库水位变动及降雨共同作用下心墙坝坝坡稳定性研究

为研究库水位变动和降雨共同作用对心墙坝上下游坝坡稳定性的影响,考虑渗流场和应力场的耦合作用,基于非饱和渗流原理,考虑不同降雨强度、不同降雨类型（4种）及不同库水位升降速率,对心墙坝遭遇库水位变动和降雨时的渗流和坝坡稳定性情况进行有限元模拟。结果表明,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;降雨类型和降雨强度是影响心墙坝下游坝坡安全系数的主要因素,但对上游坝坡的安全系数变化影响较小;在下游坝坡安全系数〖JP2〗趋于稳定时,各降雨类型的安全系数大小为前锋型≥中锋型＞〖JP〗平均型＞后锋型;无论是水位上升阶段还是水位下降阶段,降雨都会降低下游坝坡的安全系数。该研究结果为心墙坝遭遇极端工况条件时进行风险分析和应急管理提供了参考依据。     

库水位升降对那板心墙土石坝渗流场及坝坡稳定性的影响

以那板心墙土石坝为例,基于多孔介质饱和—非饱和渗流基本原理,采用有限元方法对该坝在不同库水位升降速度条件下的瞬态渗流场进行了数值模拟,并将瞬态渗流场与极限平衡法相结合分析了坝坡的稳定性。结果表明,坝体渗流场的变化相对于库水位的变化具有明显的滞后性,该滞后性对库水位快速下降条件下的上游坝坡的稳定极为不利,而对库水位快速上升条件下的上游坝坡的稳定有利,为库水位变化对土石坝渗流场及坝坡稳定性分析评价提供了参考依据。     

考虑随机施工缺陷的心墙坝三维渗流特性分析

鉴于在现有的心墙坝渗流分析中很少考虑施工缺陷对渗流场的影响,通过引入随机数的概念,研究了不同的施工缺陷率和缺陷单元渗透系数等对坝体渗流场的影响。结果表明,施工缺陷的存在会在一定程度上降低心墙的挡水能力,同时会造成心墙局部渗透坡降产生较大改变,从而影响心墙的整体渗透稳定性,可见考虑随机施工缺陷将更加有利于实际工程的渗控分析。     

海马箐水库粘土心墙堆石坝渗流稳定有限元分析

为同时考虑粘土心墙堆石坝渗流场和应力场耦合作用,以海马箐水库工程粘土心墙堆石坝为例,采用有限单元法计算了正常蓄水位时坝体位移、应力特性及渗流时坝体边坡稳定性。结果表明,大坝在正常蓄水位下不会出现渗透破坏,心墙坝的应力〖CD1〗应变符合一般规律,坝体的应力和变形性态基本良好;在稳定渗流作用下,上、下游坝坡稳定,抗滑稳定安全系数均满足规范要求。     

高心墙堆石坝结构设计中几个问题探讨

针对高心墙堆石坝结构设计中的心墙型式选择、坝料分区设计、坝坡坡度确定等问题,从多个角度论证了糯扎渡堆石坝直心墙型式优于斜心墙型式;提出了心墙及坝壳堆石料分区设计原则,并以糯扎渡堆石坝为例予以验证;对心墙堆石坝坝高从100 m变化到500 m的坝坡稳定性规律进行了研究并指出随着堆石坝坝高的增加应适当放缓坝坡坡度.     

不同基座高度对沥青混凝土心墙堆石坝受力特性的影响研究

为研究不同基座高度对沥青混凝土心墙坝受力特性的影响,采用邓肯-张E-B模型作为坝体及心墙的本构模型,对大坝施工和蓄水过程进行模拟,并依据基座与心墙的高度关系拟定5种计算方案,对比不同基座高度下堆石体和心墙的受力特性。结果表明,基座越高,大坝堆石体竖向位移及第一、三主应力越小,而心墙第一、三主应力越大,竖向位移则随基座增高而减小。在此基础上,利用熵值法构建了基座影响定权模型,量化了基座高度变化对大坝不同部位的影响程度：基座高度变化对心墙的影响(权重56.06%)最显著,建议工程设计和安全评价需要考虑基座高度发生变化时对心墙第一主应力状态的影响。研究成果可为沥青混凝土心墙堆石坝工程设计和施工提供参考依据。     

