库水-淤砂层-坝体-坝基体系地震响应分析

针对我国西部水利工程结构面临的地震安全问题,特别是混凝土高拱坝的抗震安全设计,以小湾水电站混凝土高拱坝为研究对象,进行了库水-淤砂层-坝体-坝基体系的耦合动力分析,同时考虑了复杂的坝基地形、正常蓄水位的库水以及常年运行而堆积的淤沙层的影响。主要内容有:①基于传递矩阵法及二维有限元,实现了复杂峡谷地形的自由场计算;②基于水-饱和多孔介质-固体的统一计算框架,实现了库水-淤沙层-坝体-坝基体系的三维地震响应分析算法。最后,分别以脉冲波和地震波作为输入,探讨了小湾拱坝的地震响应规律及库水淤沙层对拱坝地震响应的影响。结果表明:坝体顶部中心区域会承受较大的拉、压应力;而库水底部淤砂层对坝体的位移及应力影响并不显著。

考虑库水升降和滑带弱化作用的岸坡启滑机制分析

以三峡库区凉水井滑坡为研究对象,采用理论分析与数值模拟的研究手段,构建了滑带强度弱化模型,提出了渗流驱动的滑坡启滑判据,应用Geo-studio有限元程序分析了库水不同升降速率对滑坡稳定性的影响,揭示了库水升降作用下岸坡渗流场演变规律和渗流驱动下的启滑机制。研究表明:(1)渗透压力与渗透时间的变化是滑带土强度弱化的关键因素,弱化到临界强度时,在渗流驱动下发生压剪破坏而启滑,由局部向整体以渐进模式破坏失稳;(2)库水升降过程中,坡体内孔隙水压力滞后性较明显,水位升降速率会影响坡体地下水响应时程,升降速率越大,孔隙水压力变化越大,渗流驱动力越大,滑坡稳定性变化越快,越趋近于渐进破坏;(3)库水位从175 m降到145 m,凉水井滑坡滑面法向应力最大降低了38.19%,剪应力最大降低了22.20%,有效法向应力最大落差为168.64 kPa,抗剪强度最大落差为63.45 kPa。以上分析结论与规律可为涉水滑坡启滑机制分析、库岸山体滑坡失稳研究及应急防治工程等提供科学依据和理论方法。

库水涨落条件下三峡库区反倾岩质边坡稳定性分析

三峡库区库水涨落对消落带岩体的长期水岩作用导致消落带岩体的力学性质劣化和渗透性增强,进而威胁库区反倾岩质边坡的稳定.基于三峡库区反倾岩质边坡的概化模型,使用GDEM软件的裂孔隙渗流分析系统分析反倾岩质边坡在库水周期性涨落过程中的渗流场变化,并采用悬臂梁极限平衡法评价周期性涨落过程中的反倾岩质边坡的稳定性.研究发现库水周期性涨落过程中反倾岩质边坡内的地下水位线升降存在较强的滞后效应,反倾岩质边坡稳定系数呈“库水水位由145 m上涨至175 m过程中,稳定系数增加→库水稳定在175 m之后,稳定系数下降→库水水位由175 m下降至145 m过程中,稳定系数下降→库水水位稳定在145 m之后,稳定系数增加”的变化趋势,边坡渗透性、库水涨落速率、岩层厚度差异和岩层倾角均是反倾岩质边坡稳定性的重要影响因素.

基于动态模型的湖库水环境容量影响因素重要性解析

湖库入库径流量、库面蒸发、大气干湿沉降、库区降水、沉降自净、水温波动、不均匀混合及库容变化等都会影响湖库水环境容量的大小,为明确各因子的定量影响,基于构建的水环境容量逐日动态计算模型,将模型考虑要素按输入特性划分为物理因子、计算参数、水库管理目标3类,与全要素考量得到的容量基准值进行对比分析。结果表明:物理因子中入库径流量与TN容量结果相关性最强,基准设计水文条件下库区降水对TN容量结果偏差值的影响最大;计算参数中水温修正系数α对TN容量的影响最大,其增大5%对应的TN容量偏差值为8.27%;水库管理目标中的水质管理目标对TN容量的影响最大,而且是所有因素中对容量影响最大的因子。定量分析的结果明确了各影响因素对容量核算结果的影响程度,可为容量核算方法的简化及精度的提高提供依据。

