接触面状态判据在重力坝深层稳定性分析中的应用

有限元强度折减法是分析重力坝抗滑稳定的常用方法之一,其计算所得安全系数与所选择的失稳判据密切相关。基于有限元强度折减法,提出一种以接触面状态作为失稳判据的方法,即将有限元模型中的滑动接触面全部处于滑动或脱开状态时的折减系数作为抗滑稳定安全系数。以某重力坝的两种深层滑动模式为例,分别建立三维有限元模型,采用接触面状态判别法进行稳定计算,并与剪力比例法、计算收敛性判据、关键点位移突变性和塑性区贯通性判据进行对比分析,证明所提的以接触面状态作为失稳判据的合理性和有效性,为重力坝抗滑稳定分析提供了一种新思路。     

齿墙结构对重力坝深层抗滑稳定安全性能的影响

为分析齿墙结构对重力坝深层抗滑稳定安全性能的影响,以乌河水库软弱夹层为例,应用ANSYS 软件,采用有限元强度折减法和最大剪切强度允许相对位移失稳判据分析了齿墙宽度、坡度以及位置对重力坝深层抗滑稳定性安全系数的影响。结果表明,齿墙坡度对重力坝深层抗滑稳定安全性能的影响小于齿墙宽度;相同条件下在坝趾处设置同等规模的齿墙可更好地发挥抗滑作用,为齿墙的优化设计及重力坝除险加固提供了参考。     

基于分项系数极限状态法与突变理论的重力坝深层抗滑稳定分析

针对传统方法在重力坝深层抗滑稳定分析中存在的问题,以某实际工程为例,建立重力坝有限元强度折减计算模型,并考虑荷载分项系数和坝基及软弱层的材料分项系数,通过逐步降低材料强度参数,利用ANSYS软件确定大坝关键节点水平位移与坝踵下方软弱层上、下两点位移差随折减系数变化的关系,引入尖点突变理论得到大坝深层抗滑稳定安全裕度为1.29,对重力坝的稳定性进行了判别。     

复杂地基上Hardfill坝与重力坝破坏模式及稳定性对比分析

Hardfill坝是一种介于重力坝与土石坝之间具有对称梯形断面的新坝型,其结构特性较好,整体应力水平较低,应力集中不明显。为了研究Hardfill坝在复杂地基条件下的适应性问题,选取重力坝为参考坝型,采用地质力学模型破坏试验和有限元计算的方法,对比分析了在外荷载作用下复杂地基上Hardfill坝与重力坝破坏模式及稳定性。结果表明,在复杂地基上,Hardfill坝与重力坝主要在坝基软弱结构面处发生深层滑动破坏,坝与地基出现整体失稳现象,但Hardfill坝坝体变位相对于重力坝较小,超载安全系数较大,稳定性更强。     

基于CATIA二次开发的重力坝三维模型构建

为实现不同方案下重力坝三维模型的快速构建,利用VB编程语言对CATIA三维建模软件进行二次开发,通过自动化对象编程(V5Automation)接口完成VB与CATIA的连接,以VB程序驱动CATIA软件的相关组件,构建重力坝三维模型。建模采用自上而下的骨架设计思路,对传统的装配方式进行改进,建立重力坝整体骨架对各坝段的约束,并结合CATIA软件的参数化设计特点论述多种方案下重力坝三维模型的快速建立方法,并以西藏某水电站为例构建了三种重力坝的典型布置方案。结果表明,使用CATIA二次开发技术能够快速、准确、智能地完成重力坝三维模型的构建,且可快速完成不同设计方案的优化与比选。     

考虑库水可压缩性的重力坝地震响应分析

以丰满重力坝重建工程为例,采用ANSYS-FSI流固耦合方法,考虑库水可压缩性对重力坝动力特性的影响,建立了丰满重力坝代表性坝段的坝体—库水—地基模型,分析了丰满重力坝的自振特性及其在地震作用下的动力时程响应。结果表明,考虑库水可压缩性能显著影响重力坝坝体的自振频率,与空库时相比坝体基频降低约16%,且随自振阶数增加,自振频率相对降低越多;与附加质量模型相比,该模型在设计地震荷载作用下能得到更加合理的坝体位移和应力,为丰满重力坝的抗震性能安全评价提供了有限元分析参考。     

