库水位回落条件下土石坝边坡稳定分析

利用二次开发的有限元软件ANSYS,形成渗流与边坡稳定分析程序模块,计算得到库水位回落条件下的土石坝渗流场;据此分析非饱和土强度、土体密度随含水量变化的关系及渗透力作用;利用强度折减有限元技术分析了水位降落过程中渗透系数、水位降速对边坡稳定性的影响.结果表明,库水位降落初期,坝内浸润线下降,下游坝坡稳定性增大,但此时上游坝坡稳定性仍大于下游坡;饱和渗透系数相同时,库水位降落速度越大则上游坝坡稳定性越差,不同水位降落速度对较小饱和渗透系数的土石坝渗流场及边坡稳定性影响程度较小,对较大渗透系数的坝体则影响较大;水位下降速度相同,则坝体饱和渗透系数越小其上游边坡稳定安全系数越小.     

非饱和土体渗流参数研究

土石坝渗流分析的重要任务之一为防止发生渗透破坏。以往的研究由于对非饱和土体渗流参数的理论研究不足,主要集中在对坝体饱和渗流的分析,不能真实反映土石坝渗流动态情况。采用土壤特性计算软件初步确定非饱和渗流参数。结合前人研究可靠的Fredlund数学模型和VG数学模型,运用1stOpt数据分析处理软件分别对土-水特征曲线及非饱和渗透系数曲线进行数据拟合及修正,结果表明:拟合相关系数满足精度要求,运用相应拟合结果进行非饱和土体渗流计算是合理可行的,其拟合结果可用于非饱和土的渗流计算。更多还原     

土石坝饱和—非饱和稳定渗流场影响分析

土石坝是当今最为常用的一种坝型,而防渗体系的构建对坝体稳定具有十分重要的作用,国内外的多起水利工程安全事故足以引起足够的重视。进行土石坝的渗流分析需要将渗流场定义为饱和和非饱和区的共同体,过去的经验已然证明二者的相辅相成。二者相比非饱和渗流的运动特性相对复杂,影响因子也较饱和渗流多。文章结合工程实例,运用有限元数值模拟出土石坝在饱和与非饱和渗流中渗流场的变化规律,得出正确合理的渗流场理论,研究成果在土石坝的防渗体系的构建上具有一定的参考价值。     

土石坝渗流热监测技术研究

对土石坝渗流热监测技术的基本原理、研究历史和现状进行了介绍,对土石坝的热学特性以及土石坝温度与渗流的关系等关键技术问题进行了讨论,并从理论上证明,利用分布式光纤量测得到的温度场,通过有限元数值计算,可以得到渗流场的渗透系数,实现对渗流场的监测.     

(复合)土工膜防渗土石坝饱和-非饱和渗流特性

分别采用完全饱和渗流及饱和 非饱和渗流有限元计算理论,对(复合)土工膜防渗土石坝进行渗流场仿真分析,重点研究土工膜等效处理时不同厚度放大倍数下大坝渗流场变化规律,同时结合坝体土石料不同渗透特性,计算得到大坝渗流量和浸润线与土工膜厚度放大倍数之间的关系,并比较了按完全饱和渗流理论与饱和 非饱和渗流理论计算结果的差别。结果表明:在坝体土石料渗透特性相同的情况下,土工膜不同厚度放大倍数时浸润线仅在土工膜等效区有较大差别,在膜后坝体部位基本保持不变;大坝渗流量与土工膜厚度放大倍数及坝体填料的渗透特性相关,按饱和渗流理论计算所得的大坝渗流量大于按饱和 非饱和渗流理论计算得到的渗流量。     

土工膜缺陷对土石坝渗流特性的影响及控制措施

由于土工膜因缺陷导致的渗漏问题可能对土工膜防渗土石坝工程安全造成隐患,为此模拟不同的土工膜缺陷大小和位置,分别采用剔除单元法和渗透系数放大法对存在缺陷的土工膜坝面防渗土石坝进行饱和-非饱和三维渗流场有限元数值仿真计算,分析土工膜不同缺陷条件下大坝整体及局部渗流场变化规律。计算结果表明:土工膜缺陷渗漏仅对缺陷附近坝体局部渗流场分布产生较大影响,对大坝其他部位影响不大;土工膜缺陷位置越低,缺陷处水头越大,缺陷渗漏量增加越明显,并使缺陷处膜后坝体浸润线局部抬高。最后,针对土工膜缺陷渗漏提出了若干工程设计控制措施。     

心墙土石坝渗流自由面的数值模拟

心墙与坝壳材料渗透系数相差比较大,使用有限元方法选代计算心墙土石坝渗流自由面时,往往会在两种材料交界面处失真,难以正确模拟出心墙下游端的出渗点.为解决此问题,采用具有严格理论基础的Signorini型变分不等式,确定渗流渗出点和自由面的位置,可消除出渗点的奇异性,采用罚Heaviside函数克服网格依赖性和数值不稳定性.同时,根据毛细水上升高度来确定非饱和区负孔隙水压力,消除饱和-非饱和渗流分析中坝壳节点中的虚值,使得计算结果能准确地反映出坝体中的实际渗流场.     

