重力坝均质坝基的失稳机理研究

本文通过数值模拟重力坝均质坝基的破坏过程,对其失稳机理进行了分析研究。结果表明,坝基的破坏主要表现为坝踵裂缝的延伸和坝趾附近基岩剪切屈服区的扩展。当屈服区在坝基浅层形成上下游贯通时,坝基承载能力达到极限值,大坝沿塑性屈服层滑移,从而导致整体失稳。     

混凝土传力抗剪结构在拱坝坝肩加固处理中的效果分析

针对影响小湾水电站坝肩稳定的不良地质构造,设计上拟定了以混凝土洞塞为主的系统治理方案,特别是在近左拱端的1 210 m高程构建“牙刷状”的传力抗剪结构来提高坝肩的整体抗变形能力.为对混凝土洞塞的加固措施进行效果评价,针对小湾拱坝1 210 m高程的不良地质构造,采用地质力学模型试验方法,模拟了坝肩1 210m高程岩体中的断层、蚀变带、坝肩强卸荷岩体及混凝土传力抗剪结构等,进行天然地基方案和加固地基方案的超载法破坏试验对比分析研究.试验表明:对坝肩进行加固处理之后,坝肩变位有一定程度的减少,破坏形态有所改善,超载系数由Kp=2.2提高到Kp=3.0 ～4.0.证明了这种加固处理措施具有改变拱端推力的传递方向、增强坝肩整体抗变形能力等综合作用,是行之有效的加固处理措施.研究成果可对类似坝肩稳定问题提供经验和借鉴.     

复杂地质条件下高拱坝整体稳定研究与软弱结构强度弱化效应影响分析

锦屏一级高拱坝坝高库大,坝址区地质条件复杂,坝与地基整体稳定问题突出。工程蓄水运行后,坝肩结构面及软弱岩体的强度在高应力、强渗压的长期作用下将降低,对拱坝整体稳定更为不利。为评价加固后工程安全性,由水岩耦合三轴试验得到各软弱结构面强度在不同条件下的弱化率,并在此基础上采用综合法地质力学模型试验。由于试验技术限制,对结构面无法实现分区降低破碎带及影响带强度,综合各方面因素,模型试验最终采用破碎带统一降强30%的弱化方案。针对软弱结构面强度弱化效应对整体稳定的影响,采用三维非线性有限元软件对破碎带统一降强30%（方案一）和破碎带及影响带分区降强（方案二）进行计算分析,通过对比两方案计算结果,正常工况下方案二坝体变位较方案一增加幅度约-0.2%~2.24%,坝肩变位值较方案一增加幅度约-2.35%~1.72%,超载工况下坝体变位增加幅度约-4.68%~9.23%。两方案下坝体及坝肩抗力体变位、破坏过程及机理规律相似,量值相近,且试验与计算成果相近。综合分析认为,锦屏一级拱坝模型试验采用在破碎带统一降强30%来模拟破碎带及影响带分别降强是合理可行的,试验成果是可靠的。     

Hardfill坝的基底压力和附加应力计算

主要采用弹性理论分析方法并辅以有限元数值模拟方法,分析Hardfill坝建基面上以及坝基内部的应力状况,探明坝基的应力分布规律,求出地基内附加应力大小及分布的解析解,确定Hardfill坝对地基承载力的要求.利用有限元和数值方法拟合出基底压力大小分布,以基底压力来等效坝体对地基的作用,进一步求出对应的附加应力解析公式.解析公式中设置了几个参数使其适用于不同的筑坝材料和地基岩体,以及不同坝高情况的应力计算.研究结果虽然来自Hardfill坝但也适用于其他基底压力为曲线形的建筑物地基附加应力求解.     

基于有限元法的重力坝双斜面抗滑稳定分析

对坝基含双斜面软弱结构面的某重力坝工程挡水坝段,以非线性有限元法进行静力荷载作用下的深层抗滑稳定研究.计算结果表明,当坝基内含有双斜面软弱结构面时,在超载过程中,坝体沿该双斜结构面向下游滑动,其中坝踵附近的软弱结构面最危险,坝趾下游结构面次之,判定超载安全系数K=3.0～4.0.并通过刚体极限平衡法对有限元计算结果进行...     

基于不同地基条件下Hardfill坝的破坏模式及稳定性研究 (研究生论坛）

Hardfill坝是一种介于重力坝与土石坝之间的新坝型,坝体结构特性较好,整体应力水平较低,应力集中不明显,但是Hardfill坝对于地基的适应能力如何还有待了解,所以对其在不同地基条件上的结构破坏模式与稳定性的研究很有必要。本文采用地质力学破坏模型试验和有限元计算,针对在外荷载作用下Hardfill坝在均质地基以及含有复杂结构面的地基上的破坏模式及其稳定性开展研究。结果显示：在均质地基上Hardfill坝由坝踵首先开裂,并沿着建基面一直贯通直至坝趾处发生整体失稳,超载安全系数较大;在含有软弱结构面的复杂地基上的坝与地基主要在软弱结构面出现塑性破坏,最终沿软弱结构面发生滑动失稳,稳定安全度相对于均质地基较弱。     

