潘口面板堆石坝地震反应与动力稳定分析

为了研究面板堆石坝在地震作用下的动力、变形特性及安全性,以潘口面板堆石坝工程为研究对象,用有限元法对其进行地震反应分析,重点研究加速度反应特性、震后残余变形及面板变形、坝体单元抗震安全性及下游坝坡的抗震安全性.分析结果表明,大坝整体抗震性能较好,满足给定地震下的抗震稳定性要求;坝顶及坝顶附近下游坡部分区域的加速度反应较大,并发生相对较大的永久变形,为该面板堆石坝工程抗震中的薄弱部位.     

厦门抽水蓄能电站上水库混凝土面板堆石坝静动力分析

该文选取厦门抽水蓄能电站工程上水库混凝土面板堆石坝建立坝体和坝基的三维有限元模型,进行三维非线性静力有限元分析,研究竣工期和运行期坝体的位移和应力分布规律;在静力分析基础上,采用动力时程分析法进行三维非线性动力有限元分析,研究混凝土面板堆石坝堆石体的地震反应规律。计算结果表明,厦门抽水蓄能电站上水库混凝土面板堆石坝的位移分布和地震反应永久变形分布规律性较好,应力分布合理,未发现有特殊不利的性态,设计方案合理,静动力工作特性符合一般规律。     

考虑坝料振动硬化特性的高面板堆石坝地震反应研究

阿尔塔什面板坝最大坝高164.8 m,覆盖层深度94 m,大坝抗震按9度设防。坝基覆盖层与坝体总高度达258 m,按变形控制而言,为强震区300 m级超高面板堆石坝。根据坝料室内试验资料,考虑坝料振动过程中的硬化特性,对大坝和坝基组成的系统进行了整体三维有限元计算,通过分析坝体以及坝基防渗墙的地震加速度反应、动应力反应,分析了大坝震后永久变形以及面板与防渗墙连接部位的变形。结果表明:堆石体、面板及防渗墙最大加速度反应为9.8 m/s2,放大倍数在2.7～3.6倍之间,堆石体动剪应力不大于400 kPa,地震反应在容许范围内;大坝震后表现为体积震缩特性,最大震陷110 cm,占坝体与坝基可压缩层总高度的0.4%;大坝地震反应分布规律合理,坝体抗震安全性满足规范要求。研究成果可作为大坝抗震设计优化的依据。     

纳子峡面板砂砾石坝地震永久变形有限元分析

针对纳子峡面板砂砾石坝实际情况,采用三维非线性动力有限元法,建立了大坝的三维有限元模型,计算了大坝在设计地震作用下的地震响应。根据面板坝土石料的三轴试验结果,选用坝料的残余应变模式,建立了同时计入残余体应变和残余剪应变的面板砂砾石坝地震永久变形计算模式,应用应变势概念及其相应的整体变形计算方法,计算预测了纳子峡面板坝的地震永久变形,分析了坝体地震永久变形的量值和分布规律。结果表明,大坝在7.5度地震作用下具有较好的抗震能力,其永久变形能够满足工程需要。     

密松水电站面板堆石坝抗震设计与安全性评价

密松水电站面板堆石坝属于超宽河谷的面板堆石坝,其抗震分析还缺少相应的工程经验。针对面板堆石坝在强震中易产生坝体永久变形过大及面板易破损等问题,采用拟静力法和有限元时程动力法,分析了堆石坝的加速度和应力反应、面板应力、接缝变形、坝体地震残余变形以及坝坡的动力稳定性,对大坝的抗震安全性进行了综合评价。结果表明,在设计与校核地震作用下,坝坡稳定性满足规范要求,坝体永久变形与同类工程相当,面板应力状态满足抗震安全要求,面板接缝变形在止水结构允许范围之内。     

