基于有限元数值模拟的尾矿库三维渗流稳定性分析

建立尾矿库库区及坝体的三维渗流数值计算模型,基于有限元数值计算分析软件,对原设计终期标高和扩容终期标高尾矿库模型进行正常运行工况和洪水运行工况下的三维渗流计算及渗流稳定性分析。模拟尾矿堆积坝体及沉积滩内浸润面的空间分布形态及水力比降在空间的分布特征。通过数值模拟计算结果,对尾矿库扩容工程在不同堆积工况下的渗流特征进行分析研究,对尾矿库的渗流稳定性进行综合分析与评价,为尾矿库的动力分析及安全运行提供科学依据。

基于网格自适应加密策略的隧道稳定性三维极限分析下限有限元法研究

网格分布形式对三维极限分析下限有限元法的计算精度影响较大,为获取精确下限解,通常需对破坏区域进行密集网格划分,从而极易导致计算规模过大,求解效率低下。针对上述问题,提出一种基于单元应力的三维极限分析下限有限元“后验”网格自适应加密策略。首先,构建基于Mohr-Coulomb(M-C)准则和半定规划技术的三维极限分析下限有限元模型,避免了屈服准则的近似处理。其次,引入基于M-C准则的网格自适应加密策略,通过判断各个单元应力接近屈服的程度,确定加密点的坐标。然后,将加密点与原先节点组合构成新的点集,并重新划分网格,建立新的下限有限元计算模型。最后,利用所提方法研究隧道稳定性问题,表明利用所提网格自适应加密策略能够以较少单元精确模拟破坏区域应力分布,从而获取高精度下限解。

新疆阜康抽水蓄能电站工程上水库渗流三维有限元分析

为分析各水位工况下阜康抽水蓄能电站上水库坝体及坝基渗流场,获得坝体和坝基的位势分布、库区渗透流量等要素,根据工程坝址区地质、地形条件,建立渗流三维有限元模型并进行计算。计算结果表明,由于全库盆混凝土面板防渗方案库盆四周均布置了混凝土面板,库周和库底混凝土面板底下分别设有透水性较强的无砂混凝土垫层和碎石垫层用以排水,库区地下水位低于库盆防渗面板及其底下垫层。因此,无砂混凝土垫层和碎石垫层及其库底回填区和上部岩体均处于非饱和状态,不会直接作用在防渗结构上,因此库周及库底混凝土面板的抗浮安全性可以得到保证,本方案技术上是合理的。

基于有限元方法的不良地质条件下碾压土石坝渗流及边坡稳定性分析

碾压土石坝是我国中小型水利工程最常用的坝型之一,早年建设的碾压土石坝因设备和技术限制,如今常存在渗漏、设备老旧等问题。以马屋山水库土石坝除险加固工程为例,对该土石坝劈裂灌浆后的坝体渗流和边坡稳定进行有限元建模分析,结果表明:正常运用条件下,坝体浸润线位置变化不大,等水头线分布均匀,渗透坡降远小于允许值,整体较安全;水位骤降条件下,上游坝坡存在出逸点,混凝土面板护坡起到保护作用;坝体在多种运行工况下均能满足滑动安全要求,不会发生滑坡危险。

洪湖主隔堤加固施工三维有限元渗流稳定分析

为保障洪湖主隔堤安全稳定运行,采用三维有限元分析计算软件对翟家湾大桥跨越的洪湖主隔堤进行计算分析。计算结果表明,洪湖主隔堤渗流稳定性满足要求。

有限元分析在尾矿库渗流及抗滑稳定工程实践中的应用

某新建尾矿库初步设计拟采用一次性筑坝,坝型为碾压式土石坝,为评价设计方案的合理性以及尾矿库的安全性,采用有限元方法对尾矿库渗流稳定性和抗滑稳定性分析计算,结果表明,尾矿坝采用的渗控体系能够满足大坝的防渗要求,坝体上游侧的HDPE土工膜起到了较好的截渗效果,库内浸润线分布规律合理,下游设计排渗系统起到了较好的排渗效果;在正常蓄水位、最高洪水位和地震等3种工况下,尾矿坝下游边坡的抗滑稳定性均满足规范要求,设计方案合理可行。

基于强度折减法的边坡稳定性三维有限元分析

将强度折减法应用于边坡稳定性分析中,折减土体强度,代入有限元程序进行计算,直至计算不收敛,此时的折减系数即为安全系数。将强度折减法应用于边坡稳定性的三维分析,结合工程实例,基于强度折减法的边坡稳定性有限元法和传统极限平衡法的计算结果,对边坡稳定性二维分析和三维分析的结果进行了对比,表明基于强度折减法的边坡稳定性三维有限元分析是可行的。在边坡稳定性分析中,为得到更符合实际情况的结果,在有条件的前提下宜补充进行边坡稳定性三维分析。

