Application of strength reduction method to dynamic anti-sliding stability analysis of high gravity dam with complex dam foundation

Considering that there are some limitations in analyzing the anti-sliding seismic stability of dam-foundation systems with the traditional pseudo-static method and response spectrum method, the dynamic strength reduction method was used to study the deep anti-sliding stability of a high gravity dam with a complex dam foundation in response to strong earthquake-induced ground action. Based on static anti-sliding stability analysis of the dam foundation undertaken by decreasing the shear strength parameters of the rock mass in equal proportion, the seismic time history analysis was carried out. The proposed instability criterion for the dynamic strength reduction method was that the peak values of dynamic displacements and plastic strain energy change suddenly with the increase of the strength reduction factor. The elasto-plastic behavior of the dam foundation was idealized using the Drucker-Prager yield criterion based on the associated flow rule assumption. The result of elasto-plastic time history analysis of an overflow dam monolith based on the dynamic strength reduction method was compared with that of the dynamic linear elastic analysis, and the reliability of elasto-plastic time history analysis was confirmed. The results also show that the safety factors of the dam-foundation system in the static and dynamic cases are 3.25 and 3.0, respectively, and that the F2 fault has a significant influence on the anti-sliding stability of the high gravity dam. It is also concluded that the proposed instability criterion for the dynamic strength reduction method is feasible.

CCS水电站砂卵砾石地基上的重力坝设计与研究

CCS水电站的左岸挡水坝段为岸坡上的混凝土重力式结构,最大坝高39m,坐落在深厚覆盖层,覆盖层自上而下依次为砂卵砾石层、砂层和粉质粘土层,最深达130余米。复杂的地形地质条件使地震液化、地基承载力低、不均匀沉降等问题突出。因现场不具备提高地基承载力的施工处理条件,为满足原始地基承载力要求及坝身整体稳定要求,在体型设计上突破常规,坝段纵向采用大平台+陡坡式的建基面,横向采用空箱和实体相结合的坝体形式,并在坝坡、横缝等方面采取相应的结构措施,最终确定合理的重力坝设计方案,可为类似工程提供了新的设计理念和参考。

深厚软基条件下大坝稳定性分析研究

文海水库大坝坝基位于深厚软土之上,坝基稳定控制直接影响坝体填筑施工安全,坝基失稳会造成坝体沉陷、坡脚地面隆起。本文针对该水库深厚软基的复杂地质条件,系统开展了深厚软基筑坝中扩大反压平台规模、增设高压旋喷桩以及反压平台+旋喷桩等施工方案比选。结果表明,在增设宽20m、厚1.0m反压平台的基础上,在基底布设置换率0.15的高压旋喷桩的复合基础稳定控制方案能明显提高地基承载力,有效控制坝基变形和沉降,采用该方案施工的水库也稳定运行至今。此基础处理方案可为类似深厚软基工程处理提供参考。

武都水库坝基深层抗滑稳定性评价中BD角的合理取值

针对武都水库大坝坝基深层抗滑稳定性分析过程中BD角合理取值问题,应用多种严格极限平衡法和极限分析法对该坝基深层抗滑稳定性评价中的BD角取值进行了分析论证,研究BD角在各种工况下变化趋势与合理取值。结果表明:BD角不等于0°,不考虑BD角会低估坝基的抗滑能力;潜在滑面稳定性较好时,BD角较小,潜在滑面稳定性较差时,BD角较大;对于武都水库大坝坝基加固工程及类似工程,采用规范中双滑面等安全系数法计算时,BD角取15°是合适的且留有安全裕度。武都水库大坝坝基加固工程的BD角取为15°,节约了大量加固费用。

基于有限元超载—折减综合法的重力坝深层抗滑稳定性分析

针对某混凝土重力坝坝基存在3层粘土软弱夹层可能引起坝基深层滑动问题,提出了有限元超载—折减综合法,利用ANSYS有限元分析软件构建了该坝溢流坝段深层抗滑稳定分析模型,通过关键点水平位移的变化判断坝基深层滑动失稳情况,进而求得坝基抗滑稳定安全系数介于3.00-3.25之间。与刚体极限平衡双斜面法及强度折减法、超载法相比,有限元超载—折减综合法所得抗滑稳定安全系数接近于前三者的平均值（3.02-3.32）,评价结果更偏于安全。