库水浸泡下全-强风化千枚岩桥基岸坡稳定性分析

全—强风化千枚岩具有极强的水敏感性,在库水浸泡后岩体物理力学特性不可避免地存在劣化的趋势,对岸坡的稳定性极其不利。鉴于此,以某全—强风化千枚岩桥基岸坡为研究对象,通过野外详细调查、室内物理力学试验以及Geo-Slope软件分析,考虑水库蓄水对岸坡千枚岩抗剪强度的劣化效应,计算得到该桥基岸坡稳定性的变化规律。结果表明:在水库蓄水后短时间内全—强风化千枚岩抗剪强度参数及岸坡安全系数降低幅度较大,后逐渐减缓;水库蓄水后,黏聚力的劣化幅度比内摩擦角大,黏聚力的水敏感性更强;计算得到在浸水95 d后,安全系数为1.189,小于1.200,处于欠稳定状态,提出岸坡加固建议措施。

基于灰色关联度的降雨与库水耦合边坡稳定性影响因素敏感性分析

雨水和库水长期反复渗入和排出会对滑坡产生严重的影响。为了进一步研究库水与降雨耦合动力作用下的边坡稳定性变化规律,以三峡库区八字门滑坡为研究对象,将降雨强度、库水下降速率作为影响滑坡稳定性的主要外部动力诱发因素,将滑体黏聚力、内摩擦角、重度及渗透系数作为内部主控因素,通过灰色关联度理论分析上述因素对降雨与库水耦合滑坡稳定性的影响,确定滑坡岩土体材料内部影响因素及外部水动力强度因素对滑坡稳定的控制作用大小。结果表明,降雨强度的变化对降雨与库水耦合边坡稳定性的影响最敏感,且在不同库水位条件下,库水下降速率与渗透系数对边坡稳定性的敏感程度不同。研究成果可为水库型边坡的防护治理和设计提供重要参考。

白鹤滩水电站库水温度在线监测系统方案设计与应用

白鹤滩水电站库水温度在线监测系统是根据金沙江下游流域生态环境保护要求,结合电站工程特点进行设计的。系统监测范围覆盖了库区、坝前、坝内流道、坝下等区域,重点监测部位采取了同部位多条水温测线和部分高程加密测点布置,不同建筑物采取了不同的安装埋设方式,系统可实现全天候、全自动化实时监测。根据实际监测结果,对库区垂向库水温度、坝前(坝面、左右岸取/进水口)垂向库水温度、机组流道内水温、坝下垂向库水温度进行了分析,对库区沿程库水温度分布进行了比较。系统的应用为叠梁门分层取水研究提供了基础数据,对减缓不利的水温影响、保证河流水生生态系统稳定提供了技术支撑。

库水与降雨对凉水井滑坡变形及稳定性的影响

三峡库区内大量的涉水库岸边坡,其稳定性不仅受库水涨落的影响,而且还受到库区降雨的影响。为了分析凉水井滑坡在库水下降及降雨联合作用下的变形与稳定性响应规律,利用Geostudio有限元软件分析了8种不同工况下凉水井滑坡的变形特征与稳定性演化规律,定义并获取了滑坡各处的降雨响应因子与联合响应因子。变形结果表明,滑坡前缘变形主要受库水下降控制,而后缘变形则受控于降雨;库水降雨联合作用时滑坡表现出牵引式的运动特征,且在滑坡中后部出现了一个变形响应"迟钝"的区域。稳定性分析表明,滑坡稳定性主要受库水下降控制,其稳定系数随下降速度的增加而降低。但当库水下降速度大于0.6 m/d时,随着库水下降速度增加滑坡稳定系数的降幅逐渐减小,库水下降速度大于1.0 m/d时,库水下降速度的增加对稳定性影响较小,其稳定性对50年一遇的暴雨更加敏感。

库水下降与降雨作用下滑坡变形特征和破坏机理

为探讨库区滑坡变形特征以及失稳破坏情况,本文概化制作了白家包滑坡物理试验模型,模拟水库蓄水作用,以及水库蓄水和降雨共同作用的工况,通过试验获得滑坡监测点的孔隙水压力、土压力以及滑坡位移。得到以下结论:库水下降会诱发滑坡坡脚局部牵引式崩塌,从而地下水补给库水使得孔隙水压力不断下降,地下水位以上土体排水固结容重减小,导致土压力值持续降低,滑坡出现轻微蠕动;库水下降与降雨联合作用下滑坡稳定性明显降低,坡脚发生失稳破坏,相对于滑坡而言,整体发生牵引式崩塌的风险更大。试验揭示了在库水下降与降雨共同作用下滑坡变形的破坏机理,为此类滑坡的研究提供参考。

