水位骤降条件下有密集排水孔大坝三维渗流场数值模拟研究

对于坝坡布置密集排水孔的工程渗流问题,水位骤降条件下密集排水孔排水效果及坝体和坝基内三维渗流场分布是工程设计人员关心的重要问题。针对坝坡布置排水孔的渗流行为,提出了密集排水孔在水位骤降下渗流状态改变的处理方法。并详细论述了改进的截止负压法求解饱和-非饱和渗流场、排水子结构法和排水孔开关器等精细模拟排水孔的关键技术。工程实例表明,采用该方法可以有效地解决水位骤降下上游坝坡布置密集排水孔三维渗流场的精细数值模拟问题。

库水位骤降条件下动水压力型滑坡稳定性分析

三峡水库蓄水后库区部分滑坡已显著变形,且随库水位下降过程响应明显,因此分析日降幅条件下库区动水压力型滑坡稳定性就十分重要。为此,采用GEO-studio软件分析库水位骤降条件下滑坡体不同区段的稳定性,发现库水位作用于滑坡体的下滑段时,滑坡体稳定系数随库水位下降而下降,库水位下降速度越大,稳定系数下降越快,但若最终库水位一致,滑坡稳定性系数相差不大;库水位下降作用于滑坡体阻滑段时,滑坡表现出一定的动水压力效应,整体结果为浮托减重,稳定系数先下降后上升;整体而言提高日降幅对动水压力型滑坡稳定性的影响有限。

水位骤降条件下密集逆止式排水孔对防渗边坡抗滑稳定的影响研究

渗流问题是影响边坡稳定的关键因素之一,在地下水位变动区挖方修建调节池尤其如此。为更全面分析调节池渗流场分布特征及渗控措施对边坡抗滑稳定的影响,以某调节池边坡的设计优化过程为例,采用二维有限元建模技术,将排水孔压力水头定义为时间的函数,模拟了水位骤降条件下调节池边坡的渗流场分布,计算了边坡抗滑稳定安全系数,对比了有无排水孔时的渗流场分布,分析了渗控措施的效果。研究结果表明,设置逆止式排水孔是水位骤降条件下提高防渗边坡抗滑稳定性的有效措施。

库水位骤降下非饱和岩质边坡稳定性数值模拟

为研究库水位骤降下岩质边坡渗透稳定特性,推导了基于Hoek-Brown准则下考虑岩质岩体非饱和效应的极限平衡抗剪强度公式,并结合Biship法推导了基于该方法的安全系数表达式,基于Geostudio与Python平台实现了库水位骤降下某岩质边坡渗透稳定性的分析,以4种不同Hoek-Brown参数表征不同类型的岩质边坡并对其进行了敏感性分析。结果表明:库水位下降速率较小时,边坡内部浸润线呈现"先密后疏"的规律,库水位下降速率较大时,边坡内部浸润线呈现"先疏后密"的规律,库水位下降速率越大,前期浸润线的"弯折"程度越大;上部监测点孔压在深度2 m以下随深度呈线性分布,而中部监测点与下部监测点孔压随时间呈线性分布。库水位下降速率越快,监测点孔压下降越快;不同工况安全系数随时间呈现先减小后保持不变的趋势,单轴抗压强度σc、岩体性状mi、地质强度指标GSI与安全系数成正相关,而岩体损伤因子D与安全系数成负相关;不同Hoek-Brown参数对安全系数的敏感程度大小排序为mi≥GSI≥D≥σc。

不同类型降雨联合库水位骤降黏土心墙坝坝坡渗透稳定数值模拟研究

针对降雨发生在库水位骤降不同时刻下的土石坝坝坡渗透稳定性研究较少的问题,基于宜春市温汤河四方井水利枢纽工程黏土心墙坝的实测数据,利用有限元软件Geostudio软件对降雨发生在库水位骤降不停时刻下的上下游坝坡渗透稳定性规律进行数值模拟,得到不同监测点的孔压变化及上下游坝坡的安全系数变化规律。结果表明,上游坝坡处的监测点孔压变化对不同类型降雨不敏感,下游坝坡处监测点不同类型降雨下孔压变化差异较大,降雨发生在库水位下降的不同时刻下孔压均有一个大幅上升的过程;上游坝坡降雨发生在库水位骤降时刻越后,最小安全系数越小,而下游坝坡安全系数在降雨时刻则有个突然下降的过程,研究结果为认识黏土心墙坝在降雨发生在库水位骤降不同时刻下的边坡渗透稳定性规律提供了一定的参考。

