基于分区刚体-界面元方法的重力坝深层抗滑稳定分析

将坝体及坝基系统分界为可变形滑动界面、刚性滑动块体和刚性基床三部分,建立了基于滑动界面应力变形协调、分区刚体静力平衡的分区刚体—界面元分析方法,其未知量仅包含分区刚体变形及滑动界面上的接触力。结合基于极限平衡方程的迭代解法,可快速准确求解重力坝深层抗滑稳定安全系数。对局部滑面未知情形,可通过搜索求解最危险滑动面。该方法可同时满足上限极限分析的运动许可条件和下限极限分析的应力许可条件,克服了现有规范分析方法通过假定来满足下限极限分析条件的缺点。最后通过某重力坝深层抗滑稳定分析算例验证了该方法的准确性。

大型高拱坝嵌深对坝肩块体稳定性的影响分析

结合古学拱坝坝肩不同嵌深设计方案,利用刚体和有限元极限平衡法,对坝肩块体进行稳定性分析,研究了高拱坝嵌深变化对坝肩块体稳定性的影响规律。结果表明,拱坝嵌深的增加会产生块体体积、滑面面积减小和拱推力增加两种效应,分别增加和降低块体稳定性,因此坝肩块体抗滑稳定安全系数随嵌深增加呈现出持续增大、持续减小、先增后减、先减后增4类变化趋势。经比选,推荐古学拱坝采用左岸嵌深36.5m、右岸嵌深40.5m的中嵌深方案。

龙塘水库大坝深层抗滑稳定研究

龙塘水库重力坝坝基分布有较多的缓倾角裂隙面,裂隙面产状各异。结合地表地质调查、勘探平洞及钻孔揭示,确定优势裂隙面及大坝深层滑动模式。采用刚体极限平衡法和有限元应力积分法,对龙塘重力坝坝基深层抗滑稳定进行了计算,并对倾向下游的缓倾角裂隙面倾角进行了敏感性分析。结果表明,静动力工况下各坝段的深层抗滑稳定安全系数均满足规范要求,大坝深层抗滑稳定是有保证的。

三峡大坝运行期深层抗滑稳定研究

三峡大坝左厂1~5号坝段和右厂24~26号坝段分别位于左右岸山体缓坡地段,坝后式厂房布置形成了临时坡高67.8 m、永久坡高39 m的高陡边坡,岸坡坝段深层抗滑稳定一直是三峡工程的重大工程问题之一。在梳理上述岸坡厂房坝段工程地质条件和前期他人研究成果的基础上,重点分析了运行期大坝及坝基变形、渗压等监测成果,分析多种工程措施下的运行效果;并基于渗流实测数据,采用刚体极限平衡法、参数反演、非线性有限元法等对大坝深层抗滑稳定进行了复核计算。研究结果表明:三峡大坝岸坡厂房坝段的坝基变形、渗流等监测数据均在设计允许安全范围内;坝基岩体缓倾角结构面基本处于疏干状态;基于实测扬压力,采用刚体极限平衡法和非线性有限元相结合的方法对深层抗滑稳定复核表明坝基是稳定和安全的。工程从2008年试验性蓄水至今已正常运行16 a,结合最新的大坝监测成果对大坝的深层抗滑稳定进行复核及评价,可为同类重力坝工程建设运行提供参考。

库底反射性边界条件与地震动水压力分析

对目前通常所用的特殊库底反射性条件进行了推广 ,导出了库底存在淤积层时更一般的库底反射系数。利用试点法计算刚性坝面一般库底条件下坝面动水压力与地震干扰频率的关系 ,库底淤积层以及基岩材料性质对动水压力的影响。计算表明 ,考虑库底吸收后严格的库水共振现象不会发生 ,动水压力随淤积层的厚度增大而增大 ,软弱的基层能显著的降低动水压力。推广后的一般库底反射边界条件是有效的 ,可行的。

考虑库水特性的重力坝动水压力求解

为了对重力坝坝面动水压力进行便捷求解,在比例边界有限元方法的框架下可仅对上游坝面进行离散,推导出在不同方向地震动激励下刚性坝面动水压力的求解方程以及边界条件,详细分析了竖向地震动激励对坝面动水压力的影响.数值算例结果表明,所提计算方法能得到精度较高的数值解且可大幅降低计算量,此外,库水特性(包括库水的可压缩性和库底的吸收作用)对坝面动水压力的影响较大,同时还发现了动水压力沿库水上游方向的衰减规律.