库水位骤降下除险加固后土坝安全性态响应及评价

为了研究库水位骤降对土石坝工程安全性态的影响,基于土体的非线性特性及渗透特性,利用有限元法模拟水位变动下的坝体渗流场及稳定性的响应情况,将得出的孔隙水压力、水面线等结果应用于上游坝坡的稳定性响应研究中。计算结果表明,水位降速越大,浸润线最高点越高,逆流越明显,上游坝坡稳定性越差,恢复至稳定的时间越久;坝体渗透系数越小,临水坝坡浸润线上凸现象越明显;坝内渗流场的变化滞后于库水位下降的时间。即便是除险加固工程,也要合理控制库水位的降落,为水位骤降时边坡类工程的合理运行与管理提供了可靠的依据。     

沥青混凝土心墙坝下游坝体分区及排水优化方法研究

阳江抽水蓄能下水库为沥青混凝土心墙坝,下游坝壳区拟部分使用全强风化料,以达到减少弃渣并节省工程投资的目的。为了优化心墙下游侧坝体分区及排水方案,本文主要探讨坝体分区及排水原则,采用有限元计算分析及参数敏感性分析进行下游坝体分区及排水优化研究。计算结果表明：下水库沥青混凝土心墙坝下游坝壳区可使用全强风化料,全强风化料下部设置下游堆石排水体;当大坝上下游边坡坡度为1:2.50时,该坝体分区断面在各种水位及地震组合下计算出的下游坝坡最小稳定安全系数满足规范要求;下游堆石料排水体厚度建议设置成5.9m,以便将心墙渗过来的水及时排走。     

降雨入渗对土石坝渗流场及坝坡稳定性的影响

基于多孔介质饱和-非饱和非稳定渗流理论,以那板心墙土石坝为例,采用有限元法模拟正常蓄水位时不同降雨强度、降雨历时条件下的土石坝暂态渗流场,然后将暂态渗流场与极限平衡法相结合计算坝坡的稳定性,为了考虑基质吸力对坝体材料抗剪强度的影响,计算中采用修正的摩尔-库伦（Mohr Coulomb）破坏准则。结果表明,降雨强度和降雨历时对土石坝暂态渗流场及坝坡稳定性有明显的影响。     

高心墙堆石坝坝基廊道结构型式深化研究

刚性坝基上高心墙堆石坝的研究重点常在筑坝材料特性及坝体变形控制等方面,对坝基廊道的研究相对较少。对此,通过有限元数值计算,对某310m高心墙堆石坝坝基廊道嵌入地基和凸出心墙内两种布置型式进行深化研究,计算结果表明,廊道嵌入地基的隔水作用较好,导致帷幕顶部渗透坡降大于廊道凸出心墙方案;廊道凸出心墙使心墙底部中心位置渗透坡降大于心墙下游侧出逸位置;廊道朝向对坝体的变形影响不显著,但对心墙底部和廊道应力影响较大。廊道嵌入地基方案对心墙应力有利,廊道凸出心墙内方案对廊道应力有利;施加渗透力荷载与心墙上游面施加水荷载的方式相比,在蓄水期施加渗透力使得坝体位移和廊道拉应力明显增大;廊道嵌入地基方案中,顶拱厚度对廊道应力影响不明显。     

基于Autobank的苏家庄淤地坝防渗改造及渗流分析

淤地坝防渗加固改造对充分利用水资源、缓解山区用水困难具有重要意义。以苏家庄淤地坝为例,利用Autobank软件对淤地坝坝体浸润线、下游出逸点、出口渗透坡降及渗流量进行计算,并利用传统计算方法对模型进行验证,在此基础上,对该坝进行校核水位下的渗流分析,复核其渗透稳定性,进行上游坝坡粘土斜墙防渗改造及渗流分析,并对斜墙底部宽度进行优化。结果表明,该淤地坝出口渗透坡降大于容许渗透坡降,须对其进行防渗加固;顶宽为5m,底宽为15m的粘土斜墙为最优加固方案。研究成果可为类似工程提供参考。     

北京市海子水库南副坝渗流及稳定性分析

基于工程地质勘察资料和水文资料,结合工程实况引入等效渗流系数的概念,选取典型断面,对海子水库南副坝及坝基的渗流进行了有限元模拟计算,分析了正常蓄水位、设计洪水位、校核洪水位时渗流作用下的下游坝坡的稳定性,并对混凝土防渗墙深度对渗透量和稳定安全系数的影响进行了分析,得到海子水库南副坝可以加深防渗墙至55 m,渗透量减少35%左右,并且防渗墙的加深对坝坡的稳定性还有一定的加强作用。     

金佛山混凝土面板坝二维渗流计算分析

针对渗透水流对土石坝坝体、坝基的渗透破坏危害性极大问题,以金佛山水电站混凝土面板堆石坝为例,根据地质条件和渗流控制特点建立平面二维有限元计算模型,模拟了坝体在不同水位组合条件下的渗流场,研究了渗透破坏的可能性,并分析了防渗帷幕及坝基渗透系数的敏感性。计算结果表明,各种水位组合下混凝土面板及防渗帷幕起主要阻水作用,水力比降大,渗流场分布对防渗帷幕及坝基渗透系数不敏感,渗流流量相对敏感,为坝坡安全性和渗流稳定性评估提供了依据。     