水位骤降和降雨条件下生态护坡稳定性分析

为研究生态护坡对边坡工程的影响,结合湖南省情况,针对由Tap型和Plate型根系构成的生态护坡,对其在水位骤降和降雨作用下的渗流场和边坡稳定性进行了研究,结果表明:边坡顶部和上部孔隙水压力在降雨初期会不断升高,当达到峰值后孔压会有所降低,其增幅约在4 d时达到稳定状态;边坡中部和下部孔隙水压力主要受水位骤降影响,随水位降低而持续减小;水位骤降速率越大、降雨持续时间越长,边坡安全系数降幅越大,前峰型降雨影响程度最大;生态护坡能有效减缓和降低水位骤降与降雨对边坡渗流场和稳定性的不利影响,草皮+乔木护坡效果最好,然后是乔木护坡和草皮护坡,这是因为乔木多为Tap型根系,其根土复合体范围更大。在实际工程中,可结合具体情况和工程成本合理选择生态护坡类型。

水位骤升骤降下的灰坝渗流应力耦合稳定性分析

通过强度折减法对水位骤升骤降下的灰坝渗流应力耦合稳定性进行有限元分析,经计算发现:渗流相比无渗流工况,坝体安全系数降低明显;水位上升,灰坝安全系数降低。而正交试验研究渗流作用下子坝对灰坝整体稳定性的影响情况发现:在渗流作用下,子坝的重度γ对灰坝整体稳定性影响最显著,安全系数随子坝重度γ增大而减小。

库水位骤降边坡渗透稳定敏感性分析

为定量研究不同非饱和参数(进气值a、土水特征曲线斜率δ、残余含水率ε、渗透系数k)对边坡渗流特性及稳定性的影响规律,利用Geo-slope软件,基于Fredlund&Xing非饱和理论,采用灰关联度法对某土质边坡不同非饱和参数对边坡渗透稳定性的影响进行了敏感性分析。结果表明:参数a、k与浸润线高程成负相关,与位移及稳定系数成正相关;参数δ、ε与浸润线高程成正相关,而与位移及稳定系数成负相关;位移与稳定系数在库水位下降前期变化较大,而在库水位下降后期变化较小;边坡上部监测点的位移大于下部监测点的位移;对边坡稳定影响较大的参数为a与k,而参数δ与ε对边坡稳定性影响相对较小;采用灰关联度方法可直观准确地获取主要因素和次要因素,为量化研究非饱和参数对边坡稳定性的影响提供了一种方法。

不同降雨类型与库水位波动耦合作用下的土质滑坡稳定性分析

为研究不同类型降雨(平均型,前峰型,中峰型以及后峰型)联合库水位骤降情况下的滑坡失稳模式,根据非饱和渗流原理,利用加拿大著名岩土软件Geo-slope2012,针对某自拟滑坡体在库水位骤降联合降雨工况下进行了渗流特性以及稳定性分析,计算结果表明:库水位下降过程中滑坡体内部孔压存在一个"延迟"效应,监测点距离库岸越远,"延迟"效应越明显;库水位下降速率越大,最小稳定系数出现的时刻越早,最小稳定系数越小;不同降雨类型影响了孔压达到峰值的时间以及最小稳定系数的出现时间;不同降雨类型下最小稳定系数大小为前峰型>中峰型=平均型>后峰型;降雨发生在库水位下降不同时刻时影响了监测点孔压的瞬时变化;不同工况下滑坡失稳模式均为下部浅层滑坡首先失稳,然后深层滑坡失稳,而上部浅层滑坡较为稳定,不容易发生失稳。研究成果为认识不同降雨类型联合库水位骤降下滑坡失稳模式提供了参考。

