白鹤滩拱坝扩大基础加固效果研究

扩大基础被认为是适应白鹤滩高拱坝左岸不利地质条件的重要结构形式,目前对其量化的加固效果评价方法的研究尚不明确。建立白鹤滩拱坝基础系统的三维有限元模型,在对基础构造进行精细模拟的基础上,针对扩大基础进行弹塑性有限元分析,并提出基于变形加固理论的加固效果评价方法。结果表明,正常工况下,扩大基础能提高拱坝整体刚度,提升坝体变形的对称性,并改善坝建基面附近岩体的应力状态。不平衡力和塑性余能范数作为评价指标对比表明,扩大基础能明显减少坝体、坝踵和坝趾范围的不平衡力,减小坝体屈服区,工程各部分余能范数均有所降低,扩大基础对拱坝局部坝踵、坝趾区域及拱坝整体稳定性的加固作用明显。验证了加固措施的必要性,有助于对深化扩大基础加固机制的理解,对高拱坝设计及实际工程具有重要借鉴意义。     

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。     

拱坝建基面开挖过程中不平衡力变化及处理效果研究

300 m级高拱坝建基面开挖造成的岩体卸荷松弛对高拱坝的整体稳定性影响巨大。白鹤滩拱坝左岸建基面开挖至628 m高程时也出现了卸荷松弛、结构面错动等现象。基于变形加固理论,提出了使用不平衡力作为坝基岩体松弛卸荷的定量判据,阐释了不平衡力分析岩体开裂与坝基卸荷时效松弛的理论基础,通过试验和数值模拟的对比说明了不平衡力应用于卸荷松弛判据的准确性。使用三维非线性有限元程序TFINE,对白鹤滩拱坝原始地形和开挖过程进行精细模拟,分析了开挖过程中建基面基础(尤其是结构面)的卸荷松弛演变过程。分别对无基础处理、预留保护层和施加锚索情况下的开挖卸荷松弛进行了研究分析。模拟结果表明,在开挖到630 m高程时,在结构面交汇处和坡面出露段附近结构面的不平衡力与屈服区出现集中情况,这与观测到的建基面卸荷松弛以及结构面出现错动裂缝等现象符合;继续开挖过程中,LS331、LS3318不平衡力较大,相对比较危险。另外,坝体底部的陡坎开挖成型时,陡坎底部的不平衡力增加较明显,需减缓陡坎坡度。预留保护层和建基面锚固对控制松弛卸荷作用较小。     

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。     

基于模型试验与变形加固理论的高拱坝整体稳定性判据研究

高拱坝结构作为超静定的岩体工程结构,在破坏过程中,首先发生局部起裂,然后整体进入非线性变形阶段,最后发生整体破坏,因此难以用单一的稳定性判据衡量高拱坝的整体稳定性。使用超水荷载法研究拱坝的稳定性,分析拱坝整体结构在超载过程中的破坏过程。对基于地质力学模型试验的三安全度(K1,K2,K3)评价标准和基于非线性数值模拟的超载倍数-塑性余能曲线评判标准进行对比分析。同时,利用变形加固理论能够近似模拟结构发生局部破坏后应力、位移情况的优势,提出基于变形加固理论的拱坝三安全度评判标准K-1,K-2,K-3。通过对模型试验和数值计算的结果归纳分析,分别论述模型试验的 K1,K2,K3与数值计算的 K-1,K-2,K-3之间的联系。结果表明,基于地质力学模型试验的三安全度评价标准K1,K2,K3与所提出的基于变形加固理论的三安全度评价标准K-1,K-2,K-3具有较高的一致性,两者之间可以互相验证。     

变形加固理论及高拱坝整体稳定与加固分析

发展和完善了变形加固理论;提出结构失稳的严格定义及其集合逻辑表述,发展了基于塑性余能及其变分的结构稳定性判剧;完善了最小塑性余能原理的证明,指出它是结构平衡条件、变形协调条件和本构关系的集中体现.提出结构整体稳定性可以用结构整体安全度与塑性余能的关系曲线来描述的新思路,并应用于高拱坝整体稳定性评价.结果表明,变形加固理论为评价高拱坝的整体稳定性、坝踵开裂、坝趾锚固、断层加固等高拱坝关键技术问题提供了统一和实用的理论框架和基础.     