研究生论坛：含不同倾角结构面的重力坝坝基深层抗滑稳定研究

为了研究存在不同倾角结构面时的重力坝坝基深层抗滑稳定问题,本文基于超载理论的地质力学模型试验,对含双倾斜结构面的某水利枢纽中的C#坝段进行破坏试验,得到坝基的破坏机理以及超载安全系数K_p=3.0,再采用有限元,对天然坝基存在的不同倾角结构面进行多种组合计算分析,得到含单倾斜结构面坝基超载安全系数K_c=2.6、双倾斜结构面坝基超载安全系数K_c=2.4。研究结果表明：对于含双倾斜结构面的重力坝坝基,模型试验与有限元计算所得的大坝破坏失稳过程相似,模型试验得到的超载安全系数略大于有限元计算所得超载安全系数;含不同倾角结构面重力坝坝基,其失稳滑动模式和破坏机理均不同。本研究采用两种不同的方法进行对比分析,相互验证,揭示了含不同倾角结构面的重力坝坝基深层滑动的破坏机理。     

复杂地质条件下拱坝坝肩稳定地质力学模型试验研究

结合四川宝兴河铜头水电站混凝土拱坝，对坝肩稳定进行了三维地质力学模型试验研究，试验中采用变温相似材料模拟坝肩坝基岩体中的软弱结构面，运用超载与强降相结合的方法进行破坏试验。主要探讨了该拱坝坝肩失稳的破坏过程、破坏形态和破坏机理，获得了坝肩整体稳定安全度。试验表明：采用超载与强降相结合的破坏试验方法得到的安全度为3．12～3．51。同时表明在正常运行情况下，坝肩是稳定的，在强降阶段，坝肩出现开裂，尤以左坝肩为甚，因此对两坝肩特别是左坝肩上部进行加固处理是十分必要的。     

含不同倾角结构面的重力坝坝基深层抗滑稳定研究

为研究存在不同倾角结构面时的重力坝坝基深层抗滑稳定问题,基于超载理论的地质力学模型试验,对含双倾斜结构面的某水利枢纽中的C#坝段进行破坏试验,得到坝基的破坏机理及超载安全系数Kp=3.0;采用有限元,对天然坝基存在的不同倾角结构面进行多种组合计算分析,得到含单倾斜结构面坝基超载安全系数Kc=2.6,双倾斜结构面坝基超载安全系数Kc=2.4。研究结果表明:对于含双倾斜结构面的重力坝坝基,模型试验与有限元计算所得的大坝破坏失稳过程相似,模型试验得到的超载安全系数略大于有限元计算所得超载安全系数;含不同倾角结构面重力坝坝基,其失稳滑动模式和破坏机理均不同。研究采用两种不同的方法进行对比分析,相互验证,揭示了含不同倾角结构面重力坝坝基深层滑动的破坏机理。     

突变理论在地质力学模型试验失稳判据中的应用

地质力学模型试验是研究高坝工程稳定安全性的重要方法之一,如何较准确的通过测试结果建立大坝失稳判据,判断坝与地基的失稳破坏过程,得到综合稳定安全系数,是地质力学模型试验的关键技术问题。本文由突变理论及其相关性质,选用较为成熟的尖点突变模型及其标准势函数公式,推导出相应的失稳突变判别式,建立基于尖点突变理论的失稳判据,并通过相关算例进行有限元分析,依据计算成果的变位—超载倍数关系,提出超载安全系数,并与有限元塑性区贯通、计算不收敛等失稳判据对比分析,印证尖点突变模型失稳判据的可靠性和适用性。再将其应用于丹巴水电站地质力学模型试验中,试验结果给出了闸坝在正常蓄水位和降强之后超载作用下的位移场,获得了闸坝的变形及分布特征、揭示了裂缝发展的全过程及其破坏机制,得到降强系数为 1.18,超载系数为 1.8～2.0,确定了闸坝整体稳定安全系数为 2.12～2.36。根据尖点突变理论,由试验测试成果建立相关失稳判据,据此提出破坏过程及综合稳定安全系数,并与常规地质力学模型试验分析成果进行对比,分析结果验证了基于地质力学模型试验测试成果的尖点突变模型失稳判据的合理性。     

光纤光栅传感器在重力坝结构模型试验中的应用

在水工结构模型试验研究过程中,主要采用表面位移计、电阻应变片等仪器对坝体的位移和应变、坝基以及抗力体的位移进行测试,而传统的监测仪器难以准确测定模型的内部变形。以某重力坝段为基础,在坝体和坝基分别埋设光纤光栅传感器,对结构模型在超载过程中的内部位移进行监测,并采用位移计、电阻应变片对该物理模型进行了变形监测。通过光纤传感器和位移计对坝体和坝基位移的监测结果比较分析,表明两者在对应部位的监测结果较为一致,证明了光纤光栅传感器在重力坝结构模型试验应用中的可行性,同时试验结果揭示了坝基超载安全系数约为6.0,以及在超载作用条件下的坝基破坏机理。     

