用有限元法进行渗流作用下的尾矿坝稳定性分析

进行渗流作用下的尾矿坝稳定性分析,必须考虑渗流场与应力场的相互耦合,传统的求解方法是先对渗流进行模拟,然后再用条分法进行稳定性分析。随着科技的发展,特别是数值软件的不断开发和推广,可采用有限元强度折减法进行渗流作用下尾矿坝稳定性分析。应用PLAXIS有限元程序对实际工程中的上游法堆积尾矿坝进行了稳定性分析,得出了尾矿坝稳定性结论。     

大坝及其周围地质体中渗流场与应力场耦合分析

 博士学位论文摘要　进行大坝及其周围地质体中渗流场与应力场耦合分析, 是解决评价和预测大坝、坝基、坝肩稳定性, 库岸边坡稳定性等问题的关键。运用岩体力学、渗流力学和结构力学相结合, 理论分析与工程应用相结合, 大坝与周围地质体相结合的系统研究方法, 以大坝及其周围有限的地质体为研究对象, 进行渗流场与应力场耦合分析研究。首先, 以大坝及岩体的结构类型为基础, 进行裂隙渗流力学基础研究, 分析大坝2地质体系统的渗流及渗流控制问题。然后, 同时考虑渗流对介质作用的渗透静水压力和渗透动水压力(渗流体积力或裂隙壁切向拖曳力) , 建立大坝2地质体系统渗流场与应力场耦合分析的多重裂隙网络非线性数学模型及渗流场与温度场耦合分析的连续介质数学模型, 并开发求解此耦合分析模型的三维有限元程序与软件。最后, 进行小湾水电站坝区和龙滩碾压混凝土坝渗流场与应力场耦合分析, 以及龙滩碾压混凝土坝渗流场与温度场耦合分析。在大坝2地质体系统渗流场与应力场耦合分析的多重裂隙网络模型及三维主干裂隙网络模型、渗透动水压力引起的裂隙壁(或碾压混凝土坝层面) 切向拖曳力、渗流场与温度场耦合分析的连续介质数学模型、以及大坝2地质体系统渗流场与应力场(或温度场) 耦合分析的数值方法及三维有限元程序与软件等方面作了创新性的研究。实际工程计算结果表明, 考虑耦合作用时, 由于裂隙(层面) 隙宽的减小而使总渗流量减小, 使渗流场水头分布发生变化; 也使岩体(坝体) 各应力分量的最大值增加10%～ 20% 左右; 当水力坡度较大时, 裂隙壁切向拖曳力使剪应力明显增加; 和耦合分析相比较, 不考虑耦合作用得出的应力结果偏于不安全。随着渗透系数的增大, 渗流场对温度场的影响更加明显, 而温度场对渗流场的影响减弱; 渗流由低温向高温流动时, 使温度场温度普遍降低, 但使渗流场水头普遍升高。     

《岩石力学与工程学报》2004年第17期被EI收录论文（21篇）

No.论文题目作者名页码1多层与梯度非均匀材料弹性力学问题解析解的简明数学理论岳中琦2845–28542平卧“支撑拱”锁固滑坡动力学机理与稳定性判据程谦恭张倬元崔鹏2855–28643膨胀土边坡的稳定性分析卫军谢海洋李小对等2865–28694考虑应力场与渗流场耦合的尾矿坝非稳定渗流分析柳厚祥李宁廖雪等2870–28755三维简化Janbuu法分析边坡稳定性的扩展张均锋2876–28816边坡开挖影响范围和潜在滑裂面的研究曹兴松周德培2882–28867滑带土结构强度特征及其强度参数取值研究田斌戴会超王世梅2887–28928三峡工程库区巫山县加筋土挡墙离心模型试验…     

寒区隧道温度场、渗流场和应力场耦合问题的非线性分析

首先根据传热学、渗流理论及冻土力学提出了带相变的温度场、渗流场和应力场耦合问题的数学力学模型及其控制方程。然后应用伽辽金法导出了这一问题的有限元计算公式。最后给出了一寒区隧道考虑渗流和冻胀时的温度场和应力场算例。算例表明冻胀力对隧道衬砌应力的影响很大,应充分考虑这一因素的影响。     

寒区隧道温度场、渗流场和应力场耦合问题的非线性分析

首先根据传热学、渗流理论及冻土力学提出了带相变的温度场、渗流场和应力场耦合问题的数学力学模型及其控制方程.然后应用伽辽金法导出了这一问题的有限元计算公式.最后给出了一寒区隧道考虑渗流和冻胀时的温度场和应力场算例.算例表明冻胀力对隧道衬砌应力的影响很大,应充分考虑这一因素的影响.     