高混凝土重力坝复杂坝基稳定安全度及极限承载能力研究

采用各向异性强化-软化的有厚度薄层单元模拟了坝基软弱夹层的力学变形特性,采用无厚度接触摩擦单元模拟坝基岩体节理裂隙,对高混凝土重力坝复杂坝基抗滑稳定采用三维非线性有限元分析,利用强度储备系数法模拟坝体坝基系统的渐进破坏过程、可能失稳模式,提出了塑性屈服区贯通的强度分析方法、典型特征点位移突变的变形体分析方法以及能量法联合判定坝体坝基系统极限承载力的研究方案,得出了坝体坝基系统的极限承载力。最后针对建设中的向家坝水电站高重力坝的深层抗滑问题进行了三维非线性有限元分析,计算结果表明,系统的极限承载能力由夹泥层的强度控制,极限状态的强度储备系数为2.7。

基于双滑面模型的混凝土重力坝深层抗滑动力稳定分析方法

地震作用下混凝土重力坝的深层抗滑稳定是设计关心的问题。应用刚体极限平衡方法,并与有限元相结合进行重力坝深层抗滑稳定动力分析,制定了相关的计算流程:①通过黏弹性地基模型考虑地基岩体的辐射阻尼效应;②通过不同岩体中地震波速的分段处理确定入射波在不同岩体中的传播时间,从而考虑岩层的不均匀性;③应用直接计算截面内力的方法提取有限元结果中的滑动力和阻滑力,并采用规范给出的抗滑模型进行深层抗滑稳定分析;④通过敏感性分析确定了双滑面模型的 2个关键参数,并比较了地基均匀性对结构变形和稳定的影响。基于上述计算流程,结合小南海重力坝工程实例,计算了地震作用下重力坝深层抗滑稳定安全系数,计算结果验证了方法的有效性,并与常规方法作了对比,其一致性较好。

层状坝基岩体的渗流机理及其深层抗滑稳定分析

提出了对层状坝基岩体的渗流可按非连续介质模型进行分析的结论 ,建立了对层状坝基岩体的深层抗滑稳定进行渗流场与应力场耦合分析的数学模型及其数值方法。结果表明 ,所建立的模型和方法 ,具有对层状坝基岩体渗流的考虑更为合理 ,分析计算的结果更为准确等特点 。

重力坝深层抗滑稳定安全系数理论公式的新解法

提出滑块的分合性原则,把双滑块体系的抗滑稳定问题同单滑块的抗滑稳定问题联系起来;提出滑动系数概念,证明了滑动系数符合以重量为权的加权平均原则;以对水平滑面双滑块摩擦模型的研究为过渡,提出了重力坝深层抗滑稳定分析中由K1、K2求K的理论公式;论述了安全系数的介值原则,并以之对现行刚体极限平衡法中的三种方法进行了评判。

考虑结构—地基交互作用的重力坝深层抗滑动力稳定性研究

我国大坝多建于高地震区域的中西部地区,对其进行抗震分析十分必要。文章以重力坝为研究对象,考虑到坝基岩体多存在软弱结构面和缓倾角裂隙等,着重研究地震作用时的重力坝深层抗滑稳定性。为了反映无限地基对结构的影响,文章采用在结构-地基交界面处附加弹簧和阻尼的方式进行处理,其中,在确定弹簧刚度和阻尼参数时采用了阻尼抽取法。这样处理就可以采用较小的计算区域,不仅可以降低动力分析的计算量,而且计算精度也得以提高。

重力坝深层抗滑稳定的可靠度分析

依据可靠度理论,对重力坝深层抗滑稳定问题,采用9个随机变量进行了计算,并将计算结果与常规法(被动抗力法)得出的结果进行了分析比较。同时对用此计算和要解决的问题提出了看法和意见。

具有软弱夹层的坝基深层失稳模式的改进

对重力坝设计规范中坝基深层抗滑稳定计算模型提出改进意见,建议坝基主滑动体与抗力体间界面———第三破裂面倾角选用非直立的坝基深层失稳模式,并导出了新的计算公式,编制了相应的电算程序,计算分析坝基深层抗滑稳定安全度。第三破裂面倾角根据坝基深层抗滑稳定最不利的情况确定。

丰满重建工程新坝开挖及混凝土浇筑对老坝稳定、应力的影响分析

丰满重建工程新坝建设期间,老坝仍需正常挡水运行,同时兼作新建工程的上游围堰使用。由于丰满老坝的先天性缺陷导致坝体结构、混凝土强度、防渗等方面仍存在安全隐患,且新建大坝距离老坝较近(120 m),新坝建设期间不同施工阶段及各种因素对原坝的原有运行状态会产生一定影响。针对新坝基坑开挖和混凝土浇筑这两方面的影响,通过有限元法对新坝坝基开挖及坝体浇筑施工的全过程进行数值仿真计算,针对典型河床坝段及岸坡坝段,研究在新坝基坑不同开挖范围和深度情况下,老坝处于不同运行水位时的安全稳定状态,浇筑新坝混凝土时老坝的实时应力和稳定状态,分析评价新建工程对老坝稳定及应力的影响,保证新坝建设期老坝运行安全,进一步研究并完善新建工程开挖方案。

