基于v-SVR和MVPSO算法的边坡位移反分析方法及其应用

针对传统粒子群算法存在搜索空间有限、容易陷入局部最优点的缺陷,通过引入迁徙算子和自适应变异算子,提出基于粒子迁徙和变异的粒子群优化(MVPSO)算法。基准测试函数结果表明,改进的MVPSO算法较传统的粒子群优化算法在收敛效率上有大幅度提高,在处理非线性、多峰值的复杂优化问题中能快速地搜索,得到全局最优解。应用改进的MVPSO算法搜索最佳的支持向量机(v-SVR)模型参数,建立岩体力学参数与岩体位移之间的非线性支持向量机模型,提高v-SVR的预测精度和推广泛化性。然后,利用v-SVR模型的外推预测替代耗时的FLAC正向计算,利用改进的MVPSO算法搜索岩体力学参数的最优组合,提出v-SVR和MVPSO相结合的边坡位移反分析方法(v-SVR-MVPSO算法),与传统的BP-GA算法和v-SVR-GA算法相比,该算法在反演精度和反演效率上均有较大幅度提高。最后,将本文发展的v-SVR-MVPSO算法应用到大岗山水电站右岸边坡岩体参数反演分析,并对边坡后续开挖位移和稳定性进行预测,取得较好的效果。

锦屏一级水电站左岸坝肩边坡施工期稳定分析

锦屏一级水电站左岸坝肩高陡边坡地质条件复杂、主要发育有f5、f8、f42-9断层,煌斑岩脉X,顺坡卸荷裂隙及深部裂缝等结构面,其中断层f42-9、煌斑岩脉X和深部裂缝SL44-1组合形成的左岸坝头拉裂变形体,在边坡施工期的稳定性问题突出,特别是当边坡开挖至1 780 m高程时拉裂变形体前沿剪出口阻滑岩体被完全挖除,f42-9断层在开挖坡面出露,拉裂变形体稳定条件恶化,稳定性急剧下降。采用考虑开挖过程的有限元强度折减法分析开挖边坡在施工期的稳定性,并提出了一种新的边坡失稳判据:通过滑体内关键部位测点水平位移随折减系数的变化率,即水平位移增量与强度折减系数增量之比值t/F和强度折减系数Ft关系曲线的突变点来确定边坡的临界失稳状态。通过与其他边坡失稳判据相比较,验证了该判据的合理性和实用性,同时基于该判据计算了边坡开挖加固至不同高程下的稳定安全系数,合理评价左坝肩边坡施工期的整体稳定与安全性。

大岗山水电站坝肩边坡开挖支护有限元模拟

大岗山水电站坝肩边坡地质条件复杂,断层、岩脉、卸荷裂隙密集带、深部卸荷带及节理裂隙发育。为对该边坡在开挖支护过程中的应力、变形情况进行分析,采用弹黏塑性有限元软件EVP3D,利用弹塑性有限元法进行边坡稳定性的三维有限元计算,揭示边坡可能的失稳部位,对初拟的施工程序的合理性进行评价,并对边坡的支护方案提出建议。

反倾边坡影响倾倒稳定的几种因素探讨

倾倒破坏是岩石边坡主要的失稳类型之一,而分析岩石边坡倾倒破坏的极限平衡方法主要还是Goodman和Bray提出的G-B方法,尽管该方法采用的是一个比较理想化的模型,但其计算结果能够较好的反映出倾倒破坏的基本规律。本文主要讨论岩层倾角、厚度以及切坡角度对倾倒体稳定的影响。

基于Newmark积分方案的DDA方法

不连续变形分析(DDA)方法以离散的块体集合作为研究对象,引入动力学分析和时步积分技术模拟块体系统的不连续变形行为。对DDA采用的常加速度法进行拓展,给出求解块体系统运动方程的Newmark积分格式,并引入一种与块体不平衡力成正比的自适应阻尼使系统收敛到新的平衡状态,保证求解的稳定性。作为考核,将基于Newmark积分方案的DDA方法应用到隧洞开挖模拟,通过和UDEC软件的计算结果进行对比分析,论证改进后DDA方法的有效性和实用性,进一步拓展DDA解决实际工程问题的能力。

