杨房沟水电站拱坝-基础整体地质力学模型试验研究

随着试验技术的发展,地质力学模型试验已成为研究高拱坝整体稳定性和安全度的重要方法。依据相似理论,按照1∶200比例建立杨房沟水电站整体三维地质力学模型,模拟拱坝-基础及两岸主要的断层、节理裂隙及风化卸荷等地质条件,采用水压超载法进行破坏试验研究,分析拱坝、基础及两岸坝肩抗力体的应力、变形和稳定安全度,研究拱坝-基础整体稳定性、失稳破坏过程及超载能力,并与国内同类高拱坝研究成果进行对比分析,综合评价杨房沟拱坝-基础整体稳定安全度。研究结果表明,拱坝起裂安全度K1=2.5~3.0,非线性开始安全度K2=4.0~6.0,整体稳定极限安全度K3=11.0。可见,杨房沟水电站拱坝-基础整体稳定性较高。     

浅谈拱坝重力墩上的拱推力

以浆砌石拱坝为例,采用有限单元法,应用ANSYS通用计算软件,建立拱坝—地基—重力墩的三维有限元模型,通过改变重力墩高度,建立7种不同重力墩高度的计算工况。通过计算、分析,得到重力墩上承受的拱端推力的变化规律以及不同尺寸的重力墩对拱坝安全稳定的影响规律。     

锦屏一级高拱坝整体稳定物理与数值模拟综合分析

高拱坝的整体稳定是工程建设中的关键问题之一,地质力学模型试验和数值计算是研究这一问题的重要方法。通过理论推导建立了基于综合法的大坝稳定安全系数评定关系式。针对锦屏一级高拱坝坝肩地质条件复杂,影响拱坝整体稳定的断层、岩脉、节理裂隙众多,坝高库大和加固难度大,工程安全稳定问题十分突出等特点,采用综合法地质力学模型试验与三维非线性有限元相结合的方法,对加固处理后的锦屏一级高拱坝整体稳定性开展研究。获得了拱坝在正常工况下的工作性态,以及在结构面强度参数降低约30%后坝肩的超载变形失稳过程和最终破坏形态,提出拱坝与地基综合法整体稳定安全度为5.2~6.0(试验值)和5.98(计算值)。通过综合分析模型试验和数值计算的成果,评价了锦屏一级高拱坝工程的安全性和加固效果。研究成果为锦屏一级拱坝工程的安全监测和运行管理提供了科学依据,同时也为其他类似高拱坝工程的稳定分析提供参考。     

某混凝土高拱坝整体安全度评估

某混凝土双曲拱坝坝型和地质条件较为复杂,需要开展拱坝结构特性研究,为此,就拱坝在基本荷载组合和特殊荷载组合下的应力、稳定状态、影响坝体应力变形状态因素的敏感性和拱坝的超载安全度等进行分析,并采用三维非线性有限元超载法对拱坝-地基系统的整体安全性进行研究,确定了系统的整体超载安全度。     

有限元超载法在拱坝整体安全分析中的应用

拱坝等水工混凝土结构体积庞大结构复杂,确保其安全稳定意义重大。针对拱坝整体安全分析问题,采用D-P屈服准则并利用超载法进行弹塑性有限元计算,根据特征点位移突变判据研究拱坝的整体健康状态。以某高拱坝为例进行有限元计算分析,计算结果表明其安全系数K应在5～5.5之间,并证明了有限元超载法在拱坝整体安全分析中的可行性。     

拱坝三维非线性有限元分析及整体安全度评价——以杨房沟水电站为例

采用三维非线性有限元法,模拟了杨房沟拱坝坝体、坝基岩体及主要断层结构面,对坝体进行了位移应力分析,并结合三维极限平衡法分析,对坝肩关键性的可能滑动块体进行了有限元法抗滑稳定分析,论证了两岸关键性的滑块抗滑稳定安全系数均满足设计要求。超载法计算分析成果表明,杨房沟拱坝起裂超载系数在1.6左右,拱坝强度超载系数为4.5~5.0,与国内同等规模拱坝水平相当。在地震作用下,拱坝变形和应力与国内同等工程相类似,坝肩可能滑动块体抗震稳定性满足要求。综上所述,杨房沟高拱坝在正常工况、超载工况及地震工况下均具有较好的整体安全性。     

基于ANSYS模拟的某拱坝坝与地基整体稳定性分析

拱坝坝体的稳定主要依靠两岸拱端的反力作用,其坝体与地基整体的稳定性是工程安全的重要保障,本文采用逐级增加上游水压力的方法 (超载法),通过ANSYS数值模拟技术对我国某拟建高拱坝坝与地基的整体稳定性进行了定量计算分析,得出了相应的应力变形规律,为工程后续坝址决策提供了科学依据。     