渗流作用下边坡稳定性分析的强度折减弹塑性有限元法

将边坡渗流的有限元计算和稳定分析的强度折减弹塑性有限元法相结合,对渗流作用下边坡的稳定性进行有限元计算与分析。基于有限元计算所得到的堤坝各单元结点水头,通过面力法和体力法两种等效方法计算渗流作用力,即通过单元结点水头计算作用于单元周边的孔隙水压力及其等价结点力或通过单元结点水头计算作用在单元上的渗透力及其等价结点力。将所确定的渗流等价结点力与土的自重、地震力等其它荷载共同施加于边坡上,采用强度折减弹塑性有限元数值分析确定边坡的临界失稳状态及其所相应的安全系数。应用实例表明该方法是有效的。

渗流作用下利用有限元强度折减法的边坡稳定性分析

应用ADINA程序分析了天然情况下边坡的稳定性,得到了安全系数和滑面的位置,并与ANSYS以及传统条分法GEO-SLOPE程序的计算结果进行了对比;在渗流作用下,基于渗流方程和温度方程的原理,把温度场所对应的温度荷载转化为孔隙水压力荷载施加在稳定性分析的计算模型上,对边坡进行了稳定性分析。结果表明,采用该方法计算得到的安全系数与采用传统极限平衡法计算得到的安全系数相比,两者之间的误差在3%以内,说明利用温度场进行渗流计算,再采用有限元强度折减法来进行边坡的稳定性分析是可行的。

基于有限元分析的均质土坝渗控研究

均质土填筑坝应设计成具有相对平坦的斜坡,以降低破坏的风险。由于天然土壤的不均匀性和边界条件的变化,实际渗流问题很难转化为等效的数值问题。排水系统的功能至关重要,因为它可以改变潜水面并确保下游的安全。提出使用有限元方法对考虑土坝渗流和稳定性的分析结果进行研究。渗流分析可分为稳态分析和瞬态分析两类。基于参数敏感性分析,渗流和稳定性研究都表明考虑耦合效应对土坝整体稳定性至关重要。研究结果表明,耦合分析是土坝设计和性能评估中渗流和稳定性考虑的必要条件。坝体下游和上游均采用了1∶2.5的坡度。对于满水库和低水库条件,安全系数(FS)均大于1.6,但对于其他稳定性考虑,发现FS值小于规定值。结果表明,基于有限元分析的均质土坝渗控研究是有效的方法。通过有限元分析,可以对土坝的渗流行为和稳定性进行详细分析,从而指导渗控治理措施的制定和实施。此研究结果对于提高库区渗控的效果和水工工程的安全性具有重要意义。

利用有限元强度折减法进行渗流条件下的基坑整体稳定性分析

渗流作用下的基坑稳定性分析一直是基坑工程中的难点。传统基坑设计方法在计算基坑整体稳定性时存在以下问题:不考虑降水方式和渗流对基坑整体稳定性的影响,不管什么情况都假定圆弧滑动面破坏等。结合算例介绍了应用PLAXIS有限元程序模拟降水条件下的深基坑开挖过程,并通过有限元强度折减法计算得到了基坑整体稳定安全系数。计算结果表明:潜水位生成水压、渗流计算生成水压以及基坑外水位不降3种工况下,基坑整体稳定安全系数差别较大;PLAXIS程序根据有限元强度折减法分析得到的滑动面比传统设计方法中假定的圆弧滑动面更加合理,因此应用具有渗流计算功能的PLAXIS程序计算得到的基坑整体稳定安全系数更为准确合理。

库水骤升条件下特高心墙堆石坝渗流及坝坡稳定性分析

为分析库水骤升对特高心墙堆石坝的渗流特性及坝坡稳定性的影响,以某特高心墙堆石坝实际情况为例,建立有限元分析模型,采用饱和-非饱和非稳定渗流理论,对库水骤升阶段渗流场进行了数值模拟,并将非稳定渗流场与极限平衡法相结合分析了坝坡稳定性。研究结果表明:库水骤升过程中,心墙内浸润线变化相对库水位变化表现出明显的滞后性,浸润线呈现“下凹”形状,且水位骤升速率越快,向下弯的程度也越大;库水骤升阶段,心墙内非稳定渗流等势线整体向上游偏移;库水骤升对上游坝坡稳定性具有有利影响,下游坝坡由于心墙较好的防渗性,基本保持不变。

