高拱坝整体稳定地质力学模型试验研究

随着经济的强盛，水利事业的发展，我国大坝、高拱坝数量大增，大坝老龄化现象也在增加，大坝的安全稳定运行是一不容忽视的问题。因此，研究大坝的稳定及内在规律就具有很强的工程意义和现实意义。同时由于工程问题的复杂性使高拱坝整体稳定兼具了挑战性和前沿性。本文从30年的模型试验出发，对该问题进行了有意义的研究。     

高拱坝整体稳定问题的试验研究

针对高拱坝的整体稳定问题,阐述了地质力学模型试验研究技术、方法及应用.地质力学模型,在材料模拟方面,除必须模拟坝基岩体的力学变形特征外,还必须模拟坝体、坝基内部各种不连续面,如裂缝、断层、软弱夹层及具有显著连通率的节理裂隙的分布和力学性能,以及建筑物基础岩体的非线性特征.它不仅限于研究已知荷载条件下的某一状态,更重要的是研究在渐增荷载作用下直至破坏的整个变化过程,给出一个相当明显的形象直观概念和量值结论.锦屏高拱坝是目前世界上在建的最高双曲薄拱坝,大坝承受水压力巨大,坝址地质条件复杂,其设计和分析都是超出现行规范,使锦屏高拱坝的稳定安全性成为人们极为关注的问题.采用地质力学模型试验进行研究分析,以验证与评价锦屏高拱坝的整体稳定安全性,具有十分重要的意义.     

基于坝肩失稳破坏模式的高拱坝地基体系地震易损性分析

为了开展高拱坝-地基体系整体稳定地震易损性分析,从坝肩潜在滑块滑动失稳破坏模式出发,综合考虑了地震动和材料参数的不确定性,采用增量动力分析方法（Incremental Dynamic Analysis,IDA）,开展了基于概率统计框架的1000次非线性动力响应分析。分别采用特征点残余滑动位移和滑动面积比作为评价结构响应的性能指标,以地震动峰值加速度（peak ground acceleration,PGA）为地震动强度指标,定量的划分了高拱坝-地基体系的不同性能水平,绘制了地震易损性曲线,并对不同极限状态下的地震易损性进行了评估和分析。结果表明,基于特征点残余滑动位移的IDA曲线可以将高拱坝-地基体系分别划分为局部滑动破坏和整体滑动失稳破坏两个破坏等级;基于滑动面积比的IDA曲线可以划分为轻微滑动破坏、中等滑动破坏和整体滑动失稳破坏三个破坏等级;从而根据高拱坝-地基体系的实际地震需求从概率意义上评判结构所处的破坏状态,为高拱坝的抗震优化设计、加固和维修决策提供科学依据。     

锦屏一级高拱坝整体稳定分析与评价

介绍了锦屏一级高拱坝针对复杂地基的系统加固处理方案,并结合三维非线性有限元数值仿真分析和超载地质力学模型试验,分析了高拱坝的坝基变形、基础的破坏特征、点安全度及整体稳定性;考虑坝基岩体高应力和高渗压作用下,试验研究了软弱结构面可能的降强幅度,并通过综合法地质力学模型试验,揭示了大坝与基础破坏的另一种模式。综合三维数值计算和地质力学模型试验研究成果,依据评判准则,锦屏一级高拱坝整体稳定安全度较高,可满足设计要求。     

拱坝——地基系统的三维非线性地震反应分析

本文将显示有限元结合外推人工边界的方法发展应用于三维非线性近场波动问题的研究，首次提出了拱坝－库水－地基系统三维非线性地震反应波动分析方法，并与传统的无质量地基分析方法进行了比较。     

基于整体稳定安全度为目标函数的高拱坝优化设计

该文探讨了高拱坝优化设计的可行方案并结合工程实例采用整体稳定安全度为目标函数,以坝体上游面开裂深度与坝体厚度的比值为约束条件对某高拱坝进行优化设计,得到了具有参考价值的体型参数,验证了优化方案的可行性.     

高拱坝-地基体系强震破坏机理和整体抗震安全性研究

本文在高拱坝-地基整体抗震安全评价体系的基础上，对设计地震动峰值加速度达0.5565g的大岗山拱坝—地基体系的地震响应进行数值分析，并分别对其在不同地震超载倍数和不同基岩控制性滑裂面抗剪强度降低倍数下的安全性和破坏机理进行研究，进一步明确了以寻求坝体控制性位移或与位移相关的变量随安全系数变化曲线的拐点作为整体失稳判断准则的具体实施方法，对其整体抗震安全性作出评价。研究表明，由此建立的高拱坝-地基体系整体抗震安全评价方法是可行的。     