基于灰色关联度的边坡稳定影响因素分析

强度折减法作为目前计算边坡安全系数常用方法之一,一直应用于边坡稳定设计研究。首先介绍了强度折减法的基本原理、计算步骤,利用 FLAC3D 内置语言 FISH 编制了相应计算控制程序,使强度折减法在 FLAC3D 程序中得以实现;接着,建立了不同因素水平下的边坡数值模型,采用强度折减法计算了各工况下边坡稳定的安全系数;最后,采用灰色关联度理论分析了安全系数与各影响因素的变化规律。分析结果表明：简单均质边坡稳定各影响因素之中,初始应力场为最重要的影响因素,强度参数及泊松比的影响大于边坡几何参数的影响,变形模量因素影响最小。     

基于加权响应面法的重力坝深层抗滑稳定体系可靠度分析

对于重力坝的深层抗滑稳定问题，当坝基存在多个断层时，可能存在多个潜在的滑移路径。采用非线性有限元和传统的整体安全系数法计算各断层抗滑稳定的安全系数，并采用强度折减法找到其最可能的失效路径，结果表明，强度折减系数大于各断层抗滑稳定的安全系数。基于加权响应面法，计算了各断层抗滑稳定的可靠指标，并与安全系数进行了比较，计算表明，安全系数与可靠指标并非存在完全的对等关系。将滑移路径中的各断层视为并联体系，各滑移路径组成串联体系，采用逐步等效线性化计算各滑移路径失效的可靠指标，及深层抗滑稳定的体系可靠指标，计算结果与强度折减法基本一致。建议在重力坝深层抗滑稳定的安全性评价中引入可靠度理论，弥补单一安全系数法存在的不足之处。     

基于加权响应面法的重力坝深层抗滑稳定体系可靠度分析

重力坝的深层坝基存在多个断层时,可能存在多个潜在的滑移路径。采用非线性有限元和传统的整体安全系数法计算各断层抗滑稳定的安全系数,并采用强度折减法可找到其最可能的失效路径。研究表明,强度折减系数大于各断层抗滑稳定的安全系数。基于加权响应面法,计算了各断层抗滑稳定的可靠指标,并与安全系数进行了比较,表明其安全系数与可靠指标并非存在完全的对等关系。将滑移路径中的各断层视为并联体系,各滑移路径组成串联体系,采用逐步等效线性化计算各滑移路径失效的可靠指标及深层抗滑稳定的体系可靠指标,计算结果与强度折减法基本一致,因此,在重力坝深层抗滑稳定的安全性评价中引入可靠度理论可弥补单一安全系数法存在的不足。     

白鹤滩拱坝整体安全度的非线性分析

根据白鹤滩拱坝及其坝肩岩体的特点,建立能够反映坝体混凝土和坝基岩体相互作用的有限元模型,应用MARC软件对拱坝地基系统的应力应变进行了非线性分析,研究了白鹤滩拱坝的整体安全度、主要结构面的屈服情况和坝肩岩体的稳定性。采用强度储备法、水头超载法、水密度超载法计算的白鹤滩拱坝的整体安全度分别为3.0~3.5,1.5~1.6和2.0~2.3。计算结果表明,坝基内的结构面有屈服现象出现,左岸结构面sh5、右岸结构面C3的稳定性应引起重视,白鹤滩拱坝的整体安全度基本满足设计要求。     

碾压混凝土重力坝安全度评价方法研究

光照碾压混凝土坝是目前世界上最高的碾压混凝土重力坝之一,坝高库大,其安全稳定性是施工期和运行期中至关重要的技术问题。运用有限单元法,对光照碾压混凝土重力坝施工期和运行期的温度场、渗流场、应力应变场等进行仿真分析,采用超载法和强度折减法相结合的方法模拟坝体（坝基）系统的渐进破坏过程和可能的失稳模式,并根据特征点位移突变、屈服区贯通等方法判断大坝的整体安全度,同时对坝基浅层面进行抗滑稳定计算。研究结果表明,光照碾压混凝土重力坝的整体安全度大于3.0,且坝基浅层面等薄弱部位的安全系数大于2.0,满足工程稳定的需要。     

Seismic stability safety evaluation of gravity dam with shear strength reduction method

A new method of numerical seismic stability safety evaluation for a rock slope is proposed based on the analysis of a gravity dam foundation subjected to earthquake loading. The shear strengths of the weak discontinuities are divided by different shear strength reduction ratios (K) and numerical seismic analysis is carried out after the static analysis is completed. With different K values, the curves of the permanent horizontal displacement of key points of the dam foundation (K-displacement curves) are studied. According to the curve change, the distribution of plastic zones in the foundation, and the slow convergence of the finite element method (FEM), the seismic stability safety factor is defined as K when the gravity dam is in the limit equilibrium state subjected to earthquake loading. These concepts were applied to the evaluation of seismic stability safety of a gravity dam for a hydropower project. The analysis of the example shows that the proposed method is feasible and is an effective method of seismic stability safety evaluation.     

