隧道开挖问题的水力耦合计算分析

隧道工程中的地下水问题是富水地层中普遍存在的重要问题,地下水流动对隧道围岩稳定性有重要影响。本文利用解析法给出了饱和孔隙介质地层中考虑地下水渗流力作用下的应力。位移表达式;提出了隧道水力耦合数值分析中的耦合计算模型的建立方法并进行数值模拟分析。数值计算结果表明在考虑渗流影响条件下,隧道周边位移最大增加17．0％,最大剪应力最大增加10．3％。在不考虑衬砌条件下,由于渗流引起的渗流力增加了围岩的应力、位移,从围岩-支护结构共同作用原理考虑,进行隧道支护结构设计时是应该考虑渗流效应的。     

高混凝土面板堆石坝变形安全内涵及其工程应用

在分析国内外高混凝土面板堆石坝出现的严重问题的原由的基础上,摒弃几十年来面板堆石坝经验设计的概念,指出高混凝土面板堆石坝除了通常土石坝要求的抗滑稳定安全和渗流稳定安全以外还必须满足变形安全的要求。建立了高混凝土面板堆石坝设计的变形协调新理念,包括坝体沉降协调、坝体水平位移协调、面板法线方向和坝轴线方向的坝体变形和面板变形同步协调,提出了高混凝土面板堆石坝变形安全设计的内涵包括变形协调准则、判别标准、计算方法和对策,以 203.5 m 高的 Bakun 坝为例,阐明变形协调设计新理念替代经验设计概念的必要性。     

水力耦合下隧道洞口黄土滑坡失稳及处治研究

受水力耦合作用影响,隧道洞口处于稳定状态的黄土老滑坡被激活,滑坡面出现地表拉张裂缝,滑坡体向洞口临空面滑塌风险陡增。本文研究基于隧道施工条件及进洞施工设计,采用工程实测、数值模拟的方法,对隧道洞口上覆黄土滑坡失稳机理进行深入分析,并进一步提出处治措施,研究类似条件隧道进洞施工关键技术。研究认为：构造应力集中、钻爆振动荷载耦合作用下,隧洞软弱围岩的劣化是滑坡体初期受激活的诱因,而滑移面渗水侵蚀是造成中期滑坡体失稳的主因;通过采用坡顶截排水沟引流、封闭裂缝防渗、超长明洞反压的处治措施,可有效阻止受激活黄土滑坡向后期失稳滑塌发展;同时,在类似背景下隧道进洞施工时,应优先施作明洞并及时回填,并采用控制爆破、加强支护刚度、加密预报及监测。     

裂隙岩体非饱和水力应力耦合的不连续介质模型研究

目前对于裂隙岩体饱和水力应力耦合的研究取得了一些进展,但在很多工程领域不能简单地采用饱和渗流分析,而是要考虑岩体饱和-非饱和渗流、应力耦合作用对工程岩体的强度和稳定性的重要影响.因此在总结众多学者对裂隙岩体水力耦合研究成果的基础上,根据DDA力学计算和非饱和渗流计算原理,提出了基于非连续介质方法的--DDA方法的非饱和水力应力耦合模型;并给出了降雨入渗工况下的边坡水力耦合算例.计算结果表明,边坡稳定性随着降雨入渗时间的增加而减小,降雨强度越大,边坡稳定系数的降幅越大;考虑水力耦合时的边坡稳定性要小于不考虑水力耦合时的边坡稳定性,且在同一时刻,若降雨强度越大,考虑水力耦合与不考虑水力耦合的稳定系数差值越大.仿真试验和工程应用表明其计算成果是符合实践规律的,由此说明了所提出的水力耦合模型能正确反映裂隙岩体的水力学特性,验证了该模型是可行有效的,可付诸于实践.     

