碾压式沥青混凝土心墙坝三维静动力数值模拟研究

为研究碾压式沥青混凝土心墙坝施工及运行期的受力特性,以新疆某水利枢纽工程为例,采用非线性邓肯-张E-B模型进行大坝三维有限元静力计算,采用等效线性粘弹性模型进行大坝三维有限元动力计算,采用三维等价结点力法研究坝体地震永久变形,主要研究坝体在静动力条件下坝体和防渗体的应力、变形以及基座与心墙的相对位移。结果表明,静力条件下,坝体最大沉降约占坝高的0. 27%,蓄水后心墙最大压应力较竣工期减少约14. 2%,蓄水后心墙顺河向最大位移较竣工期增大约2. 6倍、沿坝轴线方向减小约13. 3%;动力条件下,坝体地震沉降约占坝高的0. 09%,地震发生时坝体最大横断面心墙出现拉应力,其值约为最大压应力的9. 5%,地震结束后心墙最大压应力减小约16. 7%,未出现拉应力,地震后坝体顺河向发生永久位移,心墙最大压应力较地震前增大1. 9%,心墙顺河向最大位移较地震前增大约15. 4%、沿坝轴线方向减小约11. 5%。     

心墙坝不同结构特征稳定性变化分析

以新疆某心墙坝为例,使用数值模拟方法分析了心墙构造及库水位变动对坝体安全系数的影响。结果表明:减小心墙渗透系数,提高心墙高度有利于改善坝体的防渗能力;在库水位上升、下降过程中,库水的软化作用造成坝体安全系数降低,则库水压力可提升坝体安全系数。     

浅析超高心墙堆石坝动力响应及极震破坏模式研究现状

总结了高心墙堆石坝动力分析方法与最新研究进展,给出了不同动力计算方法的优缺点及动力分析研究发展方向。研究表明,300 m级超高心墙堆石坝动力响应特性研究应包括坝体加速度反应、残余变形、心墙动强度及坝坡稳定等内容。结合文献研究成果分析,指出超高心墙堆石坝地震破坏模式为:首先坝坡面出现局部松动滚石、坝体产生变形及裂缝;坝坡累积的滑动变形逐渐加大,坝坡开始坍塌;心墙及上游反滤料动强度不足范围从坝顶向下逐渐加深,以致坝坡的整体稳定性进一步被削弱或塌滑。综合残余变形、防渗心墙抗剪强度、坝坡稳定等方面的极限抗震能力评价标准,表明我国300 m级超高心墙堆石坝能承受地震动峰值加速度0.45g~0.60g的动荷载。     

浅析超高心墙堆石坝动力响应及极震破坏模式研究现状北大核心

总结了高心墙堆石坝动力分析方法与最新研究进展,给出了不同动力计算方法的优缺点及动力分析研究发展方向。研究表明,300 m级超高心墙堆石坝动力响应特性研究应包括坝体加速度反应、残余变形、心墙动强度及坝坡稳定等内容。结合文献研究成果分析,指出超高心墙堆石坝地震破坏模式为:首先坝坡面出现局部松动滚石、坝体产生变形及裂缝;坝坡累积的滑动变形逐渐加大,坝坡开始坍塌;心墙及上游反滤料动强度不足范围从坝顶向下逐渐加深,以致坝坡的整体稳定性进一步被削弱或塌滑。综合残余变形、防渗心墙抗剪强度、坝坡稳定等方面的极限抗震能力评价标准,表明我国300 m级超高心墙堆石坝能承受地震动峰值加速度0.45g^0.60g的动荷载。     

水位下降对平山水库黏土心墙坝渗流场和稳定性影响分析

本文以平山水库黏土心墙坝为例,计算得到了库水位从校核洪水位下降至正常蓄水位和死水位,坝体内部浸润线分布和上下游坝坡的最小安全系数。结果表明:随着库水位下降,浸润线也逐渐降低,心墙内浸润线由直线变为折线;校核洪水位时最大渗流速度可达0.4503m/d;上下游坝坡的最小安全系数随水位降低而减小,但均满足规范要求;水位下降导致心墙与上游坝体交界处的剪应变范围增大,并有向上游坝坡扩展的趋势。     