重力坝岩基深层抗滑稳定分析的新方法

考虑重力坝岩基各向异性和非均匀强度的特性建立了一种对重力坝岩基深层抗滑稳定分析的方法,对岩基与结构面的弹性模量等参数分别进行设定并且对岩基与结构面破坏强度分别进行讨论,从而建立了岩基的深层滑动面的搜索程序,通过数值试验验证了该方法的计算方法。

复杂地基重力坝深层抗滑稳定非线性有限元分析

重力坝的深层抗滑稳定是保证大坝安全的一个重要条件。针对《混凝土重力坝设计规范》(DL5 10 8—1999)中关于复杂地基重力坝的稳定性需进行有限元分析的新规定,笔者结合某重力坝稳定问题实例,用非线性有限元方法进行了分析计算,并与刚体极限平衡法及结构可靠度分析方法的成果进行了对比。对有限元法的适用性。

基于界面元法的向家坝重力坝深层抗滑稳定分析

重力坝的深层抗滑稳定分析多采用刚体极限平衡分析方法和非线性有限元法,但通常的刚体极限平衡法不能反映坝基岩体渐近失稳过程和破坏的力学机制,非线性有限元法则难以解决坝基中软弱结构面位移不连续问题。结合向家坝工程,建立了泄④坝段的计算模型,采用界面元法进行了大坝深层抗滑稳定分析,给出了坝基中破坏区的范围和分布,以及坝基的渐进破坏过程和可能滑体的抗滑稳定安全系数等成果,为坝基处理措施提供了重要的技术参考依据。研究结果表明,所建立的分析方法可以自然描述坝基岩体各种介质的错动、张开和滑移等不连续变形的特征,可用于重力坝坝基的深层抗滑稳定分析。

含不同倾角结构面的重力坝坝基深层抗滑稳定研究

为研究存在不同倾角结构面时的重力坝坝基深层抗滑稳定问题,基于超载理论的地质力学模型试验,对含双倾斜结构面的某水利枢纽中的C#坝段进行破坏试验,得到坝基的破坏机理及超载安全系数Kp=3.0;采用有限元,对天然坝基存在的不同倾角结构面进行多种组合计算分析,得到含单倾斜结构面坝基超载安全系数Kc=2.6,双倾斜结构面坝基超载安全系数Kc=2.4。研究结果表明:对于含双倾斜结构面的重力坝坝基,模型试验与有限元计算所得的大坝破坏失稳过程相似,模型试验得到的超载安全系数略大于有限元计算所得超载安全系数;含不同倾角结构面重力坝坝基,其失稳滑动模式和破坏机理均不同。研究采用两种不同的方法进行对比分析,相互验证,揭示了含不同倾角结构面重力坝坝基深层滑动的破坏机理。

重力坝深层抗滑稳定的可靠度分析

深层抗滑稳定一直是重力坝设计的关键性问题,由于该问题的复杂性,目前对于分析方法尚无明确和统一的规定。本文在介绍常用可靠度计算方法的基础上,推导了重力坝深层双斜滑裂面的抗滑稳定可靠度计算公式,并用编制的计算程序对弄另水电站非溢流坝段7#坝段进行了可靠度分析。计算结果表明,应用可靠度理论进行重力坝深层抗滑稳定分析是可行并有效的。

太白县石沟水库坝基深埋强透水层成因及工程处理对策分析

通过对水库坝基深埋强透水岩层的平面分布、空间发育、形成机理及其透水原因的深入分析论述,采用钻探、物探及联通试验等多种手段相互印证分析,阐明强透水岩层的地质特征,综合评价其对成库条件、坝基稳定的影响,并合理提出水库工程中坝基防渗处理对策。此为水库工程的设计、施工起到重要的指导作用。

大藤峡水利枢纽泄水闸坝段深层抗滑稳定性问题

大藤峡水利枢纽主坝为混凝土重力坝。根据前期勘察及施工期开挖揭露,泄水闸坝段坝基岩体发育多条层间软弱夹层,性状较差、连续性好,产状缓倾下游偏左岸,可构成坝基深层滑移边界。针对上述工程地质问题,通过分析软弱夹层分布及性状,确定结构面力学参数;进行软弱夹层与断层、节理空间组合,确定滑移模式;以刚体极限平衡法进行滑面深度的敏感性分析,并进行坝基深层抗滑稳定性计算,评价坝基深层抗滑稳定性;对不满足规范要求的坝段,亦在计算成果基础上,提出了针对性处理措施,取得理想效果。研究成果可为大型水利水电工程重力坝深层抗滑稳定性研究提供启示和借鉴。