修正邓肯模型及在面板堆石坝应力与变形分析中的应用

堆石料本构模型的选择对于合理预测堆石坝在施工和蓄水加载中的应力与变形性状是非常关键的,堆石坝的蓄水加载,导致单元应力状态发生改变,试验研究表明此路径堆石体的变形模量与施工加载路径下显著不同,简便而实用的邓肯模型能够反应土体的主要性质,并通过引入加载函数的加卸载准则来反映堆石体经历蓄水后刚度增加的模式,计算表明,该计算模式往往得到较大的变位,当卸载时直接采用卸载弹性模量,再加载时采用过渡的模式,并考虑加卸载对体积模量的影响,将此修正的邓肯模型用于板堆石坝的三维静力计算中,计算得到的面板的变形和应力结果相对较为合理。     

面板堆石坝模型动力破坏试验与数值仿真分析

通过类比试验方法 ,观察、比较了振动台上面板堆石坝和普通堆石坝的破坏过程及其破坏性态 ,分析了面板对坝坡稳定性的影响。由于堆石颗粒之间以及堆石体与面板之间的位移不连续 ,采用非连续变形分析方法对两种模型坝进行了数值模拟 ,结果表明 :数值模拟的结果与振动台模型试验的结果很相似 ,从而从模型试验和数值仿真分析两个方面探讨了地震时面板堆石坝的破坏过程及其破坏形态 ,对面板坝的抗震设计提供了依据。     

高面板堆石坝变形控制技术分析

面板堆石坝是我国水库大坝中的一种重要坝型,具有工期短、造价低、抗震性好等优点.目前,随着高面板堆石坝的修建,坝体变形问题越加凸显,本文着重就高面板堆石坝变形机理与控制技术展开详细分析,并围绕案例具体论述了高面板堆石坝填筑施工与变形控制要点,以期可为类似项目提供有价值的参考.     

水电站工程高面板堆石坝施工技术研究

面板堆石坝是在二十世纪60年代开始发展起来的,由于其独特的性能优势在全世界的水电站工程建设中得到越来越广泛的应用。目前,世界上最高的钢筋混凝土面板堆石坝是中国的水布垭水利枢纽,高达233米。本文从高面板堆石坝自身特点出发,探讨在水电站工程建设中高面板堆石坝的施工技术问题。     

芭蕉河混凝土面板堆石坝应力应变研究及稳定性分析

通过建立描述面板堆石坝的应力变形的实用数学模型,运用适合于该数学模型的有限元计算程序,对应力变形问题进行模拟,从而确定应力的特征值以及工程的控制部位。经过计算分析,该堆石体的整体稳定性较好。     

高面板坝全寿命周期变形控制方法及应用

高面板坝的变形对面板的安全运行有着特别重要的影响,国内外已建的高面板坝工程中,因坝体变形大导致防渗面板挤压破损,坝体渗漏量大的实例较多,不得不降低水库水位进行修复处理,造成较大的经济损失乃至给大坝的长期运行留下安全隐患。通过发生挤压破损的实例分析,发现变形控制缺乏系统性是发生面板挤压破损的主要因素,为预防面板破损,系统提出了“控制坝体总变形,转化有害变形,适应纵向变形”的坝体变形控制方法,并在使用软硬岩混合料筑坝的董箐面板堆石坝中得到的应用,取得了良好效果,该工程运行至今达十余年,未见面板有挤压破损迹象,该方法对建设200 m以上乃至300 m级超高面板坝具有重要借鉴意义。     

超高面板堆石坝面板挤压破坏机理及数值模拟方法研究

面板挤压破坏是影响超高面板堆石坝安全的核心问题。总结分析了国内外数座典型超高面板堆石坝工程中发生的面板挤压破坏现象及特征。论述了面板纵缝转动接触挤压效应的发生机制,认为由坝体变形所导致的面板转动挤压和位移挤压是导致面板发生挤压破坏的本质原因。基于非线性接触力学的方法,自主开发了可描述面板坝复杂多体接触特性的计算方法和三维有限元计算程序系统。使用局部子结构模型对面板纵缝的转动接触挤压效应进行了分析。计算结果表明,转动挤压和位移挤压均可在纵缝两侧面板表面部位引发严重的应力集中,可从量值上解释面板发生挤压破坏时面板中部挤压应变实测值和计算值仍远低于混凝土极限抗压应变的现象。     