降雨作用下非饱和土边坡水力耦合过程分析

基于渗流理论、弹性理论及VG土-水特征曲线模型,建立了二维非饱和土渗流-变形耦合控制方程组。该控制方程突破了饱和时渗透系数是常数的局限,适用于任意初始条件和降雨条件的土坡稳定性分析。有限元软件COMSOL Multiphysics能根据已建好的非饱和土坡渗流-变形耦合模型开展分析。通过算例分析了非饱和土降雨入渗过程中渗流-变形的耦合效应,并探讨了考虑饱和渗透系数为变量情况以及不同的初始条件对渗流场和应力场的影响。结果表明:在非饱和土坡降雨入渗过程中渗流-变形的耦合效应是非常显著的,且与时间有关。对于湿陷性土,考虑耦合效应的压力水头变化总是慢于非耦合情况。饱和状态时渗透系数是应变的函数,其值的变化对非饱和土边坡渗流场有一定的影响,但对非饱和土边坡变形影响微弱。初始条件对渗流和变形的影响是非常大的。     

基于有限元的病险土石坝防渗加固效果评价

渗流问题是土坝安全的关键之所在,因此在对病险水库进行除险加固以及防渗加固效果评价时,渗流计算是最重要的内容。本文考虑了坝体的饱和与非饱和区域,分析了基于非饱和理论的土石坝渗流计算有限元方程、边界条件以及求解方法,在此基础上结合工程实例分析了某土石坝采用混凝土防渗心墙的渗流加固措施的效果,计算结果表明,采用混凝土防渗心墙能够很好地控制坝体渗流,降低坝体的浸润线以及渗流量,工程效益显著。     

基于ANSYS的大伙房水库土坝渗透系数反演

根据温度场和渗流场的相似性,利用有限元分析软件ANSYS的热分析功能计算土石坝渗流问题。通过AN-SYS的优化设计功能,建立了基于ANSYS的渗透系数反演模型,反演得到更符合大伙房水库大坝实际工况的渗透系数,利用该渗透系数进行渗流数值计算,通过对计算值与实测值的对比表明,有限元计算值与实测值相对误差较小,拟合结果能够满足精度要求。说明所求得的渗透系数比较合理,可以用于渗流数值计算。     

悬挂式微透水防渗墙的土石坝渗流计算

以往对于土石坝渗流计算都是假定防渗体是完全不透水的,这样的计算结果难免会出现偏差。本文通过赋予悬挂式防渗墙合理渗透系数的情况下,利用有限元法对无限深透水地基上的土石坝建立数学模型进行理论计算。通过对比两种悬挂式防渗墙方案,选取不同深度进行渗流计算和分析。结果表明:防渗墙的位置越靠近上游防渗效果越好,此时防渗墙的有效深度为6⁸倍的坝前水深。     

透镜体特征参数对均质土坝浸润线及渗透流量的影响

透镜体的存在对坝体内原有的渗流场具有显著的影响。研究透镜体对坝体渗流场浸润线及渗透流量的影响规律,旨在为库坝设计及其工程建设中进行提高坝体安全性等工作提供理论依据。以不透水地基均质土坝作为研究对象,通过改变透镜体的4种特征参数（渗透系数、相对位置、面积、形状）,采用土石坝二向稳定及非稳定渗流计算程序《DQB》分别计算坝体的浸润线及渗透流量。研究结果表明：透镜体的渗透系数、相对位置及其面积对坝体的浸润线及渗透流量的影响显著,而透镜体的形状对渗流场的影响较小。因此,在库坝实际建设工程中,可通过设置适当特征参数的透镜体来改变坝体的渗流场,提高坝体的安全性或蓄水能力。     

土石坝各向异性渗流特性及对坝坡稳定的影响

基于饱和-非饱和理论,以均质土石坝为例,采用固定网格法,运用ABAQUS有限元软件分析了渗透特性各向异性情况下的浸润线、流速分布,将流场作为初始应力导入到坝坡的稳定性计算中,基本解决了坝坡渗流与稳定性分析耦合问题。计算结果表明,坝坡浸润线、下游溢出点随着各向异性的增大而抬升;坝坡安全系数随着各向异性程度的增大而减小,论证了考虑各向异性渗流特性的必要性。     

土石坝非稳定渗流场和应力场耦合分析方法

开展饱和／非饱和土的非稳定渗流场和应力场的耦合分析方法研究,考虑土石坝施工过程的初次蓄水变形、运行期考虑降雨和库水位升降导致的坝体变形对坝体安全的影响,对科学客观地评价坝体安全性具有重要意义。在对分析对象做出合理假定的基础上,推导了非稳定渗流场和应力场耦合的等价积分方程,对其进行了空间域和时间域的有限单元离散,并用Fortran90编制了相应的求解该耦合问题的非线性有限元程序。对一土柱非饱和固结问题的计算分析和一均质坝考虑施工过程和蓄水过程的应力应变计算分析表明,提出的针对土石坝的非稳定渗流场和应力场耦合分析方法是合理的,可以应用于实际工程。     

