乌东德特高拱坝-地下厂房整体稳定相互作用机制分析

当特高拱坝地下厂房受地形、地质条件限制,需建在坝肩较近位置时,厂房的开挖施工和长期运行常会影响坝肩安全稳定。首先以乌东德大坝为例,分析大坝与厂房布置的特点,然后从力学的角度分析大坝和地下厂房的力学和安全稳定的相互作用机制;并采用 Drucker-Prager 屈服准则,对大坝与厂房开展精细非线性三维有限元分析,重点研究大坝和厂房在正常荷载和超载荷载下的变形、应力、拱推力、坝肩基础、整体安全度分布以及相互作用机制,得到大坝与厂房相互影响稳定的工作状态条件。研究成果可供类似工程设计分析提供参考。     

大岗山双曲拱坝整体稳定三维地质力学模型试验研究

针对大岗山双曲拱坝的工程地质问题,采用三维地质力学模型试验技术,研究坝体和坝肩从加荷到破坏的整个过程和机制.试验过程模拟大坝基础的不连续岩体条件、岩体力学特性和整体双曲拱坝.试验考虑拱坝上游超载情况,同时还模拟两坝肩岩体中软弱结构面强度弱化的影响,为此研制适合该工程的变温相似材料及试验模拟新技术,并在一个模型上进行强度储备与超载相结合的综合法试验.试验结果给出拱坝在正常蓄水位和降强之后超载作用下的位移场,获得坝体和坝肩的变形及分布特征、内部断层典型测点的相对位移,揭示拱坝坝体和坝基失稳前后裂缝发展的全过程及其破坏机制.得到强度储备系数为1.25,超载系数为4.0～4.5,确定拱坝坝肩坝基整体稳定安全度为5.0～5.6.对试验数据的综合分析,可以评价边坡的稳定性,并针对坝肩的薄弱环节提出加固处理措施建议.     

木里河立洲拱坝整体稳定地质力学模型试验研究

采用三维地质力学模型超载法试验,对立洲拱坝的整体稳定性进行研究,在模型中充分反映断层、层间剪切带、裂隙密集带及长大裂隙等复杂地质构造对拱坝与地基整体稳定性的影响。通过超载法破坏试验获得坝体、坝肩、坝基岩体及结构面的变形特征、破坏失稳过程、破坏形态和破坏机制,揭示影响稳定的控制性因素和工程薄弱部位,确定拱坝与地基在各阶段的超载安全系数为：起裂超载安全系数K1 = 1.4～2.2,非线性变形超载安全系数K2 = 3.4～4.3,极限超载安全系数K3 = 6.3～6.6。通过对比分析类似拱坝工程的超载法试验结果可知,立洲拱坝的超载安全系数在统计分布范围之内,但两坝肩中上部的岩体和结构面局部破坏较严重,需对这些薄弱部位进行重点加固处理,以进一步提高坝与地基的整体稳定安全性。     

白鹤滩拱坝基础垫座方案优化研究

白鹤滩高拱坝地基地质条件复杂,需要设计大范围的垫座以改善受力条件。目前关于拱坝地基和坝肩处理措施的研究大多依赖工程经验,尚没有完整、可靠的垫座评价准则。提出拱坝垫座设计的综合优化方法,通过分析垫座对坝体的影响及垫座自身的稳定性,找到最优的设计方案。该方法综合坝体位移、应力、屈服区、抗滑安全度等因素,采用不平衡力分析坝踵开裂,采用塑性余能范数(PCE)评价垫座整体稳定。不平衡力是结构局部失稳后的度量,能够有效地预测裂纹扩展部位和方向。余能范数是不平衡力的标量范数,可用于判断结构的整体稳定性。对比4种垫座设计方案,通过对坝体位移、坝踵开裂、垫座整体稳定和抗滑安全度的分析,确定将垫座视为坝体、垫座上游侧设缝为白鹤滩拱坝垫座的最优设计方案。     

拉西瓦双曲拱坝整体稳定分析

使用大型三维非线性有限元程序(TFINE),对拉西瓦拱坝-地基系统进行了三维弹塑性有限元数值模拟,对该拱坝-地基系统在正常荷载下的位移和应力进行了分析.在此基础上,进行了整体稳定分析和大坝超载能力分析.结果表明,拉西瓦拱坝的位移、应力和超载稳定能力均达到稳定要求,但部分基础需进行适当加固.     