阿尔塔什水利枢纽工程混凝土面板堆石坝抗震工程措施及静、动力有限元计算分析

鉴于强震区200 m级超高混凝土面板堆石坝所面临的变形控制难、坝体抗震等级高、砂砾石覆盖层深厚等诸多设计难点,结合阿尔塔什混凝土面板堆石坝坝体结构、坝壳料设计,借鉴已建工程经验提出抗震工程措施。通过建立坝体、覆盖层的三维有限元模型,堆石料静力本构分析采用邓肯张E-B模型,动力本构分析采用等效黏弹性模型,分析了考虑抗震工程措施的坝体抗震能力。结果表明:坝体在竣工期、正常运行期、正常运行+地震三个工况下的变形规律合理。混凝土防渗墙和面板结构中最大拉、压应力均可满足所选混凝土材料的规范要求。坝顶下游坝坡设置浆砌块石护坡后可有效减弱该区域局部动力剪切破坏和浅层滑移。坝顶上、下游边坡布置阻滑钢筋网以及适当提高填筑料的相对紧密度、孔隙率,可以有效提高大坝坝坡的抗震稳定性和坝体抗震能力。研究成果以期为今后300 m级面板堆石坝工程设计上提供借鉴。     

剑科心墙堆石坝三维地震反应分析

采用三维非线性动力有限元分析方法,针对处于岷江断裂带和龙门山断裂带的剑科水电站工程的心墙堆石坝,进行了坝体在人工地震波作用下的地震反应计算分析,研究了该坝的地震位移、加速度反应、动剪应力、残余变形以及液化反应.计算结果表明,坝体最大加速度放大倍数为3.23,放大效应明显;廊道顶部最大动剪应力为150 kPa,动强度满足要求;最大永久沉降量约为坝高的0.139%,分布符合一般规律:动孔压比较小,不会发生液化破坏.坝体各项抗震指标均在合理范围内,大坝抗震稳定性良好.     

平寨混凝土面板堆石坝地震反应特性研究

基于三维非线性动力有限元分析方法,对平寨水库混凝土面板堆石坝进行地震反应特性研究。针对坝体动力加速度反应、地震残余变形、面板应力及周边缝变形以及坝坡的抗震稳定性对建于峡谷区200 m级高混凝土面板堆石坝进行综合评价,揭示峡谷地形高混凝土面板堆石坝地震反应的一般规律,研究高面板坝的抗震稳定性,并建议相应的抗震设计工程措施。     

双河口面板堆石坝三维地震反应分析

采用土石料Harding等效线性动力本构模型对双河口面板堆石坝蓄水期的地震反应进行模拟计算,主要包括坝顶和坝体加速度反应、面板应力反应和变形及接缝位移等.根据计算结果,双河口面板堆石坝在地震作用下整体上满足抗震要求,设计基本合理,未发现有特殊不利的性状.但在大坝的一些特殊部位也应采取适当的抗震加固措施和有效的排水措施.为大坝的抗震设计提供了有力的技术依据.     

不同河谷条件面板堆石坝地震加速度反应规律

采用等价线性化黏-弹性模型研究了不同坝高、不同河谷宽度和不同河岸坡度情况下的面板堆石坝地震响应,进行了三维动力反应计算分析,重点分析了面板堆石坝坝顶点的地震动力加速度反应随河谷形状变化的规律。结果表明:中高坝坝体的最大加速度反应值位于河谷中央的坝顶,且最大加速度反应值随河谷的变窄而变大;高坝坝体的加速度反应规律及加速度最大反应值受河谷形状的影响较小;低坝河谷较宽时,坝体的最大加速度反应值由河谷中央向两岸移动,因此对宽河谷采用二维计算时,既不能给出坝体的最大加速度反应值,也不能给出最大加速度位置,必须采用三维计算。     

水动力条件对水体自净作用的影响

通过水槽实验和理论分析,研究了水动力条件对水体自净作用的影响,发现水流流速是影响水体自净作用的主要因素之一,不同断面及水深条件下水体自净作用的差别不是特别明显。分别采用生化需氧量-溶解氧耦合模型和化学一级反应拟合并预测了水质随时间的变化关系。水流流速的增加在一定程度上提高了水体复氧能力,增强了水体的自净作用。当流速超过一个临界值使得底泥再悬浮发生时,水体自净作用在短时间内急剧降低。在引水工程中,合理控制和设计水力参数(流速流量、取水周期及间隔、增加消能水工建筑物)是控制水体水质的有效措施。     