堆石坝心墙内增设加固防渗墙的结构特性研究

某高心墙堆石坝的心墙发生渗漏后,设计人员考虑在心墙内沿坝轴线方向增设一道塑性混凝土防渗墙进行防渗加固。对加固后的坝体及防渗墙进行了三维有限元计算,分析实际加固施工和蓄水过程中坝体及防渗墙的应力应变特性以及墙体与相邻土料的变形协调情况。计算结果表明,水位变化使防渗墙产生顺河向水平挠度,是引起坝体及防渗墙变形的主要原因,但对坝体的应力影响不大;坝轴线中部的防渗墙是薄弱环节,设计时应加强其抗弯性能;防渗墙与相邻心墙土料的相对位移值在允许范围内。     

轴向分区面板坝分区模量影响分析

轴向分区面板坝设计中，通过沿坝轴线方向将坝壳分为岸坡区、侧分区和中央区，依次填筑不同模量的材料，形成沿坝轴线方向的梯度模量来缩减坝壳的三维聚心变形、减小轴向位移，提高坝体变形协调性进而解决高面板坝挤压破坏问题。以锅浪跷面板坝工程为依托，通过数值计算模拟，对比研究了36种模量梯度组合的轴向分区面板坝的面板挤压破坏参考指标，分析轴向分区设计效果和分区模量对坝体及面板应力变形的影响。根据面板挤压破坏原理，以蓄水期面板的挠度和轴向压应力、面板最大挠度附近高程轴向位移及压应力、坝体的沉降和轴向位移为挤压破坏参考指标。结果显示，50%梯度方案与常规面板堆石坝相比，坝体向左右岸的轴向位移分别减小12.76%和14.73%，沉降减小14.42%，面板挠度减小15.28%，轴向压应力减小11.35%。研究为解决高面板坝的面板挤压破坏问题提供了新思路。     

库水位波动对土石坝稳定性影响研究

本文基于数值模拟研究了库水位骤变对土石坝上下游坝坡稳定性的影响。计算结果表明,库水位骤升时,上游坝坡稳定系数先增大后趋于平缓,下游坝坡稳定系数随时间先降低后趋于稳定;库水位骤降时,坝坡上游稳定性随时间先减小后趋于平缓,且水位下降速率越大,趋于稳定的时间越短;坝坡下游稳定性随时间先增大后趋于稳定。库水位在骤升和骤降工况下,坝体上下游坡体稳定系数均大于规范要求最小值,坝体安全。     

地震作用下加高扩容尾矿库的动力稳定性研究

以周家沟尾矿库为工程背景构建二维数值模型,研究随着堆积坝坝顶标高的增大地震作用对 坝体稳定性影响。根据库区场地情况选用实测波ＥｌＣｅｎｔｒｏ波和Ｔａｆｔ地震波合成人工地震波时程对尾矿 库进行动力稳定性分析,分析了随着尾矿坝坝体加高时尾矿库的最大动剪应力分布、坝顶水平加速度反 应、尾矿库的残余变形及库区的液化区域变化趋势。结果表明随着坝体的加高,最大剪应力集中在坝顶 底部区域且随着坝体的加高由初期坝向坝顶方向扩展;坝顶最大加速度及放大系数减小;尾矿库的最大 残余变形增大,较大部位出现在坝顶附近;坝顶的加高尾矿库液化区将发生变化。工程中要注意坝顶加 高后尾矿坝部分区域发生的液化对尾矿坝稳定性影响。     

岳城水库土坝库水降落渗流与地震共同作用分析

本文研究了岳城水库土坝在库水位降落时坝体渗流和地震液化变形共同作用下的静力状况、动力状况和稳定情况。采用著名的加权剩余值法和等参数有限单元法,对坝体进行非线性静力分析和非线性有效应力动力分析。考虑了地震期振动孔隙水压力的产生及其随着时间的变化、振动残余变形及其随着时间的增长、震后孔隙水压力的消散与扩散,震后残余位移。用有效应力法对坝坡进行了稳定分析。文末列出一系列计算结果,并对该坝静力和动力稳定性进行了评价。建议了提高稳定性的措施。     

