水布垭水电站面板堆石坝应力变形分析

水布垭水电站面板堆石坝是当前世界上最高的混凝土面板坝,在设计和施工等方面尚缺乏经验,为此在“九五”攻关中,对其中的关键技术问题进行了科学研究。在计算分析方面,采用不同的计算模型对200m级面板坝施工,蓄水全过程进行了仿真计算,研究其应力变形规律;研究探索了特殊边界,堆石体流变特性等问题,并提出了改善面板坝应力,变形的工程措施。在高面板坝三维有限元计算中引入了堆石体流变特性,初步探讨了堆石体流变对高混凝土面板坝应力变形的影响;提出了耦合薄层单元和三维非线性摩擦接触单元,对非线性K－G模型进行了改进,采用多种模型对水布垭工程面板坝进行了二维,三维仿真计算,从技术上论证了该方案的可行性。     

水布垭面板堆石坝坝体分区优化有限元分析

采用三维弹塑性数值分析的方法，对水布垭面板堆石坝坝体主堆石和次堆石分区进行方案比较和优化分析。三维弹塑性有限元计算分析表明：将主次堆石区分界线移到上游侧，坝体应力、变形、面板应力、变形以及接缝的位移并不产生显的增加，面板坝处于安全状态。水布垭面板堆石坝主次堆石分界线偏向上游的优化方案在技术上是可行的。     

公伯峡面板堆石坝堆石流变特性反演分析

为了分析堆石流变特性及其对公伯峡混凝土面板应力变形的影响,利用原位观测资料对公伯峡面板堆石坝的变形性态进行分析,采用Merchant黏弹性流变模型,反演计算得到相应的流变参数,并用反演得到的流变参数对大坝受力变形进行计算分析。结果表明:堆石的流变作用较明显,流变期间沉降计算值与实测值的变化规律较吻合,堆石流变对面板应力变形、垂直缝和周边缝变形有较大影响;所采用的流变模型和反演得到的流变参数较合理,能够预测面板坝轴向应力和裂缝的发展趋势。     

堆石体流变参数反馈分析及应用

针对高面板堆石坝的流变问题进行分析,利用有限元结合神经网络技术对堆石体的流变参数进行反馈分析。结合工程实践,验证了分析方法的合理性和可靠性,同时也揭示了高面板堆石坝堆石体的流变规律。     

有限元在水布垭面板堆石坝设计中的应用

在水布垭面板堆石坝设计中，应用有限元对不同坝轴线、趾板线条件下大坝施工期与蓄水期的应力、变形状态进行了分析比较，并对开挖料利用、堆石体流变、趾板及大坝开挖形式、局部微地形改造、面板脱空以及河床覆盖层等问题进行了分析研究，为设计决策提供必要的技术参数，取得了较好的效果．     

坝体结构及流变对高面板坝应力变形影响分析

高面板堆石坝在运行过程中面板容易出现挤压破损,坝体变形过大和变形长期不稳定是主要原因。影响堆石体和面板应力变形的因素较多,主要包括坝体堆石料分区和参数、面板分期及浇筑时机、坝体流变、垫层料表面的处理。基于实测变形反演堆石料本构参数和流变参数,运用反演得到的参数对面板堆石坝坝体和面板应力变形影响的因素进行敏感性分析,得出:提高下游次堆石的填筑标准,能有效减小高面板坝面板上部的顺坡向拉应力;面板分期能减小面板蓄水后的挠度,且最大挠度点往高高程偏移;坝体填筑完成后面板浇筑前预留的时间越长,大坝蓄水引起的变形越小。设置挤压边墙能有效减小面板中部的坝轴向应力和顺坡向应力,同时也能减小面板的挠度;面板最大挠度、坝轴向应力和顺坡向应力在坝体流变作用下逐步增大,并逐步趋于稳定。     

水布垭高面板堆石坝堆石体压实密度的研究

 水布垭砼面板堆石坝，坝高233m，系当今世界同类坝型中最高的坝。面板堆石坝的设计以坝体和面板所产生的变形量为控制条件；堆石体高密实度和低孔隙率是减小坝体和面板变形的关键。通过水布垭面板堆石坝的现场填筑碾压试验，获得了合适的施工碾压参数，从而确保堆石体的高密实度。     

水布垭面板堆石坝的应力变形分析

在现场实际的开挖地形和填筑方式条件下,对水布垭面板堆石坝工程进行了施工模拟和水库初期蓄水仿真计算分析,并和实测结果进行对比.结果表明:在复杂加载路径下,水布垭面板堆石坝体和混凝土面板应力变形性状符合一般规律;模拟加载过程越真实,计算结果与实测结果越接近;堆石体的应力变形与应力历史(或应力路径)有关,在计算中,应尽可能真实地模拟实际加载路径;蓄水前后水布垭整个坝体工程都处于安全稳定状态.     