感潮河段交汇区水流特性数值模拟 --以宁波三江口为例

河流交汇为城市的发展提供了便利,对区域防洪、航运及河道演变影响重大。针对感潮河段交汇区域特有的非恒定往复流条件,以宁波三江口为例,运用Delft-3D建立二维水动力数学模型。基于实测水文和地形资料,引入四种评估参数对模型进行了率定与验证。重点分析了洪、枯两季涨、落急时刻,交汇区流速分布及水面形态等水流特性。结果表明:涨潮时,交汇区流场可类比分叉水流;落潮时,则为交汇水流;交汇区顶点及左支入汇侧下游存在两个低流速区,并可形成分离区;汇流区流速整体呈落潮大于涨潮的趋势,洪、枯季间最大流速相近。此外,涨、落急时刻典型特征断面水面呈单一横比降,且落急时刻比降明显大于涨急时刻;落急时,交汇口水面呈混合层附近高,两侧低的"马鞍形"分布。     

水功能区水质响应系数计算研究

水质响应系数是计算水环境容量,进而明确排污责任主体的重要基础。以一维对流扩散方程为基础,基于线性叠加原理,推导了水质响应系数矩阵,探讨了基于综合水动力水质模型的水功能区水质响应系数矩阵高效计算方法。基于HEC-RAS模型建立了辽河干流水动力水质模型,据此计算了辽河干流水功能区水质响应系数矩阵。结果表明:基于综合水动力水质模型的水功能区水质响应系数矩阵高效计算方法可显著提高计算效率,而且HECRAS模型不仅在水动力模拟方面优势显著,在水质模拟方面亦表现出良好特性。较之公式法,基于综合水动力水质模型计算水功能区水质响应系数可以显著提高计算精度。     

地震作用下复合土工膜心墙堆石坝应力变形分析

复合土工膜心墙堆石坝是为了防止堆石坝渗流和应力变形问题而设计的一种新型坝体。以白龙江某复合土工膜心墙堆石坝为例,建立三维有限元模型,并利用MIDAS/GTS大型岩土分析软件,对正常蓄水期、正常蓄水期加8度地震烈度和无膜情况三种工况下坝体和复合土工膜心墙的应力变形进行了模拟,分析了地震作用下复合土工膜对坝体应力变形的影响。比较发现,复合土工膜在很大程度上抑制了坝体的应力变形。     

仙居抽水蓄能电站地下厂房振动 数值模拟分析与安全评价

厂房振动问题为抽水蓄能电站设计关键,以仙居抽水蓄能电站为实例,对地下厂房进行共振复核和振动反应分析评价,在总结国内外控制标准的基础上,提出了适用该工程的振动控制标准建议值。有限元计算分析表明,机墩结构竖向振幅稍大,需要在结构设计中予以关注;厂房整体结构和主要构件的共振复核满足要求,地下厂房发生共振的可能性较小。振动最大位移、速度和加速度响应幅值均满足所拟定控制标准要求,其中立柱结构的振动均方根加速度偏大,但频率计权加速度幅值较小,可满足要求。针对立柱等局部构件振动反应偏大的情况,探讨了局部加固措施对降低振动强度的有效性,为同类型厂房抗振动优化设计提供参考。     

磷尾矿最佳掺量下 EPS 和聚丙烯 纤维改良膨胀土试验

以南水北调中线工程南阳膨胀土为研究对象,在保持含水率20%和干密度1.7g/cm~3不变的条件下,基于磷尾矿最佳掺量为7.5%,分别将EPS颗粒、聚丙烯纤维按不同比例掺入膨胀土中进行无荷膨胀率、无侧限抗压强度和三轴CU试验。试验结果表明:EPS颗粒能有效抑制膨胀土的膨胀性,但会降低膨胀土的强度和延性,当掺量不为0%时,复合改良土应力应变曲线均随围压的增加,由应变软化型向应变硬化型过渡,15%为最佳掺量。进一步分析发现黏聚力和内摩擦角与掺量均呈线性负相关,并得到与掺量有关的抗剪强度公式。聚丙烯纤维对复合改良土抗压强度峰值影响较小,但能提高其延性和残余强度,使土体由脆性破坏转变为塑性破坏。最终得到磷尾矿、EPS颗粒和聚丙烯纤维最佳掺量分别为7.5%、15%、0.4%。     