试样边壁及内部缺陷对土体渗透系数测量的影响分析

土体的渗透系数是评价土体渗透固结性能的重要指标。在心墙坝中,准确测定心墙料的渗透系数对评价心墙的固结变形和拱效应具有非常重要的意义。测量渗透系数的方法包括渗透试验和固结试验。由于试样边壁和内部缺陷的影响,这两种方法的测量结果均可能与实际土体的渗透系数存在一定偏差。本文通过对概念模型的理论分析和推导计算,研究了试样边壁和内部缺陷对渗透试验和固结试验测量渗透系数结果的影响。分析结果表明,试样边壁和内部缺陷均对渗透试验的结果有显著影响,而对固结试验的结果则影响较小。在选择渗透系数的测量方法时,应根据具体情况。在分析心墙坝的渗漏量时,宜通过渗透试验测定心墙料渗透系数,但需要对试样边壁进行处理,尽可能消除边壁效应的影响;在分析心墙的应力变形时,则宜通过固结试验测定心墙料的固结系数或渗透系数,以免高估了心墙的固结性能。     

基于IGW的各项异性地层渗流数值计算分析

渗流严重危害着水利工程,以往渗流分析集中在各项同性,但近些年对某些复杂地层的研究,发现地层渗流表现出强烈的各项异性,而且各项异性的危害性比各项同性更大。为了实现对土石坝各项异性地层的二维渗流场真实区域的数值模拟,利用IGW数值模拟软件,基于孔隙介质模型,求解土石坝各项异性地层的渗流场,对正常蓄水位渗流场进行模拟分析。结果表明,坝体浸润线随各项异性的增大而逐渐抬高,浸润线出逸点坡降逐渐变小;增加各地层渗透系数(K)值,地基渗透流量(Q)随渗透系数的增加而加大,浸润线逸出坡降也加大,结果可为土石坝各项异性地层渗流计算及工程所需的合理防渗措施提供依据。     

深覆盖层上高土石围堰渗流场的敏感性分析

以某建基于深覆盖层上的高土石围堰工程为例,运用有限元法,进行了其渗流场关于覆盖层土体、基岩及混凝土防渗墙渗透系数的敏感性分析,探讨了围堰渗流场关于这些材料渗透系数的敏感性特征。结果表明:覆盖层土体、基岩及混凝土防渗墙渗透系数越大,围堰下游边坡出逸点越高,围堰及其地基的单宽渗流量越大,出逸段最大渗透坡降越大。因此,对于深厚覆盖层上的高土石坝围堰工程,覆盖层土体、基岩及混凝土防渗墙的渗透系数对其渗流场具有显著影响,在工程勘察设计过程中应尽可能合理地确定这些材料的渗透系数,以便通过准确合理地确定围堰及其地基渗流场,为围堰稳定分析提供可靠的依据。     

砾石土粗粒含量对高土石坝稳定渗流的影响

高心墙堆石坝心墙防渗料多采用砾石土,当砾石土的粗粒含量（指质量分数,下同）超过50%时,渗透系数很可能超过规范要求,不利于坝体渗透稳定。通过对粗粒含量超标单元赋予不同的渗透系数,采用三维有限元法分析了心墙局部砾石土粗粒含量超标时对坝体渗流的影响。结果表明:心墙局部砾石土粗粒含量超标对坝体的渗流场分布和单宽渗流量影响都较小,对心墙内渗透坡降影响较大,最大渗透坡降都出现在未超标单元处。对于超标区域在中下部的情况,当超标单元粗粒含量小于55%时,渗透坡降最大增幅为36.4%;超标单元粗粒含量大于55%时,最大渗透坡降显著增大,且会超过允许坡降,不利于坝体渗透稳定。因此,在实际工程中应结合砾石土料的级配和细粒含量情况,做好下游反滤层的设计,并严格控制砾石土的施工压实度,以保证坝体安全。     

广义Bayes法在裂隙岩体渗透系数随机反演中的应用

工程中由于存在各种随机因素,采用确定性的渗流分析方法进行渗透系数的反演必然会导致结果的不确定性.本文基于渗流场的随机有限元分析方法,结合变尺度优化算法和广义Bayes法,建立了一种渗透系数的随机反演方法,推导了详细的计算公式.该方法不仅考虑量测水头、渗透系数的随机性,还考虑了边界水头的随机性,不仅可以获得渗透系数的均值反演结果,还可以得到标准差的反演结果.最后将该法应用于重力坝坝基渗流算例分析中,以渗流有限元正分析计算结果作为"假想"的实测点水头值,通过随机反演,同时获得渗透系数均值与标准差的反演结果,将输入信息与反演结果对比分析,验证了渗透系数和标准差反演结果的正确性.     

基于Geo-Slope的坝坡稳定计算

土石坝的不饱和特性使得其渗流特性与匀质土坝有较大差异。以赛峪水库为研究对象,针对其土石混合坝的特性,采用Geo-Slope软件进行坝坡稳定计算。结果表明:通过参数设置和计算方法的选择,Geo-Slope软件可以控制并解决部分常规软件计算出现的浅表滑弧,得到与实际情况更为接近的滑弧。