大岗山水电站高拱坝蓄水初期工作性态演化研究

高拱坝的位移、应力状态是拱坝在蓄水初期重点关注的问题。将微震监测技术与有限元数值模拟相结合,研究拱坝微震变形与坝体应力的内在关联,对蓄水初期拱坝的应力、位移变化规律进行分析,探究拱坝蓄水初期工作性态演化规律,提出利用微震事件判断拱坝真实受力状态的方法。研究表明:拱坝微震事件与坝体应力在时空分布上存在一致性,坝体高压应力的集中和迁移是微震事件萌发的内在驱动力。蓄水前,拱坝高压应力集中在坝踵区域,微震变形也聚集在坝踵区域。蓄水后,拱坝的高压应力集中区域和微震变形聚集区域均从坝踵转移到坝趾区域,同时拱坝主拉应力区域实现了从拱端到坝踵的转移。通过微震事件的Es/Ep比值累积频率分布特征可以推断出拱坝在不同蓄水时期应力集中区域的分布情况。研究成果对于研究高拱坝真实工作性态具有一定的参考价值。     

基于非线性有限元的马吉拱坝整体稳定分析

马吉水电站是怒江开发规划中的重要梯级电站。最大坝高为290m,属于超高拱坝,地质条件与岩体力学环境复杂,其应力和坝肩稳定对确保工程安全具有重要的意义。基于非线性有限元分析,采用变形加固理论,使用三维非线性有限元程序TFINE,对马吉拱坝进行三维弹塑性有限元数值模拟,对该拱坝在正常工况下的位移、坝体应力和拱端推力进行分析。采用余能范数对马吉拱坝的整体稳定性进行评价,采用不平衡力对左右坝趾及基础中峰值振动速度回归趋势对比软弱带的稳定性进行分析,并对软弱带进行敏感性分析。结果表明,马吉拱坝的位移、应力和超载稳定能力均达到稳定要求,马吉拱坝现施工方案基本可行。     

叶巴滩水电站拱坝坝肩深部卸荷带影响研究

针对叶巴滩拱坝左右坝肩内存在的深部卸荷带等不良地质缺陷,采用地质力学模型试验超载法,对叶巴滩2 750 m高程拱坝和坝肩的工作性态开展平面地质力学模型试验研究。通过试验获得拱坝、坝肩及深部卸荷带的变形特性和破坏形态,探明了深部卸荷带对拱坝和坝肩的工作性态的影响,揭示了工程的薄弱部位。研究表明深部卸荷带对拱坝和坝肩的工作性态有明显影响,其影响程度与强松弛IV_s类岩体所处位置及与拱端附近断层的组合作用有关。位于左坝肩强松弛IV_s类岩体对拱坝和坝肩的变位、拱推力的传递影响较大,位于右坝肩的断层f29(f74)对坝肩稳定有明显影响。对左右坝肩内的这些薄弱部位需采取相应的加固措施,以改善拱坝和坝肩的工作性态。     

白鹤滩拱坝基础垫座方案优化研究

白鹤滩高拱坝地基地质条件复杂,需要设计大范围的垫座以改善受力条件。目前关于拱坝地基和坝肩处理措施的研究大多依赖工程经验,尚没有完整、可靠的垫座评价准则。提出拱坝垫座设计的综合优化方法,通过分析垫座对坝体的影响及垫座自身的稳定性,找到最优的设计方案。该方法综合坝体位移、应力、屈服区、抗滑安全度等因素,采用不平衡力分析坝踵开裂,采用塑性余能范数(PCE)评价垫座整体稳定。不平衡力是结构局部失稳后的度量,能够有效地预测裂纹扩展部位和方向。余能范数是不平衡力的标量范数,可用于判断结构的整体稳定性。对比4种垫座设计方案,通过对坝体位移、坝踵开裂、垫座整体稳定和抗滑安全度的分析,确定将垫座视为坝体、垫座上游侧设缝为白鹤滩拱坝垫座的最优设计方案。     

特高拱坝基础破坏、加固与稳定关键问题研究

特高拱坝的坝基条件大都比较复杂,基础岩体的破坏、加固与稳定评价出现一些关键新问题:坝基岩体力学参数合理取值;坝踵、坝趾基础开裂机制;坝肩非典型软弱蚀变带的处理;贴角区灌浆时机选择;坝趾锚固力损失评价以及大坝-基础非线性稳定分析等.传统的分析方法和加固处理措施日益受到挑战.结合实际工程,就如上问题涉及的研究方法、处理措施...     