高混凝土面板堆石坝设计理念探讨

在分析天生桥一级和阿瓜密尔帕两座200 m级高混凝土面板堆石坝出现工程问题的原因的基础上,指出目前坝体分区设计原则的不完全性,提出了面板堆石坝坝体分区设计新理念,即坝体分区设计除了遵循料源决定原则,水力过渡原则和开挖料利用原则以外,更要重视变形协调原则,提出了实现变形协调的4个途径,来确保高混凝土面板堆石坝的应力变形性状良好与大坝安全。     

Three-dimensional seismic response analysis of a concrete-faced rockfill dam on overburden layers

Reasonable seismic response analysis of a high rockfill dam is of great engineering significance in guiding its design and ensuring its seismic safety during operation, especially of a concrete-faced rockfill dam (CFRD) on overburden layers. The three-dimensional seismic behavior of the Miaojiaba CFRD is simulated and analyzed by the finite element method (FEM). The results indicate that: 1) the amplification coefficient along the dam axis gradually increases with the altitude, and reaches maximum at the dam crest; 2) the vertical residual deformation mainly exhibits downwards and reaches maximum near the dam crest; 3) the earthquake significantly aggravates the deformation of peripheral joints; 4) the impounding condition and overburden characteristics have great effects on the dam’s seismic response.     

混凝土面板砂砾石坝漫顶溃决过程数值模拟

基于混凝土面板砂砾石坝溃决机理,提出了一种模拟其漫顶溃决过程的数值计算方法。该方法针对砂砾石料级配范围宽,最大颗粒与最小颗粒粒径相差大的特点,引入与水流方向垂直的附加作用力来考虑粗颗粒对细颗粒的阻拦、遮蔽以及细颗粒对粗颗粒的包围、填实等作用,导出了能较为合理反映砂砾石料特性的临界起动流速;建议了一个砂砾石料的冲蚀公式,给出了面板折断时间与坝体冲蚀量之间的数学表达式,较为合理地确定面板的折断时刻。利用该方法对青海省沟后水库面板砂砾石坝的溃决过程进行了模拟计算,得出的溃口发展规律与溃坝洪水流量过程与溃坝调查结果大体相符,验证了其合理性。     

高混凝土面板堆石坝地震损伤机理研究

以紫坪铺面板堆石坝为例,基于堆石料的黏弹性模型和地震残余应变模型计算分析了高混凝土面板堆石坝的地震响应,并结合震害调查结果分析了高混凝土面板堆石坝的地震损伤机理。研究表明,输入地震加速度在坝顶附近和坝坡表面显著放大,呈现出显著的鞭梢效应,导致坝顶和下游坝坡上部堆石体松动滚落。地震导致大坝堆石体产生显著剪缩,坝体断面整体向内收缩,刚性混凝土面板与垫层料之间脱空,脱空后面板与垫层料之间的摩擦力大幅减小甚至消失,面板在自重和地震惯性力联合作用下向下滑动,致使面板水平施工缝发生错台,面板表面产生裂缝。地震还导致岸坡附近左右坝段堆石体向河谷中央位移,致使岸坡附近面板垂直接缝发生拉伸破坏,河床中部垂直接缝及附近混凝土面板发生挤压破坏。数值计算和震害调查结果均表明,高混凝土面板堆石坝的地震损伤现象主要与其堆石体地震残余变过大,以及堆石体与防渗系统之间变形不协调密切相关,故强震区修建高面板坝应尽可能提高堆石体压实密度,以减小坝体的地震残余变形。     

高堆石坝流变机理的组构理论分析方法

提出了采用颗粒材料的组构理论分析高堆石坝流变变形机理的方法,从堆石体材料的细观角度探讨堆石集合体的宏观力学和变形响应。现有研究成果表明:仅仅采用孔隙率和干密度不足以完全表达堆石体材料的离散特征,组构分析的张量不仅包含上述宏观指标所表达的力学意义,而且还包含堆石体在空间的分布情况。组构张量包含以下具体涵义:堆石体颗粒本身的几何特征、堆石体在空间的分布、堆石体颗粒间的相互作用等。堆石体组构张量与应力张量和应变张量有密切的关系,从组构张量的变化可以导出堆石体的变形机理和规律,从而揭示堆石体材料流变变形的细观机理。