浅论拱坝坝肩抗震稳定

本文从拱坝震害,分析了拱坝抗震的特点、薄弱部位和坝肩动力失稳的过程,指出了拱坝坝肩抗震稳定分析与边坡稳定分析的不同之处,探讨了失稳安全系数的定义和意义,最后,回顾了基于现行抗震规范要求的刚体极限平衡方法并指出了其局限性,以及“九五”攻关期间所采取的改进措施,提出了更切近实际,能反应拱坝抗震稳定诸特点,从概念和方法上都有别于传统的刚体极根平衡法的新的拱坝坝肩抗震稳定分析方法,以及与之相配套的以坝体为主体的坝肩岩体稳定的工程安全准则。

复杂坝基重力坝抗滑稳定分析中应力状态研究

将有限元应力成果代入刚体极限平衡法中推求滑块稳定安全系数的强度校核法是一种有效的稳定分析方法,但线性和非线性应力分布所造成的差异是一个尚待深入研究的课题。通过对具有复杂坝基的重力坝的抗滑稳定进行分析,得出如下结论:采用强度校核法进行稳定分析时,应用弹性与非线性有限元的应力结果所得稳定安全系数相差不大,采用弹性有限元的结果能满足工程精度要求。

拱坝-地基破坏的数值模型与溃坝仿真

本文使用刚体弹簧元模型来模拟拱坝 -地基这类非连续介质和连续介质组成的系统 ,对一个悬臂梁的位移场和应力场的计算并与有限元方法计算结果的对比表明 ,这种方法具有良好的精度 .应用这一模型对玛尔帕塞拱坝的溃坏进行了仿真 ,重现了拱坝的破坏过程 ,探讨了拱坝坝肩滑动失稳的原因 ,计算结果表明坝肩岩体裂隙和断层的强度不足是导致整个拱坝溃毁的关键因素 .

拱坝坝肩抗震稳定分析

高拱坝坝肩抗震稳定分析是建于地震高烈度区的高拱坝抗震设计的关键课题之一 .本文将传统的用于块体稳定分析的刚体极限平衡方法和有限元计算分析相结合 ,求解拱坝坝肩抗震稳定问题 .具体作法是 :有限元网格剖分时 ,尽可能布置有限元节点于拱坝坝肩的可能滑动块体表面 .完成有限元静动力分析后 ,将块体表面各节点的静动应力进行积分 ,求出块体拱推力、作用于块体上的地震荷载等 ,然后由刚体极限平衡法求拱坝坝肩抗震稳定安全系数 .上述方法的特点是能充分利用有限元和刚体极限平衡两种分析方法的优点 ,可以提供安全系数时程曲线 ,安全系数的定义与现行规范一致 。

对重力坝设计规范中双斜面抗滑稳定的补充讨论

本文对现行规范关于结构承载能力验算表达式进行了进一步探讨 ,从传统刚体极限平衡法计算重力坝深层抗滑稳定问题三种方法的力学机理出发 ,推导了传统刚体极限平衡法用于可靠度计算的极限状态表达式 ,得出了现行规范规定的对结构承载能力验算表达式应该与之所导出的极限状态式在力学概念上应该相同的结论 ,在此基础上得出了抗力和作用函数的正确表达式。工程算例的计算结果表明 ,应用修正过的抗力和作用函数进行计算可以解决现行规范关于结构承载能力验算表达式存在的问题。

大岗山高拱坝坝肩刚体弹簧元抗滑稳定分析

为研究大岗山高拱坝的坝肩抗滑稳定性,采用刚体弹簧元法对大岗山高拱坝坝肩滑块稳定性展开研究,并与刚体极限平衡法成果进行对比。计算结果表明,水推力是影响滑块稳定性的主要因素,摩擦系数较凝聚力对滑块的稳定性影响更为显著,相比刚体极限平衡法,二者滑块抗滑稳定安全系数规律一致,刚体弹簧元计算考虑了坝体与地基的相互作用和坝基的地质特征,结果更为合理。

基于虚加刚性弹簧法的守口堡坝的有限元分析

基于虚加刚性弹簧法,结合山西守口堡坝实际工程,在已经建立的具有软化特性的胶凝砂砾石材料的本构关系模型的基础上确定模型需要的参数,对坝体进行有限元分析,得到坝体的应力与位移的等值线图.经有限元分析知,虚加刚性弹簧法的弹性模量大小对坝体的应力和位移影响不大,虚加不同的弹性模量的目的在于解决应力-应变曲线的软化问题.该成果可以为胶凝砂砾石坝体拟定合理的剖面提供依据.

