基于多元优化的百米级胶凝砂砾石坝设计方法

随着胶凝砂砾石坝（CSG坝）筑坝技术的提高，对百米级CSG坝的建造需求不断增加，亟需对不同剖面形式和胶凝含量的百米级CSG坝进行研究。本文采用有限元法建立CSG坝响应面预测模型回归方程；将预测模型回归方程作为目标函数，运用人工蜂群算法对CSG坝剖面形式及胶凝含量进行优化，得到一系列最优剖面解集；选取一组优化模型与实际工程开展模型试验进行对比验证。结果表明：两组模型在加载过程中的破坏模式不同，实际工程模型坝体与坝基接触面出现裂缝并逐渐发生贯通，坝踵处出现剪切裂缝破坏；优化模型发生滑移失稳破坏，坝体本身未见明显结构破坏，说明优化模型的结构强度得到了增强；正常工况下，优化模型较实际工程水平位移减小了36.9%，竖直位移减小了25.5%，超载安全系数增大了9.1%。结果为实际工程中CSG坝的剖面形式优化和百米级CSG坝的建造提供参考。     

土石坝静力学模型试验研究

用土石坝静力学模型试验不仅能以高精度测出模型坝体内各点的垂直位移w、水平位移u,还能根据u、w值推算出坝体内各点的应力水平,找出剪切破坏区,从而评价坝体稳定性。在试验中不仅可以考虑非线性应力应变,也可以在模型中实现渗流和地震荷载的模拟。目前已能初步形成一套较完整的模型试验和成果分析方法。笔者以我国某大型水电站上游堆石围堰模型试验得出的u、w实测数值为基础,运用本文介绍的分析方法给出了坝体在各个阶段的应力水平等值线图。这些图显示出该坝体在原设计中的薄弱环节。文中还提出了相应的工程措施。     

含双斜结构面重力坝坝基失稳模式及破坏机理研究

软弱结构面对坝体抗滑稳定极为不利,尤其是当坝基存在多组不同软弱结构面组合时,其深度、范围、倾角等因素均对坝体稳定具有较大影响。武都重力坝最大坝高119.14m,其坝基地质条件十分复杂,其中断层F31、10f2、f115及f114组合形成多组双斜结构面,坝基深层抗滑稳定问题突出。为了探讨含双斜结构面重力坝坝基滑动失稳模式及破坏机理,采用三维地质力学模型试验方法,对武都重力坝坝基中的多组双斜结构面进行重点模拟,进行超载法破坏试验研究。试验得到了坝基的破坏过程和破坏形态,揭示了坝基的破坏机理,其中19#典型坝段超载安全系数Kp=3.0,坝基失稳模式为沿断层10f2和f115组成的双斜结构面的深层滑动破坏。最后,通过三维有限元计算验证了地质力学模型试验成果。研究成果为类似含双斜结构面重力坝的设计施工和加固处理提供了科学依据。     

基于扩展有限元法的含纵向裂缝重力坝破坏分析

采用扩展有限元法(XFEM)计算分析含纵向裂缝重力坝在水压超载作用下的破坏模式,研究坝内裂缝对重力坝超载系数的影响.结果表明,重力坝在水压超载的破坏失稳行为表现为脆性和突发性,达到一定超载水压出现坝体裂缝,然后裂缝迅速贯穿坝体,导致坝体失稳.纵向裂缝的存在显著降低重力坝的整体刚度与安全系数.     

高拱坝坝肩稳定三维地质力学模型破坏试验研究

拱坝作为一种安全性及经济性均较优的坝型,在世界各地都得到了广泛的采用.然而拱坝对地形地质条件的要求较其它任何坝型都高,坝肩的稳定与否,将直接关系到工程的正常运行和安全性.所以拱坝坝肩稳定是拱坝设计中需要重点关注的问题.锦屏一级水电站坝址具备修建高拱坝的优越地形条件,但地质构造较复杂,坝肩抗力体内部存在断层、层间挤压带、煌斑岩脉X及深部裂缝等不良地质构造,直接影响到拱坝坝肩的整体稳定安全性,需要开展坝肩稳定深入研究.本文采用强度储备与超载相结合的三维地质力学模型综合法试验对锦屏一级拱坝坝肩的地形、地质条件进行模拟,研究拱坝坝肩的稳定性.通过破坏试验得出了坝体与坝肩变形及分布特征、坝肩破坏形态和破坏机理,确定了坝肩综合试验法稳定安全度,并针对坝肩薄弱环节提出了加固处理措施建议.     