特高拱坝基础破坏、加固与稳定关键问题研究

特高拱坝的坝基条件大都比较复杂,基础岩体的破坏、加固与稳定评价出现一些关键新问题:坝基岩体力学参数合理取值;坝踵、坝趾基础开裂机制;坝肩非典型软弱蚀变带的处理;贴角区灌浆时机选择;坝趾锚固力损失评价以及大坝-基础非线性稳定分析等.传统的分析方法和加固处理措施日益受到挑战.结合实际工程,就如上问题涉及的研究方法、处理措施...     

高拱坝坝肩坝基整体稳定地质力学模型试验研究

锦屏一级水电站是雅砻江干流上的重要梯级电站。工程主要开发任务是发电，同时还兼有拦沙、防洪、蓄能作用。该工程大坝为混凝土双曲拱坝，最大坝高305m，为目前世界上最高拱坝。坝址区地质构造复杂，两岸谷坡为近千米的高陡边坡，两坝肩岩体内存在断层、煌斑岩脉、层间挤压带、深部裂隙等各类软弱结构面，对拱坝坝肩坝基稳定带来不利影响。采用三维整体地质力学模型试验研究方法，研究了锦屏一级高拱坝坝肩坝基的整体稳定性。试验中充分考虑了影响坝肩坝基稳定的各种因素，既考虑拱坝上游超载情况，同时还重点模拟两坝肩岩体中软弱结构面强度弱化的影响，为此研制了适合该工程的变温相似材料及试验模拟新技术，并在一个模型上进行了强度储备与超载相结合的综合法试验。通过试验获得了坝肩坝基的变形及分布特征、失稳的破坏形态和破坏机理，确定了拱坝坝肩坝基整体稳定安全度为4．7～5．0，评价了工程的安全性，并针对坝肩的薄弱环节提出了加固处理措施建议。     

基于非线性有限元的马吉拱坝整体稳定分析

马吉水电站是怒江开发规划中的重要梯级电站。最大坝高为290m,属于超高拱坝,地质条件与岩体力学环境复杂,其应力和坝肩稳定对确保工程安全具有重要的意义。基于非线性有限元分析,采用变形加固理论,使用三维非线性有限元程序TFINE,对马吉拱坝进行三维弹塑性有限元数值模拟,对该拱坝在正常工况下的位移、坝体应力和拱端推力进行分析。采用余能范数对马吉拱坝的整体稳定性进行评价,采用不平衡力对左右坝趾及基础中峰值振动速度回归趋势对比软弱带的稳定性进行分析,并对软弱带进行敏感性分析。结果表明,马吉拱坝的位移、应力和超载稳定能力均达到稳定要求,马吉拱坝现施工方案基本可行。     

拱坝–坝肩三维可变形离散元整体稳定分析

三维可变形离散元是模拟不连续介质力学行为的有效数值分析方法。由于该方法采用显式差分方法和自动接触检索技术，故尤其适合于求解弹塑性、大变形和动力问题。首先介绍三维可变形离散元的基本原理及特点，然后对拱坝–坝肩系统整体抗滑稳定进行超载仿真分析和强度折减仿真分析。分析结果表明：超载计算时，拱坝坝肩失稳可能性很小，但是，当水压超载到3.5～4.0倍时，坝体材料会出现较大范围的受压屈服；强度折减计算时，当结构面强度折减3.5倍时，拱坝左坝肩在水压和渗压的作用下开始向下游坍塌，并最终导致拱坝失去支撑而溃决。     

武都碾压混凝土重力坝深层抗滑稳定破坏试验研究

通过建立武都碾压混凝土重力坝典型坝段坝基的地质概化模型,采用三维地质力学模型试验方法对其天然地基条件下的深层抗滑稳定问题进行系统研究.试验对典型坝段的地形、地质条件,包括岩体、断层、节理等主要地质缺陷的特征进行模拟,根据岩体力学参数及软弱结构面力学参数,研制出适合武都工程地质条件的模型材料,采用超载法进行破坏试验研究.根据试验结果,分析坝体、坝基以及主要断层的变形特征,探讨坝与地基整体失稳的破坏过程、破坏形态和破坏机制,揭示影响坝基稳定的控制性因素,获得典型坝段的滑动破坏机制与稳定安全系数.在此基础上,对坝基加固处理措施进行讨论,为典型坝段的深层抗滑稳定安全评价与基础加固处理设计提供科学依据.     

