考虑流固耦合的复杂坝基土石坝稳定性分析

土石坝蓄水后存在渗流场与应力场的耦合效应,若简单将应力场和变形场分开考虑,其计算结果与实际情况相差较大,难以反映工程实际情况。采用大型三维有限差分软件建立复杂坝基的土石坝模型,并分别进行不同库水位下考虑流固耦合和未考虑流固耦合的坝体渗流和稳定性计算,分析流固耦合对土石坝稳定安全系数、最大沉降量以及最大拉应力的影响。结果表明,坝体蓄水后其应力场与渗流场耦合作用是不可忽视的,考虑流固耦合的土石坝更不安全。     

某心墙坝蓄水初期应力变形性态分析

蓄水初期水位上升使得土石坝应力场和渗流场存在错综复杂的相互作用,而忽略渗透作用仅研究应力变形易产生偏差.本文基于Biot 固结理论,采用变渗透系数的方法进行坝体施工期、蓄水期的流固耦合分析,并考虑坝料初始含水率及初始应力场的影响,以较真实的模拟蓄水初期瞬态渗流场对坝体应力变形的影响.结果表明：孔隙水压力的消散往往伴随着土体的变形,竣工期大坝变形主要以沉降为主,大主应力存在明显拱效应;蓄水使得心墙上游侧应力减小,坝体向下游错切变形.因此,初次蓄水对坝体不利,流固耦合作用对土坝蓄水初期应力变形影响不可忽视.     

土石坝非稳定渗流场和应力场耦合分析方法

开展饱和／非饱和土的非稳定渗流场和应力场的耦合分析方法研究,考虑土石坝施工过程的初次蓄水变形、运行期考虑降雨和库水位升降导致的坝体变形对坝体安全的影响,对科学客观地评价坝体安全性具有重要意义。在对分析对象做出合理假定的基础上,推导了非稳定渗流场和应力场耦合的等价积分方程,对其进行了空间域和时间域的有限单元离散,并用Fortran90编制了相应的求解该耦合问题的非线性有限元程序。对一土柱非饱和固结问题的计算分析和一均质坝考虑施工过程和蓄水过程的应力应变计算分析表明,提出的针对土石坝的非稳定渗流场和应力场耦合分析方法是合理的,可以应用于实际工程。     

基于COMSOL Multiphysics的重力坝渗流场与应力场耦合分析

借助COMSOL Multiphysics软件强大建模与计算功能,建立混凝土重力坝断面二维渗流场与应力场耦合模型,选择结构力学模块和描述流体流动的Richards方程模块,利用出渗面混合边界求解方法确定渗流自由面,以此研究正常蓄水情况下渗流场和应力场耦合作用的影响,并与不考虑耦合作用进行对比。结果表明:(1)考虑与不考虑耦合作用时的渗流场、应力场与位移场分布规律基本一致,但耦合作用对混凝土重力坝渗流场、应力场与位移有较明显的影响;(2)耦合作用使坝体浸润线位置稍微偏低,渗流场等势线偏向下游,坝基扬压力变大;(3)耦合作用使坝体总体应力增加,坝体上游拉应力与下游压应力增大,坝踵处的应力集中加剧。研究成果对混凝土重力坝设计具有参考价值。     

糯扎渡水电站大坝应力变形及抗水力劈裂特性研究

心墙堆石坝初次蓄水是事故高发期,特别是蓄水速度较快时,可能对坝体的应力变形安全造成一些不利影响,如后期变形增加且稳定延长,甚至引起心墙水力劈裂发生裂缝。为确保大坝安全,需对初次蓄水速度进行深入研究。本文依托糯扎渡电站高心墙堆石坝工程,从大坝的应力变形及心墙的抗水力劈裂特性等方面研究了初次蓄水时的大坝安全特性,并提出蓄水速度建议。     