拱坝坝肩岩体稳定的地质力学断面模型试验

本文介绍了某水电站拱坝左坝肩岩体稳定地质力学断面模型试验的概况。本试验采用了高容重,低弹模的模型材料,用激光散斑照相法作为测量模型位移的主要手段,为适应实验要求采用了多路照相系统,并采用逐渐解除岩体侧面阻滑力及尾岩抗力的方法,研究当断层抗剪洞塞加固后,坝肩岩体的破坏机理及稳定安全度。     

白光散斑法在小块体地质力学模型试险位移场测量中的应用

小块体地质力学模型在一定程度上能够反映岩体的非连续、多裂缝特征,但是采用常规的接触式位移测量法使模型试验的应用受到一定的限制。本文作者在该种模型试验中,应用白光散斑照相法进行模型位移场的测量,取得了成功的经验。     

超高心墙堆石坝大型振动台模型试验及数值模拟

我国西南强震区兴建高坝抗震问题非常突出。振动台模型试验是研究土石坝动力反应和震害机理、验证动力计算方法的有效手段。论文以300m级的双江口超高心墙堆石坝为依托,介绍了大型振动台模型试验,并利用等效线性模型对模型坝进行了数值计算。通过对试验值和计算值的比较,验证了等效线性模型能较好的模拟坝体的动力反应。两种方法均反映出坝体最危险位置在下游坝坡0.75～0.85H处,且空库比满库的地震反应明显偏大。但是,有限元难以准确模拟松散边坡的表面放大效应,可能导致计算结果偏小;且等效线性方法属于非线性粘弹性模型,不能反映先期振动和坝体破坏过程。     

混凝土坝纵向缝对应力影响的研究

本文从模型试验和理论计算两方面研究了一个高度为50m的具有纵缝混凝土坝的结构特性、纵缝对坝体应力和位移的影响、大坝的破坏机理以及加固处理的工程效果。文中给出的分析方法适于解决工程中的弹性接触问题和夹层问题,具有存储量小、计算速度快等优点。     

满足相似条件的混凝土重力坝振动台试验方法研究

本文以某拟定高混凝土重力坝工程挡水坝段为研究对象,进行了坝体库水压力模拟的大型振动台动力模型试验。为解决坝体动力模型破坏试验中,库水材料只能选择液体水导致坝体模型材料密度比尺难以改变的限制,通过弹簧系统及附加质量模拟坝体的库水压力,满足坝体模型材料密度比尺变化的要求,从而使模型试验效果更佳。通过多组坝段模型的试验对比研究发现:本模拟方法可以有效模拟库水压力,可满足密度比尺的限制,方便可调;在模拟地震响应中,满库与空库坝段的动力特性有着明显不同;空库坝段与满库坝段模型的破坏特征也有明显区别。     