库水下降条件下靠椅形滑坡的变形规律和稳定性

分析靠椅形滑坡在库水下降条件下的变形规律与稳定性意义重大。以三峡库区典型靠椅形滑坡-麻柳林滑坡为例,基于FLAC3D和Geostudio分别分析该滑坡在库水下降条件下的变形规律和稳定性。结果表明:滑坡在库水位快速下降阶段位移变化量大于缓慢下降阶段,且随着库水位的下降,坡体最大变形位置由高程220 m处变至175 m处,最大位移量为0.12 m;滑坡整体破坏以拉张为主;滑坡稳定性随库水位下降速率增加而显著降低,当组合工况为1.2 m/d下降速率+50年一遇暴雨时,滑坡处于欠稳定状态,此时应增加巡查次数。

水库出库水温影响规律研究

基于溪洛渡、向家坝、东江、三板溪及其他多座水电站实测数据及历史资料,对各水库出库水温和天然河道水温情况进行了分析研究,不同类型水库的多样本研究为水库出库水温和水电工程对河道影响的研究提供了重要的数据支撑,对深入认识出库水温影响规律具有重大意义。研究结果表明,水电工程修建后,下游河道中水体会出现春夏季降温、冬季升温、水温年变幅“扁平化”、相位推迟的现象。春夏季降温范围多在2~6℃之间,且与α值呈现较明显的对数递减关系;冬季升温幅度多在3~7℃之间,且与α值呈负相关关系;建库前后水温年变幅差值范围多在2~8℃之间,且与α值呈现较明显的对数递减关系。

降雨及库水升降作用下地下水浸润线简化求解

降雨及库水的升降作用对边坡中地下水位的波动有直接影响,对此目前还没有较好的简便评价方法。为此,根据布西涅斯克潜水非稳定运动的基本微分方程,依据一定假设条件,通过拉普拉斯正变换和逆变换,求得了降雨及库水升降作用下土质岸坡坡体内浸润线预测的简化公式。该公式考虑了渗透系数、升降速度、给水度、含水层厚度、水位变幅及降雨强度的影响。同时,利用3D-Modflow程序进行了验证分析,结果显示该公式是可行的。

考虑可压缩库水作用混凝土拱坝的动力特性和地震反应分析

利用通用有限元软件ANSYS建立3种动力相互作用模型,研究考虑库水的可压缩和不可压缩效应对坝体地震反应的影响,不可压缩性效应采用Westergaard附加质量方法模拟,可压缩性效应通过流固耦合方法模拟,采用时程分析法得出库水对地震反应的影响。从分析结果可知,库水对拱坝的动力性能和抗震性能存在较大影响,不能忽略。

库水位升降作用下大型堆积体边坡变形破坏预测

库岸边坡的变形破坏及稳定性研究是目前国内外研究的热点之一。基于水电站库区一大型堆积体边坡,通过现场原位直剪试验获取岩土体的力学参数,利用岩土数值分析FLAC3D软件,考虑了堆积体与基岩基覆接触带介质的应变软化特性,对水库蓄水和下降过程中边坡的变形破坏特征进行了分析预测。结果表明,在库水升降作用下变形主要发生在堆积体内部;根据堆积体的变形特征可分为3个区:前缘牵引变形区,变形量最大;中间过渡区,变形量最小;后缘被牵引变形区,变形量介于前缘和中间之间。模拟过程中,在坡体的不同位置设置位移监测点,得到了蓄水和水位下降过程中各监测点的位移时程曲线,监测结果显示,水位下降时堆积体前缘易形成局部失稳。通过剪应变增量判断堆积体边坡在库水作用下可形成2个潜在的滑动破坏面。

库水升降作用下浮托减重型滑坡稳定性研究

大坝建成后形成众多涉水滑坡。为研究库水位升降作用对涉水边坡稳定性的影响机制,基于重大涉水滑坡分类,针对浮托减重型滑坡,运用自主研制的滑坡模型试验系统,建立浮托减重型滑坡模型进行库水升降作用试验。试验结果表明,库水位升高,滑坡模型体内有效应力随之减小;库水位降低,有效应力随之增大。对于模型试验过程,运用Geo-studio软件进行渗流及稳定性计算,对照试验结果与数值模拟结果得出土压力及孔隙水压力渗流模拟变化情况与试验实测变化情况基本吻合。库水位上升阶段,滑坡稳定性系数随之减小;库水位下降阶段,滑坡稳定性系数随之降低。由此分析得出库水升降对浮托减重型滑坡稳定性的影响规律是:库水位上升引起滑坡体内阻滑段有效应力随之减小,导致滑坡稳定性降低;库水位下降引起滑坡体内阻滑段有效应力随之增加,使得滑坡稳定性提高。