寒区挡土墙温度场、渗流场和应力场耦合问题的非线性分析

根据传热学,渗流理论及冻土力学提出了带相变的温度场、渗流场和应力场耦合问题的数学力学模型及其控制方程。应用伽辽金法导出了这一问题的有限元计算公式。给出了一寒区挡土墙考虑渗流和冻胀时的温度场和应力场算例。算例表明渗流对寒区挡土墙周围的温度场影响很大,而冻胀力对寒区挡土墙的水平应力影响很大。因此在寒区工程设计时应充分考虑这些因素的影响     

深基坑开挖渗流与应力耦合分析

为了探求深开挖过程中渗流场的变化规律以及对应力场产生的影响，并由此导致基坑稳定的问题，本文对渗流场进行了稳定渗流与非稳定渗流有限元分析，忽略团结效应，将渗流场的水力作用与应力场耦合，力图通过这种分析，以求得在深开挖过程中，因降水形成的地下水渗流，对基坑稳定性影响的基本规律的认识，为深基坑开挖设计与信息化施工提供借鉴。     

基于COMSOL Multiphysics的高拱坝渗流-应力全耦合分析

基于COMSOL Multiphysics平台提供的M语言进行二次开发,研制多物理场全耦合分析模型,并开发计算程序。结合黄河上游某水电站工程建立拱坝渗流场与应力场耦合的三维有限元模型,对比分析水库正常运行期考虑与不考虑耦合情况下坝体和坝基的渗流场与应力场。结果表明,2种情况下渗流场、应力场和位移场的分布规律一致,数值有差别。相比不考虑耦合作用,考虑耦合作用所得到的渗流场等势线偏向下游,各位移分量都有不同程度的增加,且坝体上游岩体的拉应力增加,坝肩和坝基下游岩体的压应力增加,造成坝基渗流场局部分布规律变化,扬压力明显增大,对坝体和坝基稳定产生不利影响。可见,高坝考虑渗流-应力耦合作用效应是十分必要的。     

应用ABAQUS程序进行渗流作用下边坡稳定分析

 为进行渗流作用下的边坡稳定性分析,需考虑渗流场与应力场之间的相互耦合作用。ABAQUS有限元程序具有良好的渗流和变形耦合分析功能,能将渗流场和应力场直接进行耦合,故采用ABAQUS有限元程序结合强度折减技术进行稳定渗流作用下边坡稳定分析,得到边坡整体稳定安全系数,且利用该程序强大的后处理功能,可揭示坡体内渗流浸润面和最危险滑动面的形状和位置,为验证该方法的可靠性,与基于传统极限平衡理论的瑞典条分法和简化的Bishop法进行对比分析。实例计算结果表明,基于ABAQUS的有限元强度折减法克服传统极限平衡法的缺点,计算结果更为合理可靠,是进行渗流作用下边坡稳定这一复杂问题分析的有效方法,可为工程实践提供参考依据。同时,就土体渗透性强弱对渗流浸润面位置及边坡稳定性的影响进行大量的分析和比较,并通过计算表明有限元模型边界的选取对渗流浸润面位置及边坡稳定性都会产生影响,因此有限元建模应合理地选取计算边界。     

渗水高压引水隧洞衬砌的设计研究

在借助渗流体积力考虑渗流场的力学效应，并由室内试验获得渗透系数随应力水平而变化的关系式的基础上，建立了裂缝混凝土衬砌和渗水围岩地层中渗流场与应力场的耦合计算模型，然后根据衬砌混凝土裂缝出现和开展后的受力变形的特征，提出了一种可供高压引水隧洞衬砌配筋采用的计算方法，并将其应用于广蓄电站二期工程高压引水隧洞衬砌的设计研究。     

三峡库区泄滩滑坡渗流场与应力场耦合分析

泄滩滑坡坡体从水力学特性来看为3层透水性较强的岩层(坡积物、滑坡堆积物和滑坡影响带)和2层透水性较弱的岩层(滑带和基岩)构成的互层状结构。以此为基础,进行了三峡库区蓄水至175m水平时泄滩滑坡的渗流场与应力场耦合分析,得出滑坡体内水头分布、滑带底面承受的浮托力分布以及各应力分量分布。可以看出,泄滩滑坡水力学特性上的这种互层状结构不利于滑坡体的稳定,耦合作用对渗流场的影响不大,但对应力场的影响较大。     