某土石坝帷幕灌浆渗流监测成果分析

为研究土石坝帷幕灌浆的渗控效果,了解加固后渗压水位的变化规律,针对某黏土心墙坝,采用逐步回归分析和有限元分析方法,对3年来的监测成果进行了分析。逐步回归分析表明：影响坝体渗流场的主要因素是库水位、降雨及时效;往背水方向,库水位的影响程度逐渐减弱,而降雨及时效的影响程度逐渐增强。有限元计算表明：全封闭式帷幕灌浆使大坝渗漏量减小了37.6%,而悬挂式帷幕灌浆只减小了10.7%,全封闭式帷幕灌浆的渗控效果更为显著。     

沥青混凝土心墙堆石坝有限元数值分析

基于邓肯-张E-B材料本构模型,采用大型通用有限元软件ADNIA,对某沥青混凝土堆石坝进行了应力变形有限元计算,以便研究其应力应变特性.并在计算结果的基础上对沥青混凝土心墙的邓肯-张材料模型参数杨式模量、凝聚力、体积模量等进行了敏感性分析.坝体有限元计算结果表明:坝体上、下游坝坡附近小范围内出现拉应力;坝体应力在心墙附近有突变,出现了拱效应;各参数的变化对心墙的应力应变影响程度不一,其中杨式模量K、杨式模量指数n属于高敏感性参数,而体积模量指数m为低敏感性参数.为确保大坝安全,在上、下游坝坡采取必要的护坡措施,同时在大坝填筑施工时应适当提高上、下游坝坡附近坝体的压实标准;为保证心墙的稳定安全,适当调整沥青混凝土的配合比,并根据试验计算调整心墙的变形模量,使之和过渡料的模量协调一致,尽量减小沉降差异带来的不利影响.     

某土石坝心墙变形及渗漏分析研究

高土石坝初蓄期控制库水位抬升速率是确保坝体心墙变形稳定的重要措施,通过对大坝心墙不同部位变形和渗流的监测数据分析,认为库水位过快的抬升速率将导致坝体心墙变形过大,过大的心墙变形会降低土体内的有效应力,在库水位作用下易产生水力劈裂,造成坝体心墙局部渗漏。     

尼雅水库坝料动力特性研究及三维地震反应分析

为研究沥青混凝土心墙坝抗震能力,以新疆尼雅水库为例,利用大型三轴仪进行动模量阻尼比和永久变形试验,分析筑坝材料的动力特性,并采用等效线性黏-弹性模型和大工双曲线残余变形模型对坝体进行地震反应分析.结果表明:砂砾料和过渡料的最大动剪切模量比堆石料高4％ ～11％,而堆石料的最大阻尼比比砂砾料和过渡料高4％ ～14％;心墙...     

设计参数对混凝土心墙坝动力响应特征影响的计算分析研究

针对某粉煤灰混凝土心墙坝体动力响应特征,利用Abaqus有限元软件开展不同心墙设计参数对坝体动力特征影响分析。获得了坝高设计参数对心墙坝动力特征影响,坝高影响X正向最大位移出现时间节点,Y、Z向动位移与坝高为正相关特征,Z负向位移在地震荷载残余期变化显著,且Z向加速度值均低于X、Y向。分析了坝体总加速度、总动位移包络线分布特征,坝高与总加速度包络线极大值为正相关,沿坝顶至坝底,动位移值逐渐降低,坝底部在各坝高下均会出现显著变形。研究了心墙曲率对坝体动力特性影响规律,各曲率下加速度包络线极小值均为1.532～1.589m/s2,有曲率心墙抗震性能高于直立坝。对比了各曲率下坝体在各方向上的加速度、动位移特征,考虑坝体抗震设计,心墙最佳曲率应在9.6×10-5～1.1×10-4 m-1范围。     