重力坝沿建基面滑动的能量突变理论分析研究

采用突变理论对重力坝及其地基系统失稳的突变过程进行研究,采用能量突变判据分析失稳的可能性.在考虑渗流-应力耦合理论基础上,采用水重度超载法对重力坝及其地基系统在实际运行过程中的受力状态进行数值模拟,从而为突变判据提供较实际的计算数据,并对超载系数和传统的收敛准则判据做对比分析.结果表明,基于总塑性应变能突变判据可较好反映耦合情况下的重力坝失稳状态,而总应变能突变判据预测结果较差.     

MCE地震作用下全坝段三维碾压混凝土重力坝动位移分析

碾压混凝土重力坝切割式横缝接触面存在一定初始强度,忽略该强度与坝体实际运行状态差异较大。对此,基于ABAQUS有限元分析软件,考虑各相邻坝段间的相互作用力和切割式横缝接触面初始强度,对全坝段三维光照碾压混凝土重力坝—地基—库水体系进行有限元数值模拟,分析了碾压混凝土重力坝在最大可信地震作用下的动位移响应。结果表明,忽略碾压混凝土重力坝切割式横缝接触面初始强度会降低坝体动位移响应程度,且三维数值模型相对于二维更能反映重力坝各相邻坝段间相互作用行为,对高碾压混凝土坝非线性动力响应理论研究有一定参考价值。     

重力坝深层抗滑稳定接触非线性有限元分析

鉴于复杂地基上重力坝深层抗滑稳定分析传统算法的局限性,将接触问题引入重力坝深层抗滑稳定分析中,验算大坝抗滑稳定性。针对某重力坝工程地质条件和受力特点,建立有限元接触模型,考虑接触非线性的特性和法向应力与剪应力之间的交叉影响,提出基于强度折减法的接触非线性有限元算法,对预设缝进行整体降强,根据坝基特征点突变并结合接触缝滑移连通情况确定深层滑动面及稳定安全系数,并与传统算法计算结果进行比较。结果表明,接触算法具有自动搜索危险滑面、计算量少、收敛性好的优点。     

基于强度储备法拟定混凝土坝水平位移监控指标研究

为探索大坝监控指标的研究方法,以飞来峡混凝土坝#18溢流段为例,利用强度储备法研究了坝段在初始屈服、临界失稳、失稳破坏三种特殊状态下监测点的水平位移分量值,并结合坝顶水平位移温度分量、时效分量的统计模型建立了该坝段水平位移的混合模型,拟定了#18溢流段的位移安全监控指标。     

修正的Mohr-Coulomb准则在重力坝建基面抗滑稳定分析中的应用

针对有限单元法在重力坝建基面抗滑稳定控制中量化标准缺失的问题,采用自适应隐式本构积分算法推导了修正的Mohr-Coulomb准则,通过ABAQUS编写成UMAT子程序,用于重力坝建基面抗滑稳定分析,并针对典型重力坝坝型选取常见下游坝坡率,应用强度折减系数法分析了同一网格尺寸下不同坝高对建基面屈服区的影响。结果表明,在对应建基面屈服区贯通率达到15%时的强度折减系数随坝高增加而降低,且在强度折减系数小于1.8时建基面的屈服范围与坝高呈正相关,强度折减系数为1.6时具有明显的线性关系,并结合工程实例验证了结论的可靠性。     

基于有限元超载—折减综合法的重力坝深层抗滑稳定性分析

针对某混凝土重力坝坝基存在3层粘土软弱夹层可能引起坝基深层滑动问题,提出了有限元超载—折减综合法,利用ANSYS有限元分析软件构建了该坝溢流坝段深层抗滑稳定分析模型,通过关键点水平位移的变化判断坝基深层滑动失稳情况,进而求得坝基抗滑稳定安全系数介于3.00~3.25之间。与刚体极限平衡双斜面法及强度折减法、超载法相比,有限元超载—折减综合法所得抗滑稳定安全系数接近于前三者的平均值（3.02～3.32）,评价结果更偏于安全。     