深厚覆盖层上高土石坝蓄水后的流固耦合效应分析

高土石坝在蓄水后,坝体、坝基深厚覆盖层中的应力场与渗流场之间存在耦合作用。以建造在深厚覆盖层上的瀑布沟高心墙堆石坝为例,对蓄水后坝体的变形、应力、孔隙率、渗流量等要素的变化进行分析,量化研究了应力场和渗流场的耦合效应程度,结果表明考虑坝体和坝基深厚覆盖层的流固耦合效应,可以更加真实地反映高土石坝在蓄水后的工作性态。     

基于双场耦合高聚物防渗墙土石坝静动力响应

高聚物防渗墙近年来被广泛应用在堤坝的防渗加固工程中,同时耦合分析方法也成为分析坝体应力场和渗流场的研究热点。为了研究坝体增建高聚物防渗墙后,考虑渗流场和应力场的耦合作用和不考虑双场耦合作用下坝体和墙体的静动力响应,采用FLAC3D软件建立高聚物防渗墙土石坝应力场和渗流场的三维数值分析模型,分析坝体与墙体在静力荷载及地震荷载作用下的应力、位移、孔压和加速度的分布规律。研究表明,与非耦合分析计算结果相比,高聚物防渗墙土石坝耦合计算的应力值和位移值较大,更有利于坝体和墙体的安全性分析,为土石坝防渗加固和堤坝高聚物防渗墙工程抗震设计及施工提供参考依据。     

高聚物防渗墙土石坝及其应力场与渗流场耦合分析

系统介绍了土石坝防渗加固工程中高聚物防渗墙的施工方法和步骤,在考虑实际工程条件基础上,建立坝体正常蓄水情况下高聚物防渗墙土石坝应力场与渗流场耦合分析的数值模型。高聚物防渗墙堤坝在考虑渗流-应力耦合作用时,坝体不同位置处的最大压应力的结果要大于不计耦合时的压应力值,且高聚物防渗墙竖向位移和水平位移值考虑耦合时明显大于不计耦合时,坝体内浸润线位置也有同样变化。分析结果说明忽略渗流与应力耦合作用会导致坝体和墙体的位移和应力计算结果偏小,为今后高聚物防渗墙除险加固工程的设计及施工提供理论依据。     

考虑非饱和渗流的谷幅变形对高拱坝影响分析

蓄水初期谷幅变形对拱坝当前工作性态和长期安全状况的影响是坝工界和学术界面临的新课题。针对我国锦屏一级拱坝蓄水期间出现的谷幅收缩问题,基于非饱和渗流分析理论,采用非线性有限元数值分析方法,通过对裂隙岩体吸湿曲线进行敏感性分析,研究了非饱和渗流过程中的谷幅变形规律,并分析了谷幅变形对大坝位移和应力的影响。结果表明:在非饱和渗流场作用下,两岸边坡向河谷中心变形,且上游比下游的谷幅变形值大。随着水位的升高,谷幅变形值不断增大,当渗流场达到饱和时谷幅收缩值最大。在非饱和渗流过程中坝体位移和应力的分布规律基本保持不变,但随水位的升高坝体最大顺河向位移和最大主压应力略有减小,最大主拉应力略有增加。谷幅收缩对坝体产生挤压作用,导致坝体最大顺河向位移减小,最大主拉应力由坝踵向坝肩上游侧转移,下游面高压应力区向拱冠梁中部扩展,且饱和渗流场对拱坝位移和应力的影响比非饱和渗流场明显,但渗流场作用的谷幅变形对坝体位移和应力的改变有限,不会影响坝体的整体稳定性。     

库水位变化下土石坝非稳定渗流场影响分析

土石坝是当今水利工程设计中最普遍的坝型之一,防渗体系的构建显得尤为重要,目前发生的工程事故起因多是坝体和坝基的渗漏破坏导致。在大坝渗漏破坏导致的安全事故中,以蓄水期库水位升降从而引发的非稳定渗流问题最为突出,多起溃坝事故发生原因是初次蓄水速度选取不当而引起。故在实际工程中,进行非稳定渗流场分析研究十分必要。文章结合工程实例,对土石坝进行渗流场与应力场耦合分析,通过与非耦合情况的计算结果对比,表明进行渗流场与应力场的耦合分析是贴合工程实际的。     