百色RCC重力坝右岸挡水坝段滑移模式及滑移路径的研究

首先采用非线性有限元法,对百色RCC重力坝右岸9B坝段进行破坏模式的研究,确定坝基可能滑移路径范围,而后采用非线性刚体弹簧元法,对可能的滑移路径进行危险滑块搜索,提出各种滑动组合的安全系数,从而确定了最危险滑移路径处于坝基面以下浅层,滑移通道为从上游坝踵拉裂区沿近直线方式向下游坝趾滑出,最小安全系数KS=3.95。

考虑拦污栅-坝体相互作用的混凝土重力坝抗震安全性分析

对考虑拦污栅-坝体的动力相互作用的弹性连接和刚性连接的拦污栅-坝体以及不作耦联分析的拦污栅-坝体这三种不同模型结构形式的动力特性和动力响应进行了比较分析。研究发现,拦污栅的不同模型结构形式对大坝的抗震安全性分析有重要影响,考虑拦污栅-坝体的动力相互作用后,坝体损伤开裂的程度明显加大,坝顶的水平位移响应也明显提高。按《规范》规定的对拦污栅和坝体不作耦联分析的抗震计算方法,所得结果对坝体是偏于不安全的,而如考虑拦污栅-坝体之间的弹性连接,所得结果则是偏于安全的。

用刚体弹簧元研究拱坝的地震破损过程

在满足刚度、强度和荷载等效的基础上 ,本文采用三维刚体弹簧元模型模拟连续 -非连续介质系统 ,通过拱坝在自重和水压荷载作用下的位移场和应力场的计算 ,并且与有限元方法计算的结果对比 ,表明该法在模拟连续介质方面的精度在工程上可以接受。随后应用这一模型分析某拱坝的地震破损过程 ,计算结果表明 ,地震加速度峰值对拱坝整体性受损存在一临界值 ,对于研究的某拱坝 ,在选定的几何参数和物理参数条件下 ,当地震加速度峰值小于 0 4g时 ,坝体的整体性保持较好 ,地震引起的动力残余位移较小且呈线性变化 ;当地震加速度峰值大于 0 5g时 ,由于强震的往复作用 ,横缝以及水平施工缝的开裂造成拱坝中上部产生分离的混凝土块体 ,拱坝整体性受损较重。因此 。

纵向增强体土石坝的设计原理与方法

为提高土石坝的安全运行性能,提出在常规土石坝中设置混凝土纵向增强体,这一刚性结构体在坝体内具有防渗、受力和抵抗变形三重作用。采用经典力学方法定量分析了纵向增强体的防渗作用、抗变形能力和承受外力的能力,得出增强体厚度与上下游水位、堆石坝体物料特性之间的定量关系。理论公式推导将增强体作为竖向固端梁,主要受上下游水体作用、堆石主动土压力和因心墙和堆石差异沉降而产生的堆石对墙体两侧的拖曳力作用。由扰曲微分方程得出增强体顶部变位及转角和底部固定端应力计算公式,并以此进行设计复核,进而提出通过兼顾基础灌浆和满足增强体应力要求的预埋灌浆钢管的施工方法。

重力坝深层抗滑稳定分析的块体单元法

本文通过对块体单元法基本假定适用条件的分析及块体单元法在重力坝深层抗滑稳定分析中若干问题的研究，提出了基于块体弹塑性结构面材料模型进行重力坝深层抗滑稳定分析的块体单元法，并结合工程实例进行了分析．结果表明：该方法计算效率和计算精度均较高．

高拱坝坝肩稳定分析中拉裂面的作用机理研究

在拱坝坝肩稳定分析的刚体极限平衡法里,一般认为滑移体拉裂面完全脱开,不考虑其上的岩体抗力,对高拱坝而言,这种做法可能使稳定分析过于保守。基于三维有限元分析的多重网格分析方法,可以将三维有限元分析成果投影到任一滑面网格上,进而求得其上的应力分布及合力,以及滑面和滑块的安全系数。利用此方法对溪洛渡高拱坝工程的坝肩关键滑块的分析研究表明,直至超载3倍时,虽有部分区域受拉,拉裂面就合力来说仍处于受压状态,故拉裂面提供的抗力在较大荷载变幅内是可资利用的。计算表明计入拉裂面岩体抗拉力后,块体稳定安全度有显著的提高。

刚体极限平衡法的重力坝深层抗滑稳定分析

指出重力坝设计规范规定对重力坝深层抗滑稳定分析以刚体极限平衡法计算为主,着重讨论了滑块间的作用力夹角ψ及下游剪出角度对安全系数的影响,从而选择合理的安全系数,以便于工程设计。