倾斜建基面上的高堆石坝三维有限元计算分析

以某岩溶地区抽水蓄能电站上水库挡水建筑物为例,受岩溶发育影响,该工程用于抽水蓄能电站中面板堆石坝的筑坝料料源岩性十分复杂,且上水库两座大坝均为百米级高堆石坝,大坝坐落在倾向下游的倾斜建基面上,形成长贴坡坝体,地形地质条件较为复杂,研究倾斜建基面上筑坝的可靠安全性非常必要。为保证坝体安全设计的合理性,通过建立三维有限元模型,采用邓肯-张E-B静力本构模型和等价粘弹性动力本构模型,对该工程坝体进行静、动力计算,分析坝体变形的合理性及永久变形量。结果表明:各个工况下坝体位移不大,沉降率均不超过坝高的1%,满足设计要求。

考虑建基面的沥青混凝土心墙坝竣工期沉降计算

为探究不同建基面形状对沥青混凝土心墙坝竣工期沉降的影响,采用邓肯-张非线性模型对轿子山沥青混凝土心墙坝的竣工期坝体沉降进行了计算。对比依据轿子山大坝实际剖面简化而来的理想算例以及不同坝高的其他典型工程计算结果,发现在数值模拟中计算大坝的最大沉降占比时,应该使用修正后的坝高,即总坝高减去心墙向下延伸的高度,且坝高90~140 m范围内最大沉降比与坝高之间为线性关系。为了进一步验证上述发现的普遍性,又对理想坝型研究了不同坝体建基面形状与心墙及过渡层(向下)延伸段对坝体沉降的影响。结果表明:在相同坝高下,坝体与基岩的交界面与水平方向的夹角越大,坝体最大沉降越小,从基岩受力变形角度初步解释了坝体沉降变化的原因,即是侧向分担了部分坝体自重;心墙及过渡层延伸段的存在会使坝体最大沉降略有减小,但延伸段高度及倾角的变化对坝体沉降的变化影响不明显。建议在坝基开挖的过程中,尽量使上下游建基面与水平面间保持一个尽可能大的夹角,同时将心墙及过渡层向坝基深处延伸一段距离。研究成果可供沥青混凝土心墙坝工程设计和施工参考。

复杂条件下大坝连续缓边坡建基面控制开挖技术

水利工程施工建设是保证人民生活及社会可持续发展的重要基础,作为水利工程施工中的重要环节,大坝施工安全技术直接影响着工程施工的施工效率和施工人员安全。巴基斯坦迪阿莫-巴沙水电站坝址区域边坡上岩石广泛暴露,无植被与覆盖层,山谷两翼陡峭。基岩属于Kohistan Island Arc.的地质单元,Kohistan Island Arc.由两条重要的区域性断裂构成:北部的主喀喇昆仑逆冲断层和南部的主地幔逆冲断层。首先分析了巴基斯坦迪阿莫-巴沙水电站工程地质条件,就复杂条件下大坝连续缓边坡建基面控制开挖技术进行研究分析。对巴基斯坦迪阿莫-巴沙水电站施工主要特点与难点进行了分析,并给提出了施工方案选择与效益对比以及优化后方案施工工艺说明,然后对质量控制进行了措施优化。

综合物探检测在龙溪口航电枢纽工程建基面岩体检测中的应用

为保证岷江龙溪口航电枢纽工程施工质量,做好岩体质量检测具有重要意义。采用钻孔声波、钻孔全景图像及钻孔变形模量测试等物探检测手段在建基面开挖过程中对基础岩体进行物探测试,揭示了坝基岩体波速分布、裂隙发育及变形模量等信息,为确定最终建基面高程提供了数据依据,对节约工程投资和工期具有积极意义。

关于特高拱坝建基面径向变形量值的探讨

特高拱坝建基面径向变形是重要物理量之一,其变形量值和速率事关拱坝安全。笔者提出基于监测与仿真分析的特高拱坝建基面径向变形取值计算方法,在结合垂线监测数据和反演计算得到坝体和基础力学参数的基础上,分析研究基础径向变形沿高程分布规律,得到基础廊道高程径向变形和建基面径向变形之间的相关关系,为特高拱坝基础特别是建基面径向变形取值提供了新的思路。

某水库面板堆石坝河床段趾板建基面抬高分析

以某水库为例,根据现场揭露的实际地质条件,采用地质编录、钻孔声波测试和雷达波探试等勘察手段,对岩体风化程度、完整性、坝基岩体质量分类、岩体参数等进行地质分析,从而论证河床段趾板建基面抬高的可行性。根据研究成果,某水库大坝河床段趾板建基面高程由原来的2219 m抬高至2225 m,节约了工程投资,缩短了建设工期,可为其他类似工程建设提供借鉴和参考。

高拱坝沿建基面抗滑稳定性的分析方法研究

本文从运动稳定性的理论出发 ,认为拱坝沿建基面的强度破坏实质上是稳定性问题 ,属于极值点失稳 .文章还提出稳定性分析的刚性体方法和变形体方法 ,以及与变形体方法相应的两类失稳判据 :收敛性判据及突变性判据 ,并比较了两种方法的优缺点 .以小湾高拱坝为研究对象 ,根据有限元分析的成果 ,对它沿建基面的稳定性进行了定量研究 ,得到整体的稳定安全度 .并根据破坏的形态和发展过程 ,得出结论 :小湾拱坝只有在坝体发生破坏的同时 ,拱坝才能沿建基面滑移 .