不稳定股骨转子间骨折不同内固定方式的三维有限元分析

背景:由于不稳定型股骨转子间骨折骨骼的形态及力学传递比较复杂,普通的实验方法难以全面完整的分析其生物力学变化特点,并且普通实验成本高、周期长、重复性比较差等缺陷使其在生物力学方面的研究受到限制。目的:应用三维有限元法分析不稳定股骨转子间骨折不同内固定方式的生物力学特点。方法:建立股骨转子间骨折锁定动力髋螺钉内固定模型(C1)、Gamma钉内固定模型(C2)以及股骨近端解剖锁定钢板内固定模型(C3),将股骨远端固定,施加髋关节反作用力2 800 N及外展肌力分别为1 200 N。三维有限元法分析不稳定股骨转子间骨折3种内固定模型不同部位的应力分布、应力集中部位以及最大位移情况。结果与结论:1骨折断面应力值:C3骨折断面前外侧应力值和前内侧应力值均最大,C3骨折断面后外侧应力值和后内侧应力值均最小,3组比较差异均有显著性意义(P均<0.05)。2骨折间隙应力值:C1、C2和C3的前外侧应力值、前内侧应力值、后外侧应力值和后内侧应力值之间比较差异有显著性意义(P<0.05)。其中C1前外侧应力值明显大于C2前外侧应力值(P<0.05),C3的前外侧应力值明显小于C1前外侧应力值和C2前外侧应力值(P<0.05),C3的前内侧应力值明显小于C1前内侧应力值和C2前内侧应力值(P<0.05);C1后外侧应力值明显大于C2后外侧应力值和C3后外侧应力值(P<0.05),C1后内侧应力值明显大于C2后内侧应力值(P<0.05),C3的后内侧应力值明显小于C1后内侧应力值和C2后内侧应力值(P<0.05)。3螺钉顶部周围骨质应力值:3组之间比较差异有显著性意义(P<0.05),其中C3的螺钉顶部周围骨质应力值明显大于C1和C2(P<0.05)。4由此可见,锁定动力髋螺钉、Gamma钉和股骨近端解剖锁定钢板3种内固定方式修复不稳定股骨转子间骨折各有优缺点,可以根据需要选择合适的内固定装置。

定向井井壁稳定性三维有限元分析模型

对现有的井壁稳定弹性模型的局限性进行了分析,在空间坐标变换基础上,建立了新的定向井井壁稳定分析三维有限元模型,可适用于任意井眼轨迹。计算结果与解析解对比,其误差低于6%,说明所建模型是合理的,为进一步分析弹塑性地层的井眼稳定问题提供了有效工具。

骨质疏松股骨转子间不稳定型骨折人工股骨头置换的三维有限元应力分析

背景:人工股骨头置换的出现为股骨转子间不稳定型骨折的临床修复提供了新思路。但人工假体置换可能会对原有的股骨生物力学稳定性产生影响,导致各种不良后果的出现。目的:采用三维有限元方法分析人工股骨头置换修复骨质疏松股骨转子间不稳定型骨折的应力变化。方法:在接受健康体检的人群中随机选择1名老年男性志愿者,对左侧股骨进行螺旋CT扫描,建立人体股骨、假体三维有限元模型。模拟人体攀爬楼梯的实际工况,利用三维有限元模型,分析各项力学指标,包括股骨体表、假体以及假体柄周围骨性通道的应力分布情况。结果与结论:在正常状态下,人体股骨内外侧受力基本处于一致的状态。应力按照从近端向远端逐渐增大的情况变化。假体应力存在集中情况,并集中于中段。对假体柄前内侧的应力分布情况进行分析,获得假体及相应股骨内松质骨界面的应力分布情况,经分析可以发现,处于一致的应力变化趋势。结果提示,人工股骨头置换并不会对人体股骨的总体应力分布模式产生明显的影响,总体的应力分布并没有发生变化,依然按照从近端向远端逐渐增大的情况变化,且最大应力区域位于全长股骨中段位置。进行重建之后,股骨距部未观察到明显的应力集中情况。

正交各向异性岩体中地下洞室稳定的粘弹-粘塑性三维有限元分析

建立了一种正交各向异性岩体的粘弹-粘塑性模型,推导和描述了相应的数值计算表达式和有限元分析的步骤,并使用所编制的三维有限元程序,以在层状岩体(横观各向同性介质)中的地下洞室开挖为算例,考察了围岩的流变动态,得出了几点结论。

吊水壶尾矿坝渗流特性三维有限元分析

本文结合工程实例,以吊水壶尾矿坝为背景,建立现状尾矿坝三维模型,利用三维有限元法反演分析现状尾矿坝的渗流场,将计算结果与勘察的浸润面对比分析,验证模型的可靠性和合理性。基于此模型建立加高后的尾矿坝三维模型,计算正常蓄水位和设计洪水位两种工况下的渗流场,分析坝体浸润面埋深、滩长、渗流坡降等,结果表明,不设排渗措施时,尾矿坝干滩长度、浸润面埋深均能满足规范要求,而且尖流性态良好,满足渗透稳定。提出该尾矿坎可通过加高工程来进行渗流控制的建议。

长河坝水电站开关站工程边坡稳定性三维有限元分析

长河坝水电站开关站边坡的稳定性主要受斜向上游的f24断层控制，其变形破坏方式主要为旋转滑移拉裂型。本文采用三维有限元分析方法对该边坡的稳定性进行了分析，分析结果表明，工程边坡具有从下游往上游稳定性提高的趋势，边坡的稳定性具有一定的分区特征：下游侧0～35m斜坡处于不稳定状态，35~70m处于潜在不稳定状态，70m以上处于基本稳定状态。上述结果为工程边坡的支护措施设计提供了依据。

溪洛渡水电站拱肩槽高边坡稳定性的三维有限元分析

溪洛渡拱坝高273m,拱肩槽开挖高边坡最高约250m,其整体稳定性是复杂的空间问题。作者采用三维有限元方法对拱肩槽边坡的应力场和位移场进行了模拟,计算结果表明:该方法能较全面、真实地反映实际情况,为工程高边坡的整体稳定性评价和坡比设计提供依据。