调节水位对橡胶坝坝基渗流影响的分析

针对调节水位对橡胶坝坝基渗流的影响,以滹沱河橡胶坝为例,采用有限元法对坝基渗流进行了三维模拟研究,利用等参六面体单元精确模拟了坝区各地层和水平铺盖的空间分布及不同工况下坝基的渗流场分布规律,并分析计算了调节上游水位和降低下游水位的水头分布、单宽渗漏量及渗透坡降对坝基渗流场的影响。结果表明,该坝基满足调节上游水位时的防渗要求。     

库水位降落作用下均质土石坝渗流场及坝坡稳定性分析

为研究某水库均质土石坝库水位降落作用下均质土石坝瞬态流场特性及其对坝坡稳定性的影响,基于饱和-非饱和非稳定渗流理论及极限平衡法,应用GeoStudio有限元分析软件中的SEEP/W及SLOPE/W模块进行库水位降落作用下的瞬态渗流场及稳定性数值模拟分析,探讨了不同速率库水位降落作用下的坝体内部渗流场及坝坡稳定性变化规律。结果表明,考虑非饱和渗流时,在库水位降落作用下,坝体浸润线变化滞后于库水位降落,且库水位降落速率越大,滞后现象越严重,上游坝坡内部形成倒流现象,产生指向坝坡外部的渗透压力;库水位降落作用下,坝坡稳定性呈现"降低—回升—平缓"的变化趋势,库水位降落速率越大,坝坡稳定性系数最小值越低,对坝坡稳定性越不利。研究结果可为土石坝边坡稳定性评价提供参考。     

土石坝加宽培厚对坝体位移与心墙应力变化的影响

为考察西南地区某土石坝加宽培厚后坝体的真实工作性态和安全状况,采用三维有限元方法分析了土石坝坝体加宽培厚及蓄水运行时坝体位移、防渗心墙应力与等效塑性应变区域的变化规律。结果表明,坝体沉降最大值发生在加宽培厚土层区域,且坝体出现了向上游与向下游的水平位移,下游贴坡式加宽培厚方式使坝体防渗心墙出现了拉应力与较大区域的等效塑性应变范围,坝体加宽培厚后,需进一步判定坝体培厚土层的稳定性以及心墙的屈服情况与防渗性能。研究成果可供类似工程参考。     

方溪面板坝面板缺陷渗流特性及静动力稳定性数值模拟研究

针对目前面板缺陷下的面板坝渗流特性及静动力稳定性研究较少的问题,以方溪面板坝为例,利用Geo-studio软件建立了面板及缺陷有限元计算模型,数值模拟了不同缺陷情况及不同库水位情况下的面板坝动静力渗透稳定性,得到了坝体内部浸润线变化及坝体上下游的静动力安全系数变化规律。计算结果表明,缺陷的产生使面板处出现了渗漏通道,较完整面板来说大大抬升了面板坝内部的浸润线,主要浸润线抬升部位在靠近面板处,在下游坝坡处浸润线区别则较小;缺陷尺寸越大且缺陷高程越高,浸润线的高程越高,坝体渗漏量越大,但缺陷尺寸的影响小于缺陷高程的影响;上游坝坡的静力安全系数整体上随库水位的升高而上升,下游坝坡则相反。库水位水平高于缺陷高程时,缺陷高程越高,缺陷尺寸越大,安全系数则越低,同时上游坝坡的静力安全系数大于下游坝坡的静力安全系数;缺陷面板遇上地震工况时,上下游坝坡整体安全系数明显下降,下游坝坡在部分工况下处于失稳状态。研究成果对于面板坝灾害防治有一定积极意义。     

库水位升降条件下邻近坝址区堆积体边坡稳定性分析

针对某水电站蓄水后对坝址上游右岸堆积体边坡稳定性影响的问题,根据非饱和土体瞬态有限元渗流控制方程构建了堆积体边坡二维计算模型,再利用GeoStudio软件中的SEEP模块计算了不同库水位升降速率、不同边坡渗透系数条件下边坡内的渗流场分布规律,再采用摩根斯坦—普莱斯极限平衡法计算各瞬态渗流场下最危险滑带的安全系数。结果表明,不同库水位上升速率及渗透系数时随库水位的上升边坡安全系数增大,不同库水位下降速率及渗透系数时随库水位的下降边坡安全系数减小。