拱坝基础不对称性影响研究

结合国内外一些由于两岸基础不对性造成拱坝的影响实例，基于多次的地质力学模型试验和三维有限元计算分析，就锦屏一级高拱坝地形、地质条件不对性对拱坝整体稳定的影响和加固措施的选择进行了探讨。试验和数值结果均显示：上游坝踵拉应力偏大，下游出现拉应力。坝体应力不对称；左岸变形大于右岸，并且出现斜裂缝，超载能力偏低。通过研究，建议采用垫座及锚索等加固措施，使大坝整体处于平稳状态。     

基于地质力学模型试验的大岗山拱坝整体稳定性分析

 地质力学模型试验是研究拱坝整体稳定性的有效方法,采用250∶1的模型比例尺对有基础处理的大岗山拱坝进行三维地质力学模型试验。通过小块体砌筑技术模拟裂隙岩体的变形和强度、坝基不连续结构面以及坝基处理措施;通过油压千斤顶加载系统施加坝面水荷载;采用的数据采集系统能及时、高效地测量坝面应变、坝基岩体外部位移和内部相对位移,并自动存储数据。采用超载水容重法进行超载破坏试验,得到拱坝坝体位移和应力的分布规律以及坝体和坝基岩体的开裂破坏过程。采用3个特征超载安全系数K1,K2和K3对大岗山拱坝整体稳定性进行评价。通过地质力学模型试验和基于变形加固理论的三维数值模拟对比分析表明,大岗山拱坝整体稳定性较高,并得到对拱坝–坝基整体稳定起控制性作用的部位。     

基于位移反分析的小湾拱坝稳定性评价

小湾拱坝坝体裂缝在大坝分阶段实际蓄水后开裂扩展的可能性以及裂缝对坝体应力、位移和坝体稳定性的影响,对大坝安全至关重要。通过对小湾拱坝坝体施工过程及坝体内部温度裂缝的模拟,基于多点监测资料进行非线性位移反演分析,得到符合实际的材料力学参数,进而对坝体进行三维非线性仿真计算研究,以预测坝体在下一阶段蓄水以及最终蓄水后的稳定性。结果表明,该反演分析方法反演得到的参数合理准确,预计的位移结果可靠、精度较高,能很好地对拱坝安全性进行评价;仿真分析预测成果与坝体后期蓄水后的实际监测成果和地质力学模型试验成果吻合良好,在正常水载下,坝体整体变形符合拱坝变形一般规律,同时裂缝发生开裂扩展的可能性很小;裂缝对坝体整体影响不大,对局部有影响,大坝极限开裂状态与无缝坝类似,坝面开裂均是由表面产生裂缝向内部发展,而不是由内部裂缝引发。     

高拱坝坝肩裂隙岩体的三维非线性抗震稳定性分析

在高拱坝坝肩裂隙岩体的抗震稳定性分析中 ,采用传统刚体极限平衡法分析坝肩裂隙岩体潜在滑体的安全性态 ,坝肩稳定性评价未考虑裂隙岩体变形对坝体应力的影响 ,由此计算的抗滑安全系数并不能保证坝体的安全性 ;而采用基于连续介质理论的有限元法和基于碎散介质的离散单元法分析时 ,其物理数学模型和坝肩岩体的实际情况相距甚远。为此 ,本文在安全系数强度储备概念基础上提出了动抗滑变形安全系数法 ,该方法以坝体拉应力作为坝肩岩体抗滑稳定性评价标准 ,综合考虑非线性坝体和坝基节理、裂隙岩体的动静态耦合作用 ,坝肩岩体的抗滑安全系数保证了坝体的安全 ,较传统的分析方法更为科学、合理。采用该方法 ,本文将坝肩裂隙岩体作为可以考虑局部开裂、各向异性和大变形的非线性连续体用动态接触单元模型模拟 ,对在建的小湾高拱坝坝肩裂隙岩体的抗震稳定性进行了三维动力分析。数值分析结果表明 ,在综合考虑坝体应力影响后 ,坝肩裂隙岩体的变形安全系数小于强度安全系数。因此 ,在高拱坝坝肩岩体的抗震稳定性评价中必须计及坝体应力的影响因素。     