地质缺陷对拱坝及坝基力学行为的影响

  通过对一个坝址地质结构较为发育的拱坝作三维有限元非线性分析,分析了温度、渗流,地形地貌,地基上的地质缺陷等对拱坝及大坝运行时地基的力学行为的影响。并给出了复杂地基的拱坝的位移场、应力场的分布规律和传力特性。对大坝及基岩上塑性区产生的机理,形式和发展趋势作了分析。     

高拱坝谷幅变形机制及非饱和裂隙岩体有效应力原理研究

蓄水期谷幅变形影响着高拱坝当前工作性态和长期安全状况,但拱坝设计方法中尚没有相关的评价标准。首先总结蓄水期高拱坝坝址谷幅变形规律和常规数值方法计算的难点。从裂隙水压力的作用规律出发,在弹塑性模型屈服函数中引入静水压力,并应用于锦屏一级拱坝蓄水期计算分析。计算结果与监测值符合良好,初步解释谷幅收缩等坝址区山体变形现象。探索蓄水初期裂隙岩体的细观变形机制,提出非饱和、非贯通裂隙岩体中的有效应力原理。结果表明,裂隙水压力改变岩体平衡状态,是蓄水后坝址区岩体产生塑性变形的主要驱动力。     

高拱坝振动台地震破坏试验研究及数值仿真

 以大岗山拱坝模型的动力破坏试验为基础,从试验和数值计算角度,对整体拱坝动力特性、薄弱部位、破坏形态以及抗震性能进行研究。采用和混凝土性能相似的脆性模型材料,通过逐级加载的方式在振动台上对整体拱坝进行从弹性到破坏整个过程的模型试验,分析坝体动态特性、加速度和应变的变化规律。并采用弹脆性损伤模型对混凝土拱坝在地震作用下损伤破坏的全过程进行数值仿真,探讨拱坝动力破坏过程、破坏形态,并与试验结果进行对比分析。结果表明：模型试验和对原型进行的数值模拟所得到的破坏过程和破坏形态都较为接近。在顺河向地震作用下,顶拱的坝中部位为地震应力最高的区域,是坝体薄弱的部位,整体拱坝首先在该位置出现裂纹,其次是顶拱距左右两岸1/4拱圈处。在强震作用下,拱向和梁向裂缝贯穿上下游,将导致拱顶中部的混凝土脱离坝体,丧失壅水功能。试验和计算结果相互印证,可呈现高拱坝在强烈地震作用下的损伤破坏过程及破坏形态,确定抗震薄弱环节,为混凝土高坝的抗震功能设计提供基础。     

二滩拱坝坝基弱风化岩体灌浆加固效果研究

对高坝建基面使用弱风化岩体,成为具有重大经济效益及学科意义的问题,它直接关系工程的开挖量、施工工期和工程造价。在二滩拱坝的建设中就遇到了这样的问题,为了确保大坝的稳定性及经济性,要求对建基面附近的弱风化岩体进行加固灌浆处理,并研究其加固后的力学特性。本文叙述了灌浆后岩体力学特性的检测结果,并用断裂—损伤力学方法对岩体力学变化的机制做了理论分析。实测结果及理论分析表明,灌浆后岩体的力学强度有了提高,可以满足大坝设计的要求。     

单江混凝土拱坝坝肩向斜结构抗滑稳定计算分析

单江拱坝右坝肩存在一个向斜岩体结构,在拱坝推力作用下,有可能滑动破坏.利用有限元计算坝基、坝肩的渗流场以及拱坝传递到坝肩的推力,在此基础上利用三维极限抗滑稳定计算方法,计算在各种工况情况下,向斜结构的抗滑稳定安全系数;并利用锚索对滑动体进行加固,计算满足规范要求的抗滑稳定安全系数所需要的锚索数量,以及计算分析锚索施加角度对抗滑稳定的影响.所得结果为该向斜岩体结构的抗滑设计提供了理论依据.     

修建在砂砾岩地基上的拱坝应力分析

在砂砾岩基础上修建拱坝，坝体的垂直方向和顺河向变形是否过大，是关系到拱坝安全甚至能否修建的重要因素。砂砾岩受力变形有两个特点：一是在较低应力条件下，仍有较大的不可恢复变形；二是不同应力条件下，岩石的切线变形模量不同。通过分析现场原位变形试验，构造出能够反应出砂砾岩受力变形特点的非线性本构模型，并应用到实际工程中，分析其对坝体变形、应力的影响，可为工程规划和设计提供一定的参考依据。