基于ACC-RBF的水布垭面板堆石坝参数反演分析

蚁群聚类径向基函数(ACC-RBF)神经网络是将蚁群聚类算法和径向基函数神经网络组合运用的一种新型神经网络模型,把该网络用于水布垭高面板坝堆石体的多参数反演问题,在室内试验参数的基础上用有限元计算获得学习样本,采用该网络对坝体堆石料的邓肯E-B模型参数进行反演分析,用反演所得参数结合三维非线性有限元计算坝体应力变形,并与实测资料比较,得出很接近的结论.     

高混凝土面板堆石坝流变机理及长期变形预测

对于面板堆石坝,面板的变形主要取决于堆石体变形,如果堆石体变形过大,就会使面板产生裂缝,从而影响其防渗性能,甚至危及坝体的稳定。由于堆石体流变变形的复杂性,影响的因素很多,因此仅仅通过室内试验很难从本质上反映其流变机理和特性,除了试样尺寸与现场的巨大差异引起的缩尺效应误差之外,就是平行试验成果间也会出现差异。回顾了近年来关于堆石体流变机理方面的一些研究进展,介绍了揭示堆石体流变细观机理的两个流变模型,即基于组构理论的流变模型和基于随机散粒体不连续变形理论的流变模型。最后结合正在建设中的水布垭高面板堆石坝进行了流变分析,预测了大坝完建后的流变变形,计算结果表明,考虑流变效应的最大沉降为2.53m,此值基本处在设计的预测范围之内。     

钢纤维喷射混凝土作为面板材料的可行性研究

钢纤维混凝土作为一种新型增强材料，以其较好的受力变形特性在水利水电，交通，海岸防护，港口及军事等诸多工程中得到了广泛的应用。针对混凝土面板堆石坝面板的受力变形特点，为改善水布垭面板堆石坝面板的受力条件，提高其防渗能力，同时方便施工，现提出采用钢纤维喷射混凝土作为水布垭面板堆石坝面板材料的新构想，并通过对钢纤维喷射混凝土的物理力学特性及堆石坝面板受力变形进行分析，为钢纤维喷射混凝土在水布垭面板堆石坝面板中的实际应用提出了建议方案。     

高面板堆石坝坝体流变性状

根据室内堆石料的流变试验，确定了坝料的流变参数，利用改进后的流变模型计算了公伯峡电站混凝土面板堆石坝的坝体和面板变形。计算结果表明，计入堆石料流变变形的计算模型能更好地模拟高面板堆石坝的应力应变系。     

狭窄河谷中的高面板堆石坝长期应力变形计算分析

根据已建面板堆石坝的竣工后沉降变形规律和室内大型三轴流变试验结果,提出了堆石体长期变形流变模型.对建设在狭窄河谷中的九甸峡混凝土面板堆石坝进行了三维应力变形分析,考察了三维效应、堆石体流变等因素对大坝长期应力变形特性的影响.结果表明,狭窄河谷岸坡对坝体存在拱效应,减小坝体应力,同时,由于右岸坡度缓于左岸,右岸侧坝体较左岸侧存在更大的朝向河谷中心的位移.拱效应也阻碍了面板的弯曲和沉降变形,使靠近岸坡的面板接缝拉开和错动,并可能导致河床段面板中上部发生挤压破坏.坝体流变变形增大了面板挤压破坏的可能性.库水推力导致面板在挠曲的同时发生顺岸坡向拉伸,坝体的后期流变变形则可减小或改变面板的拉伸状态.     