拱坝建基面开挖过程中不平衡力变化及处理效果研究

300 m级高拱坝建基面开挖造成的岩体卸荷松弛对高拱坝的整体稳定性影响巨大。白鹤滩拱坝左岸建基面开挖至628 m高程时也出现了卸荷松弛、结构面错动等现象。基于变形加固理论,提出了使用不平衡力作为坝基岩体松弛卸荷的定量判据,阐释了不平衡力分析岩体开裂与坝基卸荷时效松弛的理论基础,通过试验和数值模拟的对比说明了不平衡力应用于卸荷松弛判据的准确性。使用三维非线性有限元程序TFINE,对白鹤滩拱坝原始地形和开挖过程进行精细模拟,分析了开挖过程中建基面基础(尤其是结构面)的卸荷松弛演变过程。分别对无基础处理、预留保护层和施加锚索情况下的开挖卸荷松弛进行了研究分析。模拟结果表明,在开挖到630 m高程时,在结构面交汇处和坡面出露段附近结构面的不平衡力与屈服区出现集中情况,这与观测到的建基面卸荷松弛以及结构面出现错动裂缝等现象符合;继续开挖过程中,LS331、LS3318不平衡力较大,相对比较危险。另外,坝体底部的陡坎开挖成型时,陡坎底部的不平衡力增加较明显,需减缓陡坎坡度。预留保护层和建基面锚固对控制松弛卸荷作用较小。     

基于工程体与地质体相互作用的两体力学模型初探

针对大坝和坝基、坝肩和库岸相互作用传统的一体两介质模型,提出了两体力学模型的基本概念、研究思路以及应用范围;阐述了一体两介质力学模型与两体力学模型之间的差异,并用单轴压缩实验进行了验证;建立了重力坝和坝基相互作用的两体力学模型,为大坝与坝基的整体稳定性研究与评判提供了一条新的途径。     

Earthquake analysis of arch and gravity dams including the effects of foundation inhomogeneity

Dam-foundation interaction plays an important role in the design of earthquake-resistant concrete arch and gravity dams. Geological conditions of the dam canyon are usually very complicated; however, in the literature, the damfoundation interaction analysis is often carried out based on the premise of a homogeneous unbounded foundation. In this paper, the effect of foundation inhomogeneity on the seismic response of arch and gravity dams was studied by means of scaled boundary finite element method (SBFEM). In order to satisfy the similarity requirement of SBFEM and simplify the computational effort, a subdomain approach and a conical representation of an unbounded foundation were proposed. The way of partitioning the domain and the selection of open angle and bottom radius of the cone model on the accuracy of the result were examined. Numerical examples show that the proposed approach is rational and efficient. Cases of foundation inhomogeneity with stiffness varying in accordance with an exponential function along the radial direction, and cases of foundation inhomogeneity with stiffness discontinuity and with weak interlayer strata on the earthquake response of concrete arch dams as well as gravity dams were analyzed. It was found that a homogeneous idealization of the unbounded foundation may sometimes greatly underestimate the maximum earthquake stress response of the dam. Therefore, taking into account the effect of foundation inhomogeneity for the earthquake safety assessment of concrete arch and gravity dams has great significance.     

基于突变理论的高拱坝失稳判据研究

高拱坝的整体安全主要取决于拱坝支撑岩体的稳定.由于高拱坝稳定分析的复杂性,其失稳判据至今没有统一的认识.首先讨论了拱坝整体稳定有限元分析失稳判据的基本原理,分析了失稳考察量尖点突变模型的建立方法,随后结合具体工程实例,分析比较了塑性区贯通、位移突变和塑性区总应变能突变判据的优势和不足.实例表明:位移突变判据与敏感测点的...