变形分离法与数据驱动下的拱坝工作性态评价

基于有限测点位移监测数据推求大坝空间位移场变化规律是评价大坝工作性态的有效手段之一。拱坝受水荷载、温度等作用下产生的变形,不仅与坝体自身弹性模量有关,更取决于地基的变形特性。由于地基存在不均匀性等复杂问题,致使通过数值模拟的方法精准预测大坝的变形存在一定困难。本文将拱坝坝体的监测位移分解为坝体受荷载产生的位移及坝基约束变形产生的位移两部分,以其监测值与预测值系统误差最小为目标函数,基于坝体有限元模型建立了包含基础约束变形及坝体弹性模量为未知量的求解方程,通过大量位移监测资料结合人工智能粒子群算法寻优实现数据驱动,可同时求解坝基约束变形及坝体分区弹性模量。根据算例研究成果,针对复杂地基,采用本文方法推求得到的大坝空间位移场,除靠近坝体与坝基交界面附近节点位移预测值与有限元计算值相对误差稍大（约为3%）外,其余节点相对误差均在1.5%范围内,证明了本文方法的合理性;从本文方法在白鹤滩拱坝工程中的应用研究成果可知,其空间位移场相对误差分布合理且变形分离结果与实际情况相符,从而证明了方法的可行性。     

基于面板时空模型的锦屏一级大坝变形性态分析

拱坝变形性态是多因子耦合共同作用的结果,具有时空二维的演化规律和分布特征。本文基于变截距面板数据时空模型,充分利用多测点变形资料,研究了锦屏一级大坝变形性态的变化规律,解决了常规统计模型仅从时序上考察单点变形性态的不足。结果表明：模型可准确感知反馈坝体变形响应的时空特征,良好的拟合精度与外延性确保了建模的正确性。此外,模型具有控制异质性的特点,可精准评价各分量对坝体特征区域的影响,弥补了常规模型的不足;模型还具备降低多重因子共线性、抗差性等优良性质,为大坝安全在线监控提供了理论依据和技术支持。     

高拱坝整体稳定地质力学模型试验研究

在保证大坝稳定设计时，除了数值模拟方法外，对高坝还应当进行地质力学模型试验。本文叙述了地质力学模型试验的工程意义，列举了多个地质力学模型试验实例，并对试验方法及安全系数做了分析。     

不利结构面对高拱坝整体稳定影响及加固分析

坝肩稳定是高拱坝长期安全稳定最重要的问题之一,针对坝肩不利结构面的合理加固对保障高拱坝整体稳定至关重要。在复杂地基条件下,高拱坝整体稳定经常面临不利结构面的潜在影响,如坝肩抗力体内的滑块稳定性、断层及软弱带引起拱端变形、传力不协调等。结合实际工程,基于地质力学模型试验和三维非线性有限元成果,本文就坝肩不利结构面加固前后对高拱坝整体稳定影响进行分析,并总结了高拱坝四类典型不利结构面分布条件下的加固措施。研究成果可为类似工程整体稳定与加固分析提供参考。     

拱坝-坝肩整体动力稳定分析方法研究

三维变形体离散元是模拟不连续介质力学行为的有效数值分析方法，在拱坝-坝肩整体耦合系统静、动力力抗滑稳定分析方面有突出的优点。本文利用三维变形体离散元（3DEC）考虑坝体与坝肩的相互作用，采用坝肩滑裂体动态安全系数时程、坝体应力、坝肩推力、坝肩滑裂体位移曲线联合对拱坝．坝肩系统的稳定进行安全评估。算例分析结果表明：某拱坝-坝肩系统在峰值强度为0．321g的三向地震荷载作用下，该拱坝坝肩最危险滑裂体最小瞬时抗滑稳定安全系数为2．14，同时拱坝坝体压应力没有超过容许应力，坝肩滑裂体顺河向位移收敛，因而拱坝．坝肩整体系统满足抗滑稳定安全要求。     

混凝土坝位移FEM-HST混合预测模型研究

开展大坝安全监控模型的研究可以对监测异常值进行预警,有助于监测大坝的运行状态,保障其安全运行。本文基于混凝土坝的监测数据,结合有限元（FEM）分析和传统的混凝土坝位移统计分析（HST）,建立混凝土坝长期运行位移FEM-HST混合预测模型,其中水压分量通过有限元计算获得,有限元模型的材料参数根据实际测点监测数据反演得到;温度分量采用简谐温度模型;时效分量采用时间的线性函数和对数函数的线性组合统计模型。所建立的FEM-HST混合模型显著改进了HST模型的预测精度和稳定性,可反映大坝和地基的结构和材料特性,能够更好预测极端荷载工况下大坝的位移,这有助于监控大坝在极端工况下的工作性态。     