考虑变形机制的边坡稳定预测模型

选择开挖卸荷、爆破振动、岩体流变以及降雨作为影响边坡施工期变形的4个主要因素,深入分析不同影响因素对边坡变形的作用机制,结合边坡位移实测资料,建立了考虑变形机制的边坡稳定预测模型。在弹性理论的简化下推导边坡回弹变形公式计算开挖卸荷分量,基于Burger模型的蠕变本构方程计算流变分量,采用已有的经验公式计算爆破分量和降雨分量;综合4个变形分量形成考虑变形机制的边坡稳定预测模型,该模型可体现各影响因素对边坡变形的作用和相关程度,更加科学合理地解释边坡变形产生的力学机制。通过对锦屏一级水电站左岸边坡外观测点TP5变形监测资料的统计回归分析表明:相对于传统的统计模型,该模型的回归方程显著,方差比和复相关系数较大,预测误差较小,具有工程应用价值。

大型导流隧洞不同体型封堵体的设计方法及结构安全性分析

导流洞封堵体是水利水电工程蓄水后确保过流安全的关键性工程,目前针对柱形封堵体的计算方法成果较多,但对工程中应用较多的楔形封堵体,设计方法尚不多见。以Karot电站导流洞封堵体设计方案为例开展理论和数值模拟分析,通过楔形体受力分析,提出了楔形封堵体水压承载能力的计算方法,并采用三维弹塑性数值模拟方法,对比分析了扩挖楔形和柱状封堵体,结果表明扩挖楔形封堵体校核水位下最大变形0.8 mm,其超载安全系数是圆柱形封堵体的1.08倍。并通过数值模拟结果与公式计算结果的对比,验证了楔形封堵体承载力计算方法的合理性和准确性,对于楔形封堵体的设计具有重要的指导作用。

大型弃渣场阻断下泥石流动力过程数值模拟研究

以金沙江上游旭龙水电站茂顶河大型弃渣场条件下泥石流为例,基于OpenLISEM软件探讨了不同工况下泥石流的运动—堆积动态演进规律。不同控制工况条件下泥石流的坝后堆积高度各不相同,同时预测泥石流停淤后排导槽内泥石流的性质及运动参数,综合评估泥石流防治工程合理性和综合防治方案,为大型弃渣场阻断下泥石流防治提供借鉴与参考。

两河口水电站泄水建筑物进口边坡群开挖过程三维数值分析

鉴于两河口水电站泄水建筑物进口边坡的稳定性直接影响到水电站的正常运行,基于实际地质条件,建立了三维数值计算模型,采用三维弹塑性有限差分法分析了该边坡开挖卸荷过程中的位移场、应力场和塑性区分布特征,揭示了边坡岩体潜在破坏部位分布规律,并评价了边坡的稳定性。结果表明,影响边坡稳定与安全的的主要因素是f1和fb13-04断层的切割、开挖坡比和Ⅴ类岩体的分布。结果可为边坡开挖后的支护形式设计及施工程序和施工方法的确定提供参考依据。

乌东德高拱坝坝身不设底孔生态泄水技术与实践

乌东德水电站建设之前,国内外高拱坝一般采用坝身设置底孔解决下闸蓄水期生态泄水问题,但坝身设置底孔将使坝体结构和受力变得复杂,且占用大坝浇筑直线工期,投资大、经济性差,部分工程设置底孔仍存在坝址断流、下游脱流等问题。针对坝身设置底孔解决下闸蓄水期生态泄水问题存在的上述不足,依托乌东德水电站工程,采用工程调研、水力学计算和水工模型试验相结合的研究手段,通过4个实体模型、19种方案、157组试验,研究形成了200~300 m级特高拱坝坝身不设底孔导流技术体系,使乌东德高拱坝成为中国年均流量大于150 m^(3)/s的大江大河上已建坝高超过150 m的16座高拱坝中,唯一一座坝身不设底孔的高拱坝,电站初期蓄水期连续生态泄水流量达到400~1587 m^(3)/s,实现了初期蓄水期向下游连续大流量供水。相关技术可为类似工程施工导流方案的拟定提供新的解决思路,具有较强的参考应用价值。