模拟填筑层数及水位对坝体变形及稳定性的影响

坝体的变形及稳定性计算分析中,合理地选择模拟填筑层数并考察水位对坝体变形及稳定性的影响是十分必要的。首先以变形和稳定性系数作为评价指标,利用强度折减法计算坝坡的稳定性系数,基于FLAC^3D建立坝体的分层填筑三维数值模型,对施工填筑期的数值模拟填筑层数的选取标准进行了研究。其次,在合理的模拟填筑层条件下,研究了不同蓄水位对坝体的变形和稳定性的影响。结果表明:坝体的变形以沉降为主,模拟计算的坝体沉降与填筑层数关系很大。相对坝体沉降来说,水平位移和稳定性系数对填筑层数的敏感性小,应以满足坝体沉降的精度标准选择模拟填筑层数,建议模拟填筑层数不少于10层,坝越高,选取的模拟填筑层数宜越多;坝体的水平位移对库水位位置较敏感,沉降和稳定性系数对库水位位置敏感性小。这些结果在坝体变形和稳定性研究中对确定合适的填筑层数和考虑库水位的影响具有指导意义。     

水位下降对复杂地基重力坝深层抗滑稳定分析--以武都水库重力坝19＃坝段为例

武都重力坝基岩地质构造复杂,对坝体深层抗滑稳定极为不利。为了研究水位下降对武都重力坝抗滑稳定性的影响,以武都水库重力坝19＃坝段为例,采用有限元法计算了坝体在库水位下降过程中的应力应变特性,重点研究坝基塑性破坏区的发展规律、坝体位移变化趋势以及坝体抗滑稳定性。结果表明：坝基塑性区主要分布在断层10f2两侧,随着上游水位的降低,塑性区的分布范围逐渐减小,重力坝和坝基发生逆时针方向的倾倒变形,坝顶最为明显;上游水位降低导致扬压力减小,坝体抗滑稳定系数增大,在死水位时稳定系数最大为3．0。说明随着库水位下降,重力坝抗滑稳定安全系数将逐渐增大。     

库水位升降对堆石坝心墙的水平变形影响分析

为研究库水位升降对堆石坝心墙的水平变形影响,将土石坝心墙类比为竖直悬臂梁,上游侧受到上游坝壳不均匀的分布土压力和随时间变化的水压力,下游侧也同理受到下游坝壳相应土压力和水压力。研究表明库水位上涨导致心墙发生向下游转动趋势,上游土压力逐渐减小,下游土压力逐渐增大,当二者分别达到主动土压力和被动土压力的极限状态时,土体即将产生滑动,定义此时的心墙挠度为理论心墙稳定挠度f_s;若心墙实际水平位移量大于f_s,则可以大致判定心墙两侧土体发生了相对滑动,可能导致产生局部纵向裂缝趋势。假设土石坝加固工程中采用的混凝土防渗墙的工况和条件类似,研究成果可直接应用于水平变形量计算并简单评估安全性。     

小浪底土石坝心墙拱效应分析

结合小浪底大坝监测资料,基于有效应力算法,采用一个能表征心墙拱效应强弱的评价指标,对大坝心墙拱效应进行计算。结果表明:施工期拱效应系数变化较稳定,竖向范围内坝体上部的拱效应比下部显著,同一高程拱效应系数中间部位最小,向上游和向下游逐渐增大,土压力呈马鞍形分布,心墙中部附近土压力最小;运行期同一高程拱效应从上游到下游依次减弱,拱效应系数主要受库水位和土体固结排水因素的影响,短期内受库水位影响大,长期则受土体固结排水的影响,拱效应系数的变化与库水位变化正相关,从总体趋势看,拱效应系数在缓慢减小;所有测点拱效应系数均大于零,说明坝体处于安全状态。     

埃塞俄比亚KESEM土石坝动力分析

采用有效应力非线性有限元法对埃塞俄比亚Kesem粘土心墙土石坝进行了地震反应分析。得到该坝在地震作用下坝体的加速度反应和应力反应,根据坝坡残余变形及坝坡的动力稳定性等进行了抗震评价。