库水位骤降时边坡渗透稳定的非饱和渗透参数敏感性分析

为研究库水位骤降时边坡土体不同非饱和参数变动对边坡渗流特性及稳定性的影响规律,以某边坡计算模型为例,根据非饱和渗流原理,利用岩土软件Geo-slope2012模拟分析了不同工况下边坡深层浅层稳定性,同时考虑了Fredlund模型中三个非饱和参数a、m、n变动的影响。计算结果表明,不同非饱和参数(a、m、n)在库水位骤降下对上部监测点存在一个"影响深度","影响深度"与参数a、m呈正相关,与参数n呈负相关;随着距离库岸的缩短,边坡表层孔压变幅逐渐增大并超过深层孔压变幅;不同监测点位移变化呈现在库水位下降过程中迅速增大,在库水位下降结束后保持不变,参数a与最大位移呈正相关,而参数m、n与最大位移呈负相关;随着库水位的下降,边坡失稳顺序为下部浅层滑动面先发生失稳,然后引发深层的边坡失稳,而上部浅层滑动面在库水位下降的过程中不会发生失稳,研究结果为相应工况下边坡的认识与治理提供了相应的参考。

黏土心墙坝库水位骤降联合降雨上下游坝坡渗透稳定性数值模拟

为研究库水位骤降联合降雨情况下某黏土心墙坝的渗流特性以及稳定性规律,利用Geo-studio软件,对库水位骤降、不同强度降雨以及降雨发生在库水位骤降的不同时刻下的某黏土心墙坝的渗流特性以及上下游坝坡的稳定性规律进行了数值模拟。计算结果表明:(1)库水位骤降工况下孔压降低152%,上游坝坡安全系数先减小12.8%,后略有增大,下游坝坡则增大0.5%,库水位下降速率越大,孔压下降越快,上游坝坡安全系数下降越快,最小安全系数越小,下游坝坡安全系数上升越快;(2)降雨工况下孔压先平均增大2.1%后降低至初始水平,安全系数则先减小0.3%后增大至初始水平,降雨强度越大,孔压上升的幅度越大,最小安全系数越小;(3)降雨发生在库水位骤降不同时刻下,孔压呈现先减小后保持不变,在降雨时刻呈现突然上升的趋势,上游坝坡安全系数先减小后维持不变,下游坝坡安全系数先增大后保持不变,在降雨时刻突然下降,降雨发生在库水位下降结束时刻安全系数最小。

方溪水电站面板缺陷下库水位骤降面板坝渗透稳定性分析

为研究面板缺陷情况下的渗流特性及稳定性,结合方溪水电站面板坝实际工况,基于饱和-非饱和理论建立了缺陷面板堆石坝有限元模型,利用加拿大著名岩土软件Geo-studio,在不同库水位骤降速率下,对含不同缺陷面板坝的渗透稳定性进行了有限元计算,得到了浸润线、渗漏量及安全系数的变化曲线,结果表明:缺陷对坝体渗流特性影响较大,含缺陷坝体的上游坝坡浸润线显著升高,缺陷尺寸和高程越大,浸润线高程越高;库水位骤降速率对坝体内部浸润线影响较大,当库水位下降时,坝体内部浸润线先疏后密;含缺陷面坝导致坝体渗漏量明显上升;上游坝坡安全系数随库水位下降呈"先降后升"规律。

库水位骤降与降雨条件下深浅层边坡稳定性分析

为研究在库水位和降雨联合作用下某边坡体的渗透特性及相应的稳定性,根据非饱和渗流原理,利用有限元软件Geo-slope模拟了某边坡体在降雨和库水位骤降工况下的孔压变化及安全系数变化规律。结果表明,库水位下降速率越大,孔压变化越大,最小安全系数越小;静库水位越高,边坡体下部孔压越大,安全系数越低;降雨发生在库水位下降开始时刻对于上部浅层边坡和深层边坡来说较为危险,而降雨发生在库水位下降结束时刻对于下部浅层边坡来说较为危险;边坡的失稳先发生于边坡体的下部浅层,然后引起深层的整体滑动。研究结果为边坡工程治理提供了理论依据。

基于正交实验的库水位骤降边坡渗透稳定敏感性分析

为定量化研究库水位骤降下不同非饱和参数对边坡的渗流特性以及稳定性的影响,根据非饱和渗流及抗剪强度原理,利用Geostudio的Seep/w与Slope/w模块对某边坡库水位骤降不同非饱和参数下的渗透稳定性进行了数值模拟研究,并根据正交实验分析法进行了敏感性分析,计算结果表明:库水位骤降下不同监测点孔压呈现先减小后不变的趋势,上部监测点的孔压降幅较下部监测点要小,孔压降幅与参数a,k呈负相关,而与参数m呈正相关;库水位骤降情况下上部监测点与下部监测点存在两个变形阶段,即库水位骤降时间段内的位移快速上升阶段以及库水位骤降结束后的位移缓慢上升阶段,上部监测点的位移要大于下部监测点的位移;参数a与参数k变动对安全系数的变幅影响较大,参数m与参数n对安全系数的变幅影响较小,参数a,m,k与安全系数呈正相关,而参数n与安全系数呈负相关;对非饱和参数对边坡稳定性进行了正交实验敏感性分析,参数a,m,n,k的敏感性大小分别为参数a≥参数k≥参数m≥参数n.