拱坝沿建基面抗滑稳定的体安全系数及其工程应用

对于坝基岩体发育有顺坡向结构面等复杂地质条件的拱坝,通常需要核算大坝沿建基面单滑面或多个平面组成的复合滑裂面的抗滑稳定性,但目前尚无为工程界公认的计算方法,现行拱坝设计规范也未作出明确规定。本文采用非线性有限元与传统的刚体极限平衡法相结合的分析方法,将滑裂面、坝基面、临空面与结构面相互切割、组合形成的潜在滑体作为研究对象,以坝基岩体内部发育的陡倾角结构面为分界面,将滑体离散为多个按串联或并联方式排列的块体,利用各块体的静力平衡条件与相邻块体间的变形协调条件,分析滑体在拱推力等外力作用下的抗滑稳定安全系数,即体安全系数。结合小湾拱坝工程,开展大坝沿坝基岩体发育的浅层卸荷裂隙抗滑稳定性的分析计算,通过实例分析表明本文方法的合理性与工程实用性。     

锦屏一级高拱坝整体稳定分析与评价

介绍了锦屏一级高拱坝针对复杂地基的系统加固处理方案,并结合三维非线性有限元数值仿真分析和超载地质力学模型试验,分析了高拱坝的坝基变形、基础的破坏特征、点安全度及整体稳定性;考虑坝基岩体高应力和高渗压作用下,试验研究了软弱结构面可能的降强幅度,并通过综合法地质力学模型试验,揭示了大坝与基础破坏的另一种模式。综合三维数值计算和地质力学模型试验研究成果,依据评判准则,锦屏一级高拱坝整体稳定安全度较高,可满足设计要求。     

基于非线性有限元法的混凝土拱坝稳定特性分析

由混凝土拱坝的受力特点可以看出,其稳定性主要是依靠坝肩两岸岩体来维持,因此,坝肩岩体的稳定直接关系到拱坝的正常运行与安全,是拱坝设计中较为关注的问题之一。文章结合某实际工程,以大型分析软件ANSYS为平台,以某混凝土拱坝和地形整体为研究对象,针对同一模型,采用超载系数法、强度储备系数法等从不同角度分析坝体结构的稳定性。通过非线性有限元计算分析得出,在不同超载荷载作用下裂缝首先沿坝基面向坝高方向发展,同时坝踵区的裂缝沿坝体坝厚方向扩展,最终趋于稳定。随着强度储备系数的增大,拱坝抗滑稳定安全系数随之逐渐减小,基本呈现线性发展。同时,坝体位移也基本呈线性分布规律,但是,当接近临界抗滑稳定安全系数时,坝体位移明显表现为非线性发展趋势。该稳定分析为充分了解拱坝的结构安全度提供计算依据。     

坝基稳定分析的有限元直接反力法

在回顾目前国内外坝基抗滑稳定分析的各种评价准则的基础上,指出用有限元应力积分方法计算抗滑稳定安全系数时,计算结果受有限元应力计算精度影响较大,导致不同研究人员得到的抗滑稳定安全系数差别较大,不利于实际应用。为此,首次提出了稳定分析的有限元直接反力法(不平衡力法),将精度较高的位移解代入滑裂体部分的平衡方程,得到滑裂体边界的反力。工程实例对比计算表明,直接反力法较应力积分法精度高,受网格影响小,有利于工程应用。直接反力法还可用于拱坝坝肩稳定、边坡稳定等需要求解合力的稳定分析领域。     

江坪河拱坝坝肩稳定的三维非线性有限元分析

采用三维有限元方法,用强度储备系数,对江坪河双曲拱坝坝肩抗滑稳定性进行分析.计算结果表明,原加固方案有一定效果,但左岸坝肩不满足抗滑稳定要求,对断层进一步加固后,坝基的整体强度储备系数达到3.6,坝肩稳定安全度基本满足要求.     

基于数值流形法的重力坝抗滑稳定性分析

作为一种新的数值方法,数值流形法在重力坝抗滑稳定性方面的研究较少。首先给出了水压及扬压力的荷载矩阵、安全系数的求解方法,然后采用数值流形法分析了重力坝沿建基面及深层双斜面的抗滑稳定性,得出了安全系数,并与有限元接触分析的结果进行了对比。分析结果表明采用数值流形法和有限元接触分析法得到的安全系数基本一致,从而验证了数值流形法在重力坝抗滑稳定分析中的可行性。     

高拱坝安全评价方法比较

简述了高拱坝基于强度理论的安全系数评价法与基于稳定理论的整体安全度评价等传统确定性方法的现状、优势与不足;研究了高拱坝外载荷、坝身与坝基材料强度弱化等的随机性和评价准则的模糊性,提出并阐述了高拱坝安全评价中基于结构可靠度理论的风险分析法;通过实例对两类方法比较研究表明,考虑随机性、模糊性并基于结构可靠度理论的风险评价与传统的确定性安全评价在研究高拱坝安全方面相辅相成、缺一不可。