系数和摩擦系数对可靠度计算结果影响较为显著。     

溪头水库坝基全风化花岗岩物理力学特性研究

溪头水库左坝段浆砌石重力坝坝基为全风化花岗岩,其物理力学性能较差,可能无法满足工程需要。结合坝基岩体现场原位测试和室内土工试验成果,并基于坝体抗滑稳定计算简化模型,研究坝基全风化花岗岩的物理力学特性及变化规律,并计算坝体抗滑稳定性,探讨其作为浆砌石重力坝坝基的可行性。结果表明：左坝段全风化花岗岩由地表至地下为一个岩性连续渐变地质体,越接近地表岩体风化程度越严重,物理力学性能越差,天然状态全风化花岗岩地基承载力与其风化程度呈反比。饱和状态下全风化花岗岩地基承载力显著低于天然状态,其折减幅度为55.4%~70.4%;饱和状态下全风化花岗岩抗剪强度远低于天然状态,其中内黏聚力折减幅度为53.9%~75.4%,内摩擦角折减幅度为83.1%~89.3%。天然状态下全风化花岗岩坝基抗滑稳定安全系数偏低,为提高工程安全性,应对其进行加固处理;而饱和状态下坝基抗滑稳定安全系数极低,坝体必将失稳滑动,其不可作为大坝坝基,应彻底清除。     

基于可视化编程的混凝土重力坝深层抗滑稳定分析及影响因素探讨

由于坝基很少是完整的岩体,常常有若干条节理、裂隙或断层将坝基岩体切割成块,并形成连续的滑动通道。因此,对混凝土重力坝进行抗滑稳定计算就显得尤为重要。文章借助于VB计算机语言,编写了基于刚体极限平衡法的重力坝深层抗滑稳定计算可视化程序。运用该程序对混凝土重力坝工程挡水坝段进行了计算分析,得出坝基深层抗滑稳定安全系数。并运用ANSYS有限元分析软件进行有限元计算,将二者结果进行对比分析,来验证所编程序的可靠性。最后对影响坝基抗滑稳定因素进行敏感性分析,提出坝基加固措施。