库水位骤降作用下库岸滑坡形成机理研究

库水位骤降严重威胁着库岸边坡的稳定。基于饱和-非饱和土理论,采用渗流有限元法和稳定计算的Bishop法和Janbu法,计算确定不同水位骤降工况下渗流场及安全系数的演化情况。结果表明:库水位骤降会严重降低边坡的稳定系数,随着库水位下降速率的增大,稳定系数降低更多,此外,稳定系数随着库水位的逐渐平稳而上升。根据计算结果可以得出库水位诱发库岸滑坡的机理主要体现在孔隙水压激增及累积效应、渗流拖拽、渗透破坏效应、应力集中及转移效应。

刘家峡水电站坝基承压水水位突降原因分析

介绍了刘家峡坝基承压水力突降情况,分析了承压水变化规律,揭示了承压水位突降是由于裂隙突然张开或裂隙的某一部位突然与相邻的上部裂隙潜水渗流或排水通道相连通造成的,阐明承压水与裂隙潜水的连通一般对大坝的安全不会构成威胁的观点。

库水位骤降联合降雨边坡稳定敏感性分析

介绍了区间敏感性理论的分析步骤,利用Geo-studio软件,对三峡库区某边坡体在库水位联合降雨工况下不同边坡参数下边坡的位移及安全系数进行了有限元计算,结果表明:利用区间敏感性理论对边坡不同参数取值进行敏感性分析,能够快速的获得边坡各个物理力学参数对边坡变形及稳定性的影响大小,与已有研究成果一致,可以指导由于边坡物理力学参数的空间变异性导致的数值模拟中材料参数的取值问题;库水位骤降联合降雨条件下,弹性模量与渗透系数对上部监测点的位移影响最大,但是粘聚力、内摩擦角及泊松比对各个工况的影响差异则不大;不同影响因素的敏感性顺序为弹性模量、渗透系数、泊松比、粘聚力与内摩擦角.

基于灰色关联度理论的库水位变动-降雨联合作用下的边坡渗透稳定性研究

针对库水位+降雨条件下的边坡渗透稳定性研究缺少定量化敏感性分析的问题,利用Geostudio软件模拟了三峡库区某边坡在库水位骤降及库水位骤降+降雨条件下的渗透稳定性规律,同时基于灰色关联度理论对不同边坡物理力学参数进行了稳定性的定量化敏感性分析。结果表明,库水位骤降条件下不同监测点的孔压均随时间增加逐渐下降,在叠加降雨过程时孔压有一个"突升";库水位骤降下的安全系数先减小后增大,降雨发生在第18~20d时安全系数最小;粘聚力c、内摩擦角φ、饱和渗透系数k对边坡稳定性影响较大,而重度γ对边坡稳定性的影响相对较小。

水位骤降下土石坝的渗流和结构稳定分析

基于Fredlund&Xing非饱和渗流模型和Morgenstern-Price极限平衡理论,对水位骤降下土石坝的渗流和结构稳定进行分析。结果表明,库水位骤降时坝体内浸润线未与坝前水位同时降落,坝体浸润线从上游至下游表现为先升高再降低,迎水坡安全系数明显降低而背水坡基本不变。

基于Hoek-Brown准则下的非饱和岩质边坡库水位骤降渗透稳定性分析

考虑岩体的综合性质,基于非饱和渗流理论,利用Hoek-Brown准则推导岩质边坡的稳定系数公式,并采用Matlab与Geo-studio进行数值模拟。结果表明,库水位骤降情况下不同工况安全系数随时间呈现先减小、后保持不变的趋势,单轴抗压强度σc、岩体性状mi、地质强度指标GSI与安全系数大小成正相关,岩体损伤因子D与安全系数大小成负相关。整体孔压大小顺序为:下部监测点≥中部监测点≥上部监测点,库水位骤降速率越大,不同监测点孔压达到最小的时间越短,最终孔压趋于一致。