Long-term deformation analysis of Shuibuya concrete face rockfill dam based on response surface method and improved genetic algorithm

Due to the size effects of rockfill materials,the settlement difference between numerical simulation and in situ monitoring of rockfill dams is a topic of general concern.The constitutive model parameters obtained from laboratory triaxial tests often underestimate the deformation of high rockfill dams.Therefore,constitutive model parameters obtained by back analysis were used to calculate and predict the long-term deformation of rockfill dams.Instead of using artificial neural networks(ANNs),the response surface method(RSM) was employed to replace the finite element simulation used in the optimization iteration.Only 27 training samples were required for RSM,improving computational efficiency compared with ANN,which required 300 training samples.RSM can be used to describe the relationship between the constitutive model parameters and dam settlements.The inversion results of the Shuibuya concrete face rockfill dam(CFRD) show that the calculated settlements agree with the measured data,indicating the accuracy and efficiency of RSM.     

面板堆石坝瞬时变形和流变变形参数的联合反演

堆石坝变形包括瞬时弹塑性变形及时间相关的流变变形,从实际的监测变形中精确区分这两种变形有一定技术难度。本文将瞬时及流变变形参数的反演问题转化为一个组合优化问题,采用智能优化算法寻找最佳的堆石变形参数。研究中,首先拟定了多种变形参数样本,采用有限元法计算坝体变形;然后采用径向基神经网络训练上述样本,建立堆石变形参数与坝体变形之间的映射关系;最后根据坝体实际变形测量值,采用多种群遗传算法优化得到坝体瞬时及流变变形参数。采用径向基神经网络替代有限元可节省计算时间,提高计算效率;而多种群遗传优化算法可避免传统遗传算法早熟问题。用反演参数再次计算得到的水布垭坝体沉降与实测值吻合较好。     

考虑后期变形影响的高面板堆石坝工作性态

由于面板堆石坝工作条件复杂,受到尾水位升降等干湿循环的影响会产生湿化变形;又由于堆石料处在高坝高应力状态下,会导致由颗粒破碎引起随时间变化的流变变形。认为高坝有限元计算必须考虑这两者引起的后期变形的影响。对某超高混凝土面板堆石坝进行了考虑后期变形与不考后期变形的对比计算,结果表明后期变形较大程度上改变了大坝的变形和应力,对面板变形和应力影响甚大。     

堆石体流变本构模型参数的智能反演

提出基于演化神经网络和序列二次规划算法的智能反演方法，通过实测变形资料对堆石坝流变本构模型参数进行反演分析，算例计算表明，该方法高效且具有全局收敛性。采用该方法对某堆石坝9参数流变模型参数进行反演分析，计算结果表明，利用反演的模型流变参数所计算的坝体流变变形与实测资料在发展规律及数值上均比较吻合。最后采用反演后的参数对该堆石坝后期变形进行了考虑流变效应的流变计算，预测出该堆石坝的后期变形量，预测结果合理可信。     

混凝土重力坝-面板堆石坝复式结构型式研究

针对目前特高面板堆石坝存在的面板挠曲变形大、面板缝易拉开、底部面板不能检修等突出问题,提出了一种适用于特高面板堆石坝的新型坝体结构型式——混凝土重力坝-面板堆石坝复式结构。重点分析了施工期、蓄水期及蓄水期发生地震时,新型复式结构混凝土重力坝的高度、上下游坡比、趾板布置等体型参数变化对大坝结构应力变形及面板挠度等指标的影响,为新型结构型式体型的选择提供参考。优选的新型复式结构型式与常规堆石坝结构的计算结果对比分析表明,复式结构除周边缝张开变位及施工期面板应力大于常规面板坝外,其他指标均占据优势,且周边缝张开变位完全在相应规范及止水结构允许变形范围内,并具有较高的安全裕度。新型挡水结构可缩短混凝土面板长度,改善面板受力状态,减少面板挠曲变形,并有效提升面板堆石坝坝踵及趾板部位的可维修性。     

大角度折线型高面板堆石坝坝体和面板的应力与变形规律

为深入探索折线型高面板堆石坝的变形机理,针对某拟建水库大坝,采用有限元数值模型模拟了3个坝轴线布置方案的堆石体应力与应变、面板应力与变形及结构缝变形,分析了上述变化规律与坝轴线折角之间的非线性关系,初步探讨了大角度折线型面板堆石坝的坝体变形机理。结果表明,坝轴线转折点周边面板出现的拉应力会随着折角的增大而产生不同程度的增强;坝轴线转折处的地形条件及坝体对称性对坝体受力变形影响较大;结合地形地质条件,合理选择转折点和折角大小是折线型面板堆石坝设计的关键。