立洲RCC拱坝蓄水过程应力变形特性分析

基于立洲RCC拱坝温度场全过程仿真分析成果,考虑施工期残余应力,分析大坝蓄水过程中在温度荷载、水荷载、渗透压力和自重作用下坝体应力变形特性及发展规律,探寻真实工作状态下与设计荷载作用下大坝应力特性差异,并结合类似工程蓄水监测成果对立洲大坝的蓄水安全情况进行分析和评价。分析结果表明,大坝实际应力、变形性态与传统算法结果相比差异显著,大坝在蓄水过程中处于弹性范围内,工作状态正常。     

小湾高拱坝坝区渗流场对应力场的影响

结合小湾水电站高拱坝工程，分析坝区岩体多重理解隙网络渗流的特点及渗流对应力的影响机理，采用多重裂隙网络模型和有限元数值方法对小湾高拱坝建坝蓄水后坝区渗流场和渗流场影响下的应力场进行分析计算。可以看出，建坝蓄水使坝区渗流场发生较大变化，且使大坝附近的坝基岩体竖向有效应力有增大，也使坝肩岩体的拉应力增大。     

土质心墙坝水力劈裂条件分析

采用基于Biot(比奥)固结理论的有效应力分析方法,对雅砻江两河口粘土心墙土石坝两种心墙坡比方案的多种特殊工况进行了比较分析,探讨了水力劈裂的发生条件及其影响因素。计算结果表明:坡比较大则心墙的抗水力劈裂能力较强。此外,对比较极端的坝壳与心墙模量组合情况下和较高蓄水速度情况下坝体的平面应变进行了有限元分析,探讨了坝壳与心墙模量关系及蓄水速度对心墙上游区域的应力分布及大小的影响,进一步探讨水力劈裂发生条件。     

云鹏水电站大坝渗流安全监测资料分析

土石坝首次蓄水对大坝安全稳定影响较大,加强和重视初蓄期大坝渗流监测尤为重要。通过对云鹏大坝初蓄期渗流监测数据的回归分析,掌握坝体水位及渗流量变化规律,判断大坝渗流运行状态,为大坝竣工验收及运行管理提供参考。     

ABAQUS渗流应力耦合分析中渗透荷载施加问题探讨

渗流应力耦合问题是目前数值分析的热点之一,渗流对应力的影响主要体现在渗透荷载上,然而不同学者应用ABAQUS进行渗流应力耦合分析建模时,在水荷载边界条件施加方面出现2种个问题:定义了孔压边界后,是否还有必要施加静水压力;考虑了坝基的渗流作用,是否还需要在坝底面定义扬压力荷载。通过竖向应力平衡和孔隙静水压力平衡理论及算例对这2个问题进行分析,结果表明:在应用ABAQUS进行渗流应力耦合分析时应同时考虑静水压力和孔压边界;当不考虑坝体渗透性时,应施加扬压力,而考虑坝体渗透性时,则无需再单独施加扬压力。分析成果可为研究ABAQUS进行混凝土重力坝渗流应力耦合分析时渗流荷载和水边界条件的施加问题提供参考。     

Seepage simulation of high concrete-faced rockfill dams based on generalized equivalent continuum model

This research focused on the three-dimensional (3D) seepage field simulation of a high concrete-faced rockfill dam (CFRD) under complex hydraulic conditions. A generalized equivalent continuum model of fractured rock mass was used for equivalent continuous seepage field analysis based on the improved node virtual flow method. Using a high CFRD as an example, the generalized equivalent continuum range was determined, and a finite element model was established based on the terrain and geological conditions, as well as structural face characteristics of the dam area. The equivalent seepage coefficients of different material zones or positions in the dam foundation were calculated with the Snow model or inverse analysis. Then, the 3D seepage field in the dam area was calculated under the normal water storage conditions, and the corresponding water head distribution, seepage flow, seepage gradient, and seepage characteristics in the dam area were analyzed. The results show that the generalized equivalent continuum model can effectively simulate overall seepage patterns of the CFRD under complex hydraulic conditions and provide a reference for seepage analysis of similar CFRDs.