全过程联合校正的洪水预报修正方法

洪水实时校正是洪水预报的重要组成内容,也是水文预报研究的热点与难点。为进一步提高洪水预报精度,提出了一种全过程联合校正的洪水预报修正方法。该方法的主旨是在雨量站数目较多的流域,构建雨量站网密度与洪水预报误差分配比例之间的定量关系;对雨量站数目较少的流域,借用该比例关系,将洪水预报总误差按比例划分为面雨量输入误差和模型误差两部分;再基于系统响应理论,对研究流域的这两部分误差进行修正,从而实现输入误差与模型误差的全过程联合校正。在淮河三个典型流域的应用结果表明,相较于目前单变量的系统响应曲线修正方法,全过程联合校正方法可进一步提升误差修正效果,提高洪水预报精度。     

基于流固耦合的富水软岩地层隧道排水方案研究

为研究富水软岩隧道最优排水方案,以甘肃省道S304线关山隧道为研究对象,基于流固耦合分析理论,建立了应力场和渗流场作用下的隧道开挖模型。借助SoilWorks有限元软件对隧道全排水、全封堵及堵水限排三种施工方案进行了模拟,并对孔隙水压力及水位线、位移场及应力场、围岩塑性区的分布规律进行了研究。结果表明:富水软岩隧道开挖时,采用堵水限排方案可以有效减小对地下水位的影响,经济效益显著;三种施工方案中,堵水限排方案隧道的拱顶沉降、隧底隆起以及地表下沉量最小,但围岩的应力最大,仰拱最大拉应力为全排水方案的2.2倍;全排水方案与全封堵方案围岩塑性区主要产生在仰拱,堵水限排方案围岩塑性区主要产生在边墙两侧,塑性区的范围较小。研究结果可为富水软岩地层同类工程排水方案的确定提供借鉴。     

泵站工程结构布置方案比选分析

刘山北站在改造时有三种结构布置型式,即主站身与虹吸式出水流道分开布置、主站身与平直管出水流道整体布置以及主站身与虹吸式出水流道整体布置,每种方案都有各自的优缺点。对各方案进行比选研究并选择最优方案是该泵站工程在设计中的一项重要工作。首先对刘山北站的三种结构布置方案进行初步比选,然后对不同工况下的三种方案进行三维有限元结构计算与分析,分析比较不同方案的水平和竖直位移,比较底板、闸墩、流道的应力状态,为刘山北站工程的结构布置方案比选提供理论依据。分析结果表明:分离式底板与虹吸式流道结合方式布置的结构的位移、应力状态较好,推荐设计时采用该方案。     

考虑水文情势变化的黄柏河流域纳污能力

水体的纳污能力是指在满足水功能区水环境质量达标的基础上,水体最大允许的纳污量,其精确核定对水资源合理开发利用与有效保护具有重要的现实意义。水利工程、人类活动等使河流原有水文情势发生了不同程度的改变,水文情势变化影响下的纳污能力精确核定现已逐渐成为当前亟待研究和解决的问题。以长江流域的黄柏河为例,选取汇入支流、水库和调(引)水工程3个主要影响因素分析了对河道水文情势及其对纳污能力的影响,根据水文情势的差异性变化提出了相应的纳污参数确定方法,并基于一维水质数学模型计算得出黄柏河流域水体的纳污能力,最后以典型区段黄柏河东支保护区为例与传统法的纳污能力结果进行了对比分析。结果表明考虑水文情势变化的纳污能力研究中所提出的纳污参数确定方法在一定程度上有助于水域纳污能力的准确核定。研究结果可以为区域有效保护水资源,防治水污染,改善水环境提供一定的技术参考。