层状岩基重力坝深层抗滑稳定分析

针对含软弱夹层的层状岩基重力坝深层抗滑稳定问题,在分析层状岩基的深层失稳模式的基础上,提出了深层滑动面的自动搜索方案,并利用刚体极限平衡法研究了软弱夹层的埋置深度、位置及倾角对深层抗滑稳定安全系数的影响规律,进而利用深层滑动面搜索方法分析了向家坝水电站左非~#3坝段坝基的深层抗滑稳定性。结果表明,左非~#3坝段坝基深层抗滑失稳模式为坝踵岩层断裂滑移模式,在正常蓄水状态下该坝基深层抗滑稳定性满足规范要求。     

有限元强度折减法在土石坝边坡稳定分析中的应用

在指出传统边坡稳定分析方法的缺点和不足的同时,重点研究了有限元强度折减法的理论背景、突出优势、计算结果的影响因素、边坡失稳判据方法,探讨了该方法应用于土石坝边坡稳定分析中的可行性。采用摩尔-库仑屈服准则、非关联流动法则,在已知渗流场的前提下,基于有效应力原理逐步进行强度折减,直至满足力和位移不收敛的失稳判据,从而得到相应强度折减法的土石坝坝坡稳定安全系数。结果表明,无论是关键滑裂面位置还是最小安全系数,有限元强度折减法的计算结果与刚体极限平衡法的计算结果都相当接近,从而表明此法在土石坝边坡稳定分析中的可行性,拓宽了该法的应用范围。     

水下爆炸冲击下重力拱坝的破坏特性

为了了解重力拱坝在水下爆炸冲击荷载下的破坏模式,通过建立混凝土重力拱坝水下爆炸全耦合模型,考虑混凝土高应变率效应,对水下爆炸冲击下重力拱坝动态破坏过程进行了全性能数值仿真,针对重力拱坝的结构特性及受力特点,探讨了大坝在水下爆炸冲击荷载作用下的可能破坏模式及破坏机理。结果表明,重力拱坝抗爆薄弱部位主要位于坝体中上部,坝身下部抗爆性能较强;当炸药在拱冠梁处起爆时,表孔中墩及边墩发生冲切和震塌滑移破坏;当炸药在距右岸1/4拱圈处爆炸时,坝肩发生震塌破坏,影响坝肩抗滑稳定及坝体整体安全性。     

官地水电站重力坝深层抗滑稳定分析

官地水电站坝址区地质条件复杂,缓倾角错动带和裂隙较发育,分布比较普遍,因此坝基深层抗滑稳定问题受到高度关注。利用ANSYS有限元分析软件,选取#13坝段作为典型坝段,结合该坝段工程实际和概化的滑移通道,建立三维有限元模型,采用强度储备法分析坝基的深层抗滑稳定性、坝体及坝基的位移和应力变化规律。结果表明,三维非线性有限元分析在以塑性区贯通为失稳判据的情况下,最危险的滑移通道1的深层抗滑稳定安全系数大于3.0,可见#13坝段深层抗滑稳定满足规范要求。     

混凝土面板堆石坝坝坡可靠度随坝高变化规律及其安全系数标准探讨

针对混凝土面板堆石坝的坝坡稳定可靠度和安全系数标准问题,首先分析了坝坡稳定可靠度与安全系数之间的关系,然后通过理论分析和数值计算揭示了围压对堆石抗剪强度随机性的影响和面板堆石坝坝坡稳定可靠度随坝高变化的规律,最后根据等可靠度原则,探讨了200 m以上面板堆石坝的坝坡稳定安全系数标准问题。结果表明,由于堆石内摩擦角的随机性随坝高增大,即使保持安全系数不变,面板堆石坝的坝坡稳定可靠度也会随坝高增加而降低。对于坝高200 m以上的面板堆石坝,从等可靠度原则出发,针对不同筑坝材料按坝高分级设置安全系数标准较为合理。