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。     

不同面板缺陷下面板堆石坝渗透稳定性数值模拟研究

为研究不同面板缺陷联合库水位变动(库水位高程、库水位骤降速率、缺陷高程、缺陷尺寸)对面板堆石坝渗透稳定性的影响,以浙江省临海市某面板堆石坝为例,利用岩土软件Geostudio的Seep/w与Slope/w模块对含不同缺陷及不同库水位情况下的面板堆石坝进行了有限元分析,得到了渗漏量、面板后浸润线高程及上下游坝坡的安全系数变化规律。计算结果表明,库水位高程越高,面板坝坝后浸润线高程越高,坝体的渗漏量越大,上游坝坡安全系数越大,下游坝坡安全系数越小;当库水位高程低于缺陷高程时,完整面板坝与含缺陷面板坝的渗透稳定特性一致,当库水位高程大于缺陷高程时,库水位水平越高,面板坝后的浸润线高程越高,同时渗漏量也越大;库水位骤降下面板坝内部浸润线呈现先疏后密的规律,在库水位骤降经过缺陷高程时,坝体内部浸润线有个突然下降的过程;一旦面板发生缺陷,面板坝后的浸润线及渗漏量会出现较大的增长,安全系数下降幅度也较大,缺陷高程越高,面板坝后浸润线高程及渗漏量越大,安全系数也越小;缺陷尺寸越大,面板后的浸润线高程及渗漏量也越大,安全系数越小,但变化幅度较小,同时,上游坝坡的安全系数整体上要大于下游坝坡。     

非稳定状态下土石坝渗流及坝坡稳定分析

以云南省鱼龙水库为例,基于达西定律与渗流理论,并结合Geo-Studio有限元模块分析了上游正常蓄水位分别在10、15、20d内降落至死水位时坝体内部渗流场及临水坡面安全系数变化情况。结果表明,库水位在10、15、20d由正常蓄水位降落至死水位时,20d降落工况的坝体内部渗流场对坝坡稳定影响最小,坝体内部浸润线的降落速率与库水位下降速率密切相关,其浸润线分布密集变化缓慢,且该工况安全稳定系数最大为1.80,说明坝体内部渗流场变化越缓慢,土石坝坝坡安全稳定性越好。     

考虑降雨重现期的尾矿坝渗流稳定性分析

降雨为影响尾矿坝渗流的一个重要因素,根据多年降雨资料,利用P-Ⅲ型分布描述降雨重现期,模拟得到坝坡的浸润线分布,结合改进Green-Ampt入渗模型得到坝坡湿润锋的发展过程,并以集安某尾矿坝为例,探讨了降雨重现期对尾矿坝坡顶、坡脚处孔压分布、浸润线变化及坝体稳定性的影响。结果表明,坝体孔压变幅与降雨重现期呈正相关;在堆积坝顶部浸润线先上升后下降,而在坡脚处浸润线不断上升;降雨重现期越长,坝体安全系数越小,降雨结束后安全系数的回升速率远小于暴雨期间的下降速率;坝体可靠度指标随降雨不断减小,停雨后有明显的回升,与安全系数的变化规律不一致。     

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。     

填筑密实度对某均质土坝渗流及稳定性的影响分析

为分析填筑密实度对某均质土坝的影响,通过高密度电法检测结合钻探资料分析了坝体填筑缺陷,根据检测结果确定坝体不密实区域,采用数值方法计算了填筑密实度对大坝渗流及水位快速下降时稳定的影响。结果表明,该大坝表面存在雨水入渗通道并延伸至坝体内部,且在一定深度以下存在松散填筑土体,该松散区域的存在会削弱大坝整体防渗性能,抬高坝体浸润线,并在填筑密实度存在差异的部位产生过大的渗透坡降,且在水位骤降时上游坡抗滑稳定安全系数较小,滑移深度增大。     

心墙构造特性对土石坝稳定性的影响分析

基于Geo-studio研究了粘土心墙防渗体渗透系数、心墙高度和心墙上游坡度变化等构造特性对土石坝渗流和坝坡稳定的影响,采用影响因素正交组合试验设置不同的心墙构造特性参数及其因素水平组合,以坝壳下游渗流流速、心墙浸润线逸出比降和上下游坝坡稳定最小安全系数作为评价指标筛选出心墙最优的特性组合。结果表明,对坝体渗流稳定影响的显著水平依次为心墙渗透系数心墙高度心墙上游坡度;对坝坡稳定影响的显著水平依次为心墙高度心墙渗透系数心墙上游坡度。根据心墙构造因素的显著性分析结果,方案4(A2B1C2)为最优心墙构造特性组合。     

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。     

饱和-非饱和非稳定渗流作用下岩质边坡稳定性分析

对岩质边坡在水位下降时坡体内的饱和—非饱和非稳定渗流和坡体稳定性进行了分析,渗流分析采用有限元法,坡体稳定分析采用有限元强度折减法。以塑性区位移突变作为边坡失稳判据,此时折减系数值即为坡体安全系数。以十里铺水库为例,对库岸岩体边坡进行了分析,并得出在水库水位降落影响下边坡的稳定安全系数随降落时间的增长而增大的结论。     