建基面强度对拱坝应力、变形的影响

建基面是传递拱坝和基岩相互作用的纽带 ,它的强度直接影响基岩对坝体的约束 ,从而影响坝体的应力和变形 .采用非线性有限单元法 ,以设计中的某高拱坝为例 ,分析建基面强度对坝体应力和变形的影响 .结果表明建基面强度对坝体应力的影响仅限于建基面附近的局部范围 ,对最大主拉应力的影响要大于对最大主压应力的影响 ,建基面强度的降低不会无限地增大坝体的应力数值 ;建基面强度对坝顶位移的影响较小 ,但对坝底位移 (尤其是顺河向相对位移 )的影响较大 ,当建基面强度较低时 ,坝底顺河向相对位移随建基面强度的降低而增大 .

重力坝沿建基面失稳破坏的真实安全度研究

采用强度储备系数法,对重力坝建基面破坏过程进行非线性有限元模拟,并分析了坝体地基弹性模量比和建基面应力分布状态对破坏过程和强度储备系数的影响。研究结果表明:破坏过程可划分为4个阶段:贯通率平稳期、加速期、短暂平稳过渡期、急剧增加失稳期。当弹性模量比一定时,应力状态越趋于均匀分布,大坝处于稳定状态时的强度储备系数越大,坝趾坝踵处的应力比值越大,大坝处于稳定时的强度储备系数越小;当建基面应力分布状态一定时,弹性模量比的变化不改变建基面的总体破坏特征,强度储备系数与弹性模量比成正比。综合考虑应力分布及弹性模量比的影响,给出了正常荷载作用下重力坝沿建基面失稳破坏的真实安全度取值范围为1.5～2.5。

特高拱坝建基面浅层卸荷机制与稳定分析

随着我国水电资源的大力开发,高坝建设日益增多,面对这些大规模的建设,拱坝的稳定问题成为拱坝设计中的关键重大问题。对于处在高地应力河谷的拱坝建设,由于开挖,地应力释放引起基础岩体卸荷,造成的浅层稳定问题,对高坝设计来说是个少有成例的问题。对此问题,如果采用概念不对,误导了计算,则将引入失误。对高拱坝建基面浅层卸荷特征、产生机制进行详细讨论,结合小湾高拱坝遇到的浅层稳定问题,提出了拱坝多余力,及浅层建基面面安全系数的求法,利用最大最小原理对小湾拱坝建基面浅层稳定进行分析评价,分析结果在小湾工程的设计中得到应用,文中提出的分析方法可以指导同类工程的设计。

围岩质量综合评判模型和大坝建基面优选模型的建立

阐述了岩体质量及其影响因素的复杂性和不确定性 ,采用模糊数学方法建立了考虑岩石单轴抗压强度、RQD、裂隙间距、裂隙面粗糙度系数、裂隙水压力与最大应力比值的 5因素洞室围岩综合评判模型 ,以及考虑岩体纵波波速、完整性系数、变形模量、均一性系数、RQD、裂隙间距、承压水顶板岩体自重应力与承压水头比值的 7因素大坝建基面模糊优选模型 .

拱坝沿建基面抗滑稳定的体安全系数及其工程应用

对于坝基岩体发育有顺坡向结构面等复杂地质条件的拱坝,通常需要核算大坝沿建基面单滑面或多个平面组成的复合滑裂面的抗滑稳定性,但目前尚无为工程界公认的计算方法,现行拱坝设计规范也未作出明确规定。本文采用非线性有限元与传统的刚体极限平衡法相结合的分析方法,将滑裂面、坝基面、临空面与结构面相互切割、组合形成的潜在滑体作为研究对象,以坝基岩体内部发育的陡倾角结构面为分界面,将滑体离散为多个按串联或并联方式排列的块体,利用各块体的静力平衡条件与相邻块体间的变形协调条件,分析滑体在拱推力等外力作用下的抗滑稳定安全系数,即体安全系数。结合小湾拱坝工程,开展大坝沿坝基岩体发育的浅层卸荷裂隙抗滑稳定性的分析计算,通过实例分析表明本文方法的合理性与工程实用性。

基于直接内力法的拱坝建基面等效应力分析

本文提出适合分析拱坝建基面等效正应力的直接内力法。在目前有限元的水平上,该方法可以相对准确地计算建基面上的应力。该方法通过有限元计算的应力结果计算建基面上结点的内力,将建基面沿高程依次分成若干段曲面,对每段曲面均采用等效矩形进行近似,分别求解各等效矩形截面的内力。根据材料力学公式可以计算建基面上任意点的线性化等效正应力。工程实例分析说明了该方法的合理性和正确性。