隧洞地下水渗流场变化对衬砌受力影响的数值分析

为研究隧洞地下水渗流场变化对衬砌结构受力的影响,通过建立平面应变渗流耦合有限元模型,对隧洞开挖、设置排水管、进行固结灌浆等不同施工工况进行了数值模拟,动态地分析了不同施工措施时的地下水渗流场变化以及相应对衬结构受力的影响。     

地下高压钢筋混凝土岔管渗水开裂三维数值分析计算

根据地下高压钢筋混凝土岔管受内水压力初砌开裂后的渗流场变化特征，提出了高压管道内水外渗的渗流场与应力场耦合的三给有限元数值分析方法。根据地下高压钢筋混凝土岔管衬砌开裂破坏规律，给出了高压管道受内水压开裂的裂缝宽度估计公式和混凝土衬砌结构的配筋计算方法。通过对实际工程的分析计算，论证了高压管道内水外渗的初砌结构配筋的影响，为地下高压管道的设计提供了一种有效的分析方法。     

长江堤防三维随机渗流场研究

给出分析各向异性非均质稳定随机渗流场问题的三维有限元模型;结合实际工程问题,统计分析长江荆南干堤土性参数的分布特征,通过Kolomogorov-Smirnov统计检验表明,渗透系数呈高斯分布假设可以接受。通过对长江荆南干堤随机渗流场的三维有限元统计模拟的数值分析,研究长江荆南干堤渗流场的各种随机特性,并进一步对随机模拟结果进行统计检验,验证模拟结果的合理性。在实际的分析研究中把上下游水位的随机波动引入三维有限元的随机分析模型,分析上下游水位的变异性对渗流场矢量的随机干扰和边界条件的随机性对随机渗流场分析结果变异性的影响。在此基础上进一步考虑施加诸如垂直截渗墙、下游导渗沟等抗渗措施后其作为复杂边界条件的扰动,在与场内土性参数的变异性共同影响下,对渗流场水头势分布的随机干扰特性,并与相应的确定性稳定渗流场问题的结果对比,证实随机渗流场研究的必要性、可行性及实用性,实现对长江荆南干堤的三维渗流场的较为全面的随机场模拟及特性分析,分析得到的结论通过统计检验并结合实测工程数据对照证明是可靠的,所研制的程序是适用的。     

混凝土重力坝稳定渗流场数值模拟研究

利用热传导与水渗流的相似性,运用大型通用软件ANSYS的热分析模块对混凝土重力坝稳定渗流场进行模拟计算。以青海省某混凝土重力坝非溢流坝坝段为算例,在ANSYS计算过程中,采用死活单元技术,并对过渡区的单元进行传导矩阵修正,运用自由面适应网格方法,得到渗流场分布。为验证计算结果的准确性,将ANSYS结果与传统渗流分析软件Seep／W结果进行比较,结果表明ANSYS热分析模块对混凝土重力坝稳定渗流场进行数值模拟计算的可用性。     

非达西渗流惯性系数研究

 针对水电工程渗流分析的具体情况,在已有理论与试验研究成果的基础上,应用数值模拟试验的手段,得出有针对性的惯性系数β计算公式,讨论β值对非达西渗流场非线性现象的影响。这一方法的本质是对前述计算公式用数值试验的方法进行筛选,以获得适用于特定应用环境的计算公式。所得结论对非达西渗流的理论研究以及实际工程应用有重要意义。     

坝体渗流场、应力场耦合问题的非线性分析

首先分析了研究渗流场、应力场耦合关系的必要性 ,建立了两场耦合的微分控制方程组 ,最后以该模型分析了一坝体的耦合应力场     

裂隙渗流对岩石边坡稳定的影响--渗流、变形耦合作用的DDA法

裂隙中的渗流是岩石边坡失稳的重要因素之一。在最近发展起来的离散型数值方法——DDA法的基础上，考虑裂隙网络中地下水的流动，以及渗流压力与岩石变形的耦合作用，从能量最小原理出发，推求了考虑裂隙渗流情况下岩石系统的瞬时平衡方程及对任意裂隙进行安全评价的局部安全系数。用该方法对日本某隧道的塌方事故进行了模拟分析，数值模拟再现了该隧道破坏的过程。模拟结果表明，由于连续降雨和表面结冰导致岩石裂隙中地下水位升高，过大的水压力致使隧道上部的垂向裂隙张开并向下扩展，最终导致整个岩坡的崩塌。研究结论与日本事故委员会的调查结果一致。     

渗流作用下层状饱和土有效应力计算方法的研究

在分析渗流作用下单层土体有效应力性状的基础上 ,研究了渗流作用下层状饱和土体有效应力计算的方法。为便于计算 ,把渗流作用下的有效应力分为自重有效应力和渗流有效应力两部分分别进行计算。