特约文章：梯级水库群大坝风险防控设计研究

梯级水库群大坝风险标准、风险防控设计方法及设计安全指标体系,是流域安全管理的基础。在系统研究国内外风险标准的基础上,提出梯级水库群社会可接受风险标准为10-6/a,可容忍风险标准为10-5/a;基于现行工程设计方法、相对安全率和贝叶斯网络理论,提出了“安全系数-可靠指标-年计失效概率”三位一体的风险防控设计方法。针对梯级水库群中,坝高超过200 m、库容大于10亿m3,或其溃坝将导致下游1级大坝连溃的控制梯级,按照工程等级划分和风险防控功能,定义为特等工程。特等工程的风险控制标准,为年计失效概率（1.0 ~ 5.0）×10-8,可靠指标为4.45 ~ 4.7,制定了包括防洪标准、抗震标准、裕富超高及泄洪设施要求的风险设计指标体系。这一研究成果填补了特高坝工程设计安全标准的空白,对梯级水库群风险防控理论研究及设计方法的发展具有重要的借鉴和参考价值。     

基于性能的重力坝坝基交界面地震抗滑稳定评价

本文采用非线性动力时程分析方法,研究重力坝坝体-地基系统的地震反应;在计算模型中坝基交界面采用非线性接触单元和Lagrange乘子法;分析金安桥重力坝在不同概率水平的实际地震波作用下坝基交界面张开屈服、残余滑动位移、时程最小安全系数以及坝体破损程度,研究接触面的摩擦系数对上述反应量的影响,对比刚性与弹性两种接触模型的安全系数与加速度关系,结果表明两者的均值基本接近.根据反应量的变化规律初步建议坝基交界面地震破损安全评价指标,为重力坝抗震设计与易损性分析提供参考.     

基于LHS的坝基岩体三维裂隙网络模拟

坝基岩体裂隙发育直接影响水电工程的结构安全与渗流稳定,建立准确的坝基岩体三维裂隙网络模型是分析坝体安全的基础。岩体裂隙数量巨大,分布复杂,以往的研究多采用Monte Carlo简单随机抽样方法获取裂隙参数的样本数据,进而建立二维或三维裂隙网络模型,忽略了揭露面以下裂隙数据对模拟结果的影响,计算结果稳定性差、精度低,且容易产生样本坍塌的问题。本文提出了水电工程坝基岩体三维裂隙网络的模拟方法,即在坝基揭露面裂隙数据的基础上,融合钻孔摄像技术获取的钻孔全孔壁资料,对裂隙面位置、大小、数量和产状等参数进行统计;然后采用拉丁超立方抽样(Latin Hypercube Sampling)方法对裂隙参数进行随机模拟;最终利用Visual Geo软件建立三维裂隙网络模型。该方法应用于某水电站坝基裂隙三维网络模拟中,并与传统的Monte Carlo方法进行对比,结果表明:该方法在融合揭露面裂隙资料和钻孔摄像数据的前提下,空间填充性好,模拟结果更加接近实测值,为水电工程坝基稳定分析提供了可靠的技术手段和准确的模型基础。     

特高压工程的DCC800直流保护与控制系统配合逻辑分析

在锦屏—苏南、向家坝—上海特高压直流输电工程中直流保护和控制系统采用DCC800硬件平台,直流保护与控制系统通过eTDM总线完成数据交换,包括所有的保护动作信号。对直流保护和控制系统的配合逻辑进行了详细的阐述和研究,包括直流保护与控制的硬件组成,直流保护与控制系统间的信号交换,直流控制系统对保护信号的处理,以及控制系统软件中"三取二"选择逻辑、保护矩阵的配置以及不同类型的动作响应等;此外,对DCC800与西门子技术的控制保护系统进行了比较分析。根据工程实际运行状况来看,采用该设计理念的直流控制和保护系统运行稳定、可靠。