基于滑体渗透性与库水变动的滑坡稳定性变化规律研究

在三峡工程试运行期间,库区滑坡因地质结构和渗透性的不同,其变形情况存在明显差异,因此,除研究滑坡地质结构外,还应加强不同渗透性滑坡在库水变动下的稳定性响应规律研究。以三峡水库库首区黄荆树滑坡实例为计算模型,分析库水位在175～145 m间以0.5～2.0 m/d变化时4种不同渗透性滑坡的渗流场特征;再以库水影响系数α和稳定性变化率为评价指标,研究在滑体渗透性和库水变动条件下的滑坡稳定性变化规律。研究表明,当库水影响系数α在-0.107～-0.322时,稳定性变化率β最大,且随α减小滑坡稳定性增加率β减小;当α在-0.644～-769.231时,随α减小稳定性增加率β变化不明显;当α在576.923～769.231时,库水位上升时滑坡稳定性降低较少;当α在0.107～384.615时,影响系数α与稳定性变化率β的相关性不明显。其结果对于库区滑坡的监测预警有较强的应用价值。

不同横缝接触与库水模型对拱坝动力反应的影响

本文基于有限元非线性动接触模型,对拱坝横缝非线性动力响应进行研究,重点讨论:(1)拱坝横缝键槽对限制缝面切向滑移的不同程度约束对反应的影响;(2 )分别采用Westergard模型和不可压缩流体有限元模型考虑上游库水对坝面的动压力作用,比较分析了上述不同水库模型对拱坝在地震作用下横缝开度响应分布的影响。计算结果表明:(1)考虑键槽对横缝两侧施加完全切向约束条件对降低拱坝两岸的横缝开度幅值有重要的意义;(2 )相比流体有限元模型,基于Westergaard动水压力公式计算得靠近两岸坝肩部位横缝开度响应有一定程度偏大。

库水位涨落对滑坡稳定性影响研究进展

库水位涨落是导致库岸古滑坡复活及滑坡失稳的重要原因之一,明确库水位涨落导致滑坡失稳的根本原因,选择有效的计算方法进行滑坡稳定性评价是准确反映滑坡发展与变形的关键。基于水岩相互作用机理,分析了库水涨落对滑坡岩土体的影响。较为详细地介绍了极限平衡法、有限元强度折减法、饱和/非饱和渗流应力耦合分析等滑坡稳定性分析方法。在此基础上,指出了当前研究中所存在的主要问题及今后研究发展方向。

地震条件下拱坝库水相互作用的试验研究

本文第一部分简要介绍通过室内模型试验研究可压缩库水共振效应的初步成果。试验是对固定在3倍于坝高的矩形水槽中的筒形拱坝进行的。考虑了库底淤砂效应,并和用边界点法进行计算的结果作了比较,进一步探讨了在实际工程中影响库水共振效应的各项因素。 第二部分,通过在白山拱坝模型实测,以及用三向电拟试验求得的振型动水压力,校验了用流固耦合有限元法及目前常用的修正威氏(Westergaard)公式求得的结果。验证表明:流固耦合的有限单元数学模型给出的结果与试验结果很符合,而修正威氏公式给出的结果偏大。

三峡库区木鱼包滑坡不同库水升降速率变形响应离心模型试验研究

本文采用地表位移监测和离心机模型试验研究了木鱼包滑坡在不同库水升降速率条件下的变形响应规律,取得以下认识:(1)木鱼包滑坡在重力和库水等因素作用下,促滑段不断挤压抗滑段而发生推移式蠕滑变形。(2)木鱼包滑坡变形主要受库水位高程和升降速率影响,降雨对滑坡的变形影响有限。165~175 m水位时,较高的库水上升速率才能造成月累计位移量大于30 mm的滑坡变形事件,而较低的库水下降速率则能造成大量月累计位移量大于30 mm的滑坡变形事件。145~165 m水位时,滑坡对库水升降速率的变形响应降低,滑坡月累计变形量基本处于30 mm以下。(3)滑坡的变形与库水浮力和动水压力有关。库水升降速率较小时,坡体内外水头差很小,库水浮力控制滑坡的变形;在库水升降速率提升后,坡体内外水头差增大导致动水压力增强,促使滑坡在库水抬升阶段的变形减弱,而在库水下降阶段的变形得到加强。(4)木鱼包滑坡的变形响应表现出自调节自适应性,首次蓄水对滑坡稳定性影响最为显著,后续的周期性库水升降过程中,对库水变动响应的敏感性有所减弱。以上研究结果可为三峡库区滑坡防治和库水调度优化提供有益借鉴。