库水位骤降时边坡渗透稳定的非饱和渗透参数敏感性分析

为研究库水位骤降时边坡土体不同非饱和参数变动对边坡渗流特性及稳定性的影响规律,以某边坡计算模型为例,根据非饱和渗流原理,利用岩土软件Geo-slope2012模拟分析了不同工况下边坡深层浅层稳定性,同时考虑了Fredlund模型中三个非饱和参数a、m、n变动的影响。计算结果表明,不同非饱和参数(a、m、n)在库水位骤降下对上部监测点存在一个"影响深度","影响深度"与参数a、m呈正相关,与参数n呈负相关;随着距离库岸的缩短,边坡表层孔压变幅逐渐增大并超过深层孔压变幅;不同监测点位移变化呈现在库水位下降过程中迅速增大,在库水位下降结束后保持不变,参数a与最大位移呈正相关,而参数m、n与最大位移呈负相关;随着库水位的下降,边坡失稳顺序为下部浅层滑动面先发生失稳,然后引发深层的边坡失稳,而上部浅层滑动面在库水位下降的过程中不会发生失稳,研究结果为相应工况下边坡的认识与治理提供了相应的参考。     

土石坝饱和砂土地基地震液化及加固措施数值模拟研究

为研究不同库水位及土石坝上下游坝脚有无设置压重对地震作用下饱和砂土坝基可液化土层的影响规律,以某中型平原水库土石坝为工程背景,利用岩土软件Geo-slope模拟分析了不同工况下坝基可液化土层的液化分布规律、坝体典型节点的加速度响应及上下游坝坡的稳定性。计算结果表明,正常蓄水位下,上下游坡脚设置压重后,坝脚处的液化区域明显减小,但远离上下游坝脚处的可液化土层的液化范围较无压重情况下几乎无改变。死水位情况下,上下游坡脚设置压重后可液化土层的液化区域变化规律与正常蓄水位下相似,但上下游远离坝脚处的可液化土层液化面积较无压重情况下相差无几,上下游坝坡的稳定性较为一致,但设置压重一定程度上增加了坝坡的稳定性。坝体的典型节点处的加速度出现不同的放大效应,其中坝顶的放大倍数最大,出现鞭梢效应。     

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。     

图像应变测量技术在土石坝振动台试验中的应用

采用有限元与广义交互验证方法相结合的数据平滑方法,开发了一套适合于土工试验模型应变测量计算的程序,通过三点弯曲梁实例验证了程序的正确性和可靠性,并将该方法应用于心墙堆石坝振动台模型试验的应变测量计算中,获得了模型坝的位移场和应变场,探讨了心墙堆石坝模型的地震破坏机理。结果表明,模型坝破坏过程大致分整体变形、坝坡滑移变形和破坏三个阶段,其中坝坡滑移变形阶段的标志是坝体由整体运动转为上下游坝坡分别向两侧滑动,空库时模型坝的破坏模式是上下游坝坡浅层破坏。     

分缝自重与整体自重对乌东德拱坝动力横缝张开度的影响

针对分缝自重与整体自重对乌东德拱坝在地震作用下横缝张开度的影响,采用接触力模型对其进行对比分析。结果表明,两种自重施加方式造成坝顶横缝张开度分布规律不同,但最大张开度数值相差不大,地震结束后横缝均处于闭合状态;对两种自重施加方式,上下游坝顶横河向压应力分布是影响横缝张开度分布的主要原因。这对乌东德及类似高拱坝工程具有参考价值。     

百米级胶凝砂砾石高坝的参数化建模

胶凝砂砾石坝的模拟仿真难度大,故限制了其发展应用。为此,以百米级胶凝砂砾石高坝的参数化建模为例,介绍了坝体尺寸与上下游水位的参数化界面定制、坝体与坝基材料属性的参数化界面定制,通过改变界面中参数大小,可随意改变模型中坝体高度、坡率、上下游水位、不同分区材料属性;针对实际建模过程中常遇到的材料分区界线属性划分困难、扬压力施加存在错误的问题,提出了胶结材料边界、坝基面(线)的节点耦合技术,给出了关键点参数化的命令流。研究结果可为胶凝砂砾石高坝的应用提供理论基础。     

后龙河水库土坝坝料动力特性试验研究

后龙河水库坝基为砾质粗砂层,上、下游砂壳为人工堆填的砾质粗砂,结构松散,多数不满足抗震要求。为进行大坝动力安全性分析和液化评判,采用振动三轴仪对坝基和上游砂壳砂层的动力特性进行了试验,分析了其动强度、动力变形、动孔压特性,结果表明:砾质粗砂的振动应力比值随振次的增加而减小,随固结比的增大而增大;弹性模量随应变值的增大而减小,阻尼比随应变的增大而增大。     

坝体-库水-地基流固耦合有限元分析的地基模拟

为研究地基特性对坝体—库水—地基流固耦合的影响,以印度柯依那(Koyna)重力坝为例,采用ANSYS中的声学流体单元模拟库水,分别计算了地基为弹性、刚性时坝体在KOBE地震波作用下,典型时刻内库坝面上动水压力分布规律,以及坝顶上游侧水平和竖直位移的时程曲线,进行了模态分析并提取了前7阶频率。结果表明,地基特性对坝体—库水—地基流固耦合的影响非常大,不能简单地将地基视为刚性进行抗震设计。