乌东德水电站复杂地质条件下大型导流隧洞群开挖支护设计

为研究不良地质条件下的导流隧洞围岩稳定控制方案,以乌东德水电站右岸3-5号大型导流隧洞群上游因民组薄—极薄层大理岩化白云岩洞段为例,通过现场安全监测和物探检测进行了地质条件分析,采用有限差分数值计算对导流隧洞表层支护、浅层支护、中层支护和深层支护等各单项支护措施和组合支护措施的支护效果进行了模拟分析。结果表明:表、浅层支护措施对顶拱部位变形和塑性区抑制的效果较好,中、深层支护措施对中隔墙部位变形和塑性区抑制的效果较好,采用表、浅、中、深层支护措施相结合的综合支护手段,可在保证支护结构安全受力的前提下,有效保障导流隧洞群施工期洞室安全。研究成果可为类似不良地质条件下大型地下洞室群开挖支护设计施工提供参考。

乌东德水电站导流隧洞施工期支护设计

乌东德水电站导流隧洞采用"左2右3、4低1高、4大1小"的布置格局。因右岸3、4号导流隧洞上游部分洞段位于裂隙发育、岩体破碎的因民组薄-极薄层大理岩化白云岩中,且岩层走向与洞轴线成小角度相交,致使导流隧洞第Ⅲ层开挖支护完成后,洞内各监测仪器监测量值较大,收敛缓慢,部分洞段出现左拱肩塌方,右边墙滑塌等现象。对此,采用有限差分法,开展了导流隧洞施工期动态反演分析,利用分析结果,确定了施工期钢拱架、预固结灌浆、预应力锚杆、锚筋桩和锚索加强支护的综合加固措施。导流隧洞全部开挖完成后的监测结果表明,各监测数据基本收敛,洞室基本稳定。

乌东德水电站导流规划与设计

乌东德水电站施工分初期导流、中期导流和后期导流。初期导流采用隧洞泄流、土石围堰全年挡水导流方式;中、后期采用导流隧洞、坝体中孔、表孔和泄洪洞联合泄流,坝体临时断面全年挡水导流方式。受地质条件影响,两岸导流洞靠山侧布置,导致洞线长、规模大,且由于洪峰来量大,导流洞断面也较大。简要介绍了乌东德水电站导流规划和导流建筑物布置、导流标准、导流程序及导流建筑物设计等,可供类似具有复杂导流条件的水电站施工参考。

大型导流隧洞群下闸封堵风险分析及对策——以乌东德水电站为例

高拱坝通常会在坝身较低高程处设置导流底孔,以降低下闸安全风险,同时满足中后期导流和初期蓄水时下游生态供水需求。但由于高拱坝坝体底部空间有限,坝身设置导流底孔易导致坝体结构复杂、占用大坝直线工期、投资大、初期蓄水泄放生态流量小甚至下游脱水断流等问题。以中国首个坝身不设导流底孔的高拱坝——乌东德大坝为例,开展了复杂地质条件下超大型导流隧洞群下闸封堵风险分析及对策研究,分别从下闸遇超标流量、闸门失稳、下闸不到位、地下洞室失稳、异常渗漏、洞内气爆、工期延迟等安全风险方面展开具体分析,并研究制定相应对策,保障了乌东德水电站导流隧洞下闸封堵安全。相关安全风险应对措施和管理经验可为类似工程提供借鉴参考。

水工隧洞综合超前地质预报应用对比研究

近年来,一大批大型水利水电工程正在或即将投入建设,这些工程中存在大量长大隧洞和特大型地下厂房(硐室群),在施工过程中常常伴随着突水突泥、塌方、岩爆等安全事故风险.针对目前对常用的隧洞超前地质预报方法缺乏系统的适应性研究的问题,首次将国内外常用的8种超前预报技术针对同一个探测对象开展了现场试验研究工作,并分析对比了各种物探方法的探测效果.本文创新地提出了同心圆等炮检距垂直反射法观测系统,同时开展了电火花震源适应性试验研究工作.