不同地质条件下重力坝扬压力等效模拟方法分析（“研究生论坛”稿件）

摘要:针对不同地质条件及不同超载系数情况下扬压力等效模拟方法的效果问题,使用地质力学模型试验与有限元计算相结合的方法,通过对均质地基及含有软弱结构面的复杂地基上的重力坝进行分析研究,对比分析地质力学模型试验、利用有限元进行计算的等效扬压力模型和实际扬压力模型（以下简称为等效模型和实际模型）所得结果,验证了不同地基条件及不同超载系数情况下扬压力等效模拟的可行性。成果表明,扬压力等效模拟的方法在均质地基和复杂地基的不同超载系数下均能较为合理的实现对重力坝扬压力的等效,应用于地质力学模型试验中是可行的。     

地质力学模型试验中的变位信息监测及其在工程中的应用

地质力学模型试验是研究高拱坝与地基整体稳定安全的重要方法之一。在试验中,通过变位监测可获得大量的模型变位数据,但如何通过这些变位数据来评价高拱坝的稳定安全性还有待研究,特别对于地质力学模型综合法试验还没有形成一套完整的变形稳定分析评价体系。本文首先根据地质力学模型超载法、降强法和综合法三种破坏试验方法的原理和点安全系数基本公式,建立了基于地质力学模型综合法试验的大坝稳定安全系数评定关系式;其次,应用变形突变理论,提出将坝体和坝肩岩体变位曲线中的拐点1作为初裂特征点、拐点2作为大变形特征点,并将各特征点对应的安全系数作为评价高拱坝整体稳定的依据。然后,采用地质力学模型综合法,开展了加固地基条件下锦屏一级高拱坝三维地质力学模型破坏试验,获得了坝与地基的表面变位、坝体应变和结构面内部相对变位的分布特性,并找到变位发展过程曲线中的特征拐点,综合模型破坏形态等分析得出坝肩稳定综合法试验安全度为5.2~6.0。该成果为工程的设计施工和安全运行提供了重要的依据。     

复杂地基重力坝与胶凝砂砾石坝变形破坏对比分析

胶凝砂砾石坝（CSG坝）是一种新型坝,具有大坝整体应力水平低、施工快速以及节约工程投资等优点。本文采用地质力学模型试验法,对CSG坝与重力坝在复杂地基上的深层抗滑稳定问题以及破坏差异进行分析,CSG坝原型选取守口堡大坝,与武都重力坝19#坝段坝址区复杂地基相结合成一新坝段,从而模拟CSG坝在复杂地基下的运行情况,并通过模型加载试验得到坝体的变形特点及复杂地基中断层和层间错动带的破坏形态。通过CSG坝与武都重力坝19#坝段的模型试验数据以及两者破坏形态对比分析中可以得到：1）在相同的超载倍数下,重力坝坝体较CSG坝坝体变位较大;2）在最终破坏阶段,CSG坝与重力坝坝体均有轻微的扭转,其中重力坝坝体有轻微的顺时针转动,CSG坝坝体有轻微的逆时针转动;3）CSG坝与重力坝所在复杂地基的断层均发生了不同程度的滑移,其中断层10f2、f115发生了较大的相对变位;4）重力坝整体向下游变位较CSG坝明显,挤压破坏情况较为严重;5）模型试验中得到CSG坝安全度为6.4,重力坝安全度为3.0,运用刚体极限平衡分析得到CSG坝安全度为5.9,重力坝安全度为2.5。模型试验结果与理论分析结果得到相互验证,因此,从两者数据结果可得出CSG坝的极限承载能力较重力坝强,超载系数大,安全度较重力坝高,说明CSG坝是一种高安全性的坝型。     

水库坝基综合地球物理勘察技术与应用

水库坝基地质条件关系到大坝建设质量,其前期的勘察工程至关重要。目前,利用物探与钻探工程相配合,可以获得坝基土岩介质较为丰富的勘察资料。结合地震折射波和并行电法对新建水库坝基进行勘察,确定了土层埋深、岩体风化带等特征参数,为坝基处理与施工提供可靠的依据。应用实践表明,利用综合物探方法可以提高对地质异常的判断能力,效果良好。     

重力坝三维有限元分析

以三维有限元法为基础,对故县水库重力坝坝体及基础进行结构分析,计算坝体在5种工况下的应力、位移,并对计算结果进行详细分析.指出坝体应力在几种工况下绝大部分处于受压状态,坝踵区出现了应力集中现象;在温度荷载的作用下,坝体发生了较大的变形,温升时坝踵处产生较大的压应力,温降时产生拉应力.由于横缝作用,拉应力值不大;在地震动力荷载作用下,坝体最大动位移出现在坝顶上游侧,在坝踵和坝趾处均出现应力集中.这些结论供同类型的重力坝设计和复核作参考.