构皮滩水电站高拱坝建基面卸荷岩体变形参数研究

乌江构皮滩水电站高拱坝建基面开挖成型后,在建基面上进行大量的声波测试,通过不同高程、不同部位的声波测试,根据波速沿坡距综合关系曲线确定卸荷深度,并分析波速分布的规律及特征。在卸荷带内进行35点原位变形试验,其加载路径和最大压力与拱坝作用于岩体的条件相似。通过35点变形试点的动静对比试验,建立卸荷岩体变形参数与波速之间的关系,利用大范围的声波测试结果评价卸荷带岩体变形参数。结合开挖前后波速和变形参数的变化规律,分析研究该高拱坝建基面卸荷岩体变形参数的弱化程度。试验结果表明,建基面卸荷深度为6m,卸荷带岩体平均波速降低7.0%,平均变形模量由29.1GPa降低至16.2GPa,平均降低43.6%。提出卸荷岩体的变形参数及取值方法。

环向聚能药包研制及其在建基面开挖中的应用

在水利水电工程中 ,水平建基面的开挖既严格又繁琐 ,为研究一种施工相对简单同时又满足规范要求的开挖方法 ,根据环向聚能药包的作用原理 ,研究了影响聚能药包破岩效果的因素 ,在此基础上研制出了切割型和射孔型两种不同环向聚能药包 。

清江水布垭面板堆石坝趾板可利用建基面标准研究

通过工程类比、建坝岩体力学性质研究成果分析、趾板区岩体声波测试、岩体变形试验以及岩体质量评价等多种方法对趾板建基岩体性状进行综合分析,确定了水布垭面板堆石坝趾板可利用建基面标准。提出了以硬岩声波波速3.8 km/s,相对软岩声波波速3.2 km/s作为建基面验收标准,并以弱卸荷带岩体作为水布垭面板堆石坝趾板建基面。

特高拱坝建基面岩体选择的工程类比法研究

为确定坝高超过200 m的特高拱坝建基面可利用岩体的选择标准,对国内7座特高拱坝建基岩体的利用情况进行了综合评价,通过工程类比法分析了特高拱坝建基面可利用岩体的选择因素,提出了特高拱坝建基面可利用岩体的选择标准。研究表明,特高拱坝及坝基在荷载作用下的破坏模式为压破坏和剪破坏,要求拱坝建基岩体应具有足够的承载能力、抗变形能力、抗剪切能力以及抗滑稳定性。国内特高拱坝建基面可利用岩体的选择主要是以岩体质量分级为综合评价指标,不同坝基部位可选择不同质量级别的岩体;Ⅱ级岩体是特高拱坝的优良的建基岩体,中部建基面可以有效地利用部分Ⅲ1级岩体,上部可适当利用Ⅲ2级岩体;对于特高拱坝坝基,变形模量和黏聚力略大于规范建议值;特高拱坝建基面可利用岩体选择以荷载及应力水平为基础,以拱坝稳定为前提,以变形、强度等力学参数为依据,以岩体质量级别为具体表征,按不同高度分区域进行多因素综合论证和选择。

拱坝优化时建基面岩体变模的合理选用

为了在拱坝优化设计过程中,能够合理地选用建基面岩体变形模量值,通过对各种不同高度拱坝,在不同基岩变模下进行优化设计,得出各高度拱坝最优方案合适基岩变模的大致取值及其变化规律,可供拱坝设计者参考。同时通过对同一拱坝在不同基岩变模下进行坝体应力分析,得出结论:拱坝优化设计时采用较低的基岩变模值,并不能保证坝体更安全;工程中的采用方案,其坝体应力值,必须留有一定的宽裕度,以适应坝基变形模量的变化。

混凝土重力坝多折面建基面稳定安全分析

研究了重力坝多折面建基面的稳定评价问题,指出现行规范建议公式无法完整计算三维情况下的多折面建基面稳定安全性。为此,在对规范建议的结构极限承载能力验算表达式进行改进和探讨的基础上,采用分项系数对材料参数和作用进行配套处理,导出了基于有限元计算结果的极限平衡准安全系数计算表达式,同时采用强度储备系数法揭示坝体建基面破坏模式和稳定安全度。以极限平衡准安全系数法和强度储备系数法的联合应用构成定值安全度的综合评价体系。工程算例的结果表明,这两种方法判断准则简单适用并相互补充印证,能够较好评价多折面建基面的稳定安全性。

重力坝沿建基面滑动的能量突变理论分析研究

采用突变理论对重力坝及其地基系统失稳的突变过程进行研究,采用能量突变判据分析失稳的可能性。在考虑渗流—应力耦合理论基础上,采用水重度超载法对重力坝及其地基系统在实际运行过程中的受力状态进行数值模拟,从而为突变判据提供较实际的计算数据,并对超载系数和传统的收敛准则判据做对比分析。结果表明,基于总塑性应变能突变判据可较好反映耦合情况下的重力坝失稳状态,而总应变能突变判据预测结果较差。