大岗山拱坝-地基体系整体抗震安全性研究

摘要：基于高拱坝-地基整体抗震安全评价体系,对设计地震动峰值加速度达0.556 5g的大岗山拱坝-地基体系的地震响应进行数值分析,并分别对其在不同地震超载倍数和不同基岩控制性滑裂面抗剪强度降低倍数下的安全性和破坏机理进行研究,以寻求坝体控制性位移或与位移相关的变量随安全系数变化曲线的拐点作为整体失稳判断准则,进一步明确了具体实施方法,并对其整体抗震安全性作出评价。     

江口双曲拱坝整体稳定地质力学模型试验研究

为了对江口坝基础处理方案进行验征，弄清大坝在正常荷载作用下的位移场，了解拱坝和拱座的整体稳定，采用地质力学模型进行了试验研究，全面模拟了江口大坝基础的不连续岩体条件，岩石力学性质和基础处理方案，揭示拱坝和坝肩从加荷开始到破坏的整个进程和机理，测出了坝体及坝肩软弱构造面各部位的和变形，试验结果表明，所有夹层在不断超载情况下，没有出现明显的相对滑动，基础处理效果较好，拱坝的弹性极限达到设计荷载的4倍，其最终承载能力达到设计荷载的6.5倍。     

高拱坝稳定安全度研究综述

针对我国西部兴起的高拱坝建设热潮,对目前高拱坝稳定安全度的分析方法进行了总结,主要方法有柔度系数法、安全系数法、可靠度方法和模型试验法。总结了拱坝的失效模式和失稳判据;对工程中最常用的安全系数法,系统阐述了计算安全度的数值方法和最新进展;得出拱坝安全度控制标准由局部安全度向整体安全度转变、安全度分析方法由确定性方法向不确定性方法发展的结论,另外常规的拱坝稳定数值分析方法如刚体极限平衡法和有限元法得到不断完善,新型数值方法在拱坝稳定分析中也有很好的应用前景。     

锦屏一级高拱坝整体稳定物理与数值模拟综合分析

高拱坝的整体稳定是工程建设中的关键问题之一,地质力学模型试验和数值计算是研究这一问题的重要方法。通过理论推导建立了基于综合法的大坝稳定安全系数评定关系式。针对锦屏一级高拱坝坝肩地质条件复杂,影响拱坝整体稳定的断层、岩脉、节理裂隙众多,坝高库大和加固难度大,工程安全稳定问题十分突出等特点,采用综合法地质力学模型试验与三维非线性有限元相结合的方法,对加固处理后的锦屏一级高拱坝整体稳定性开展研究。获得了拱坝在正常工况下的工作性态,以及在结构面强度参数降低约30%后坝肩的超载变形失稳过程和最终破坏形态,提出拱坝与地基综合法整体稳定安全度为5.2~6.0(试验值)和5.98(计算值)。通过综合分析模型试验和数值计算的成果,评价了锦屏一级高拱坝工程的安全性和加固效果。研究成果为锦屏一级拱坝工程的安全监测和运行管理提供了科学依据,同时也为其他类似高拱坝工程的稳定分析提供参考。     

当前混凝土高拱坝抗震研究中的几个问题

综述能对坝基、坝身与库水综合分析的简单实用方法,合理的高拱坝抗震安全评价准则,混凝土材料强度的动力特性,坝址河谷地震动的输入模型,抗震工程措施等高拱坝抗震研究中亟待解决的问题和难点.在分析高拱坝抗震研究最新进展的基础上,提出进一步完善用动力分析技术研究坝、水、地基综合系统的地震响应、更新抗震设防理念、建立不均匀地震动模型、加强抗震工程措施的有效性研究等建议.     

基于非线性有限元法的高拱坝坝肩岩体抗滑稳定分析

高拱坝的安全性在很大程度上依赖于坝肩岩体的稳定性,目前在设计中,高拱坝坝肩岩体稳定性分析方法主要是刚体极限平衡法,但该法不能考虑岩体的应力-应变关系,不能很好地反映坝肩岩体的破坏机理以及拱坝与坝肩岩体的相互作用效应。本文从摩擦理论和矢量几何出发,导出了三维可能滑体的抗滑稳定安全系数计算公式,并通过等参逆变换的方法,将非线性有限元法的计算成果纳入到所建立的公式中,形成了“基于非线性有限元的高拱坝坝肩岩体抗滑稳定分析方法“。具体工程的应用成果表明,所给出的基于非线性有限元的坝肩岩体抗滑稳定分析方法充分反映大坝与坝基岩体的共同作用效应,是进行高拱坝坝肩岩体稳定性分析的一种有效方法。     

一种综合强度和稳定的高拱坝—坝肩抗震安全评价方法

借助大型有限元程序ADINA及其二次开发功能,通过引入动接触模型,并充分利用极限平衡法和有限单元法这两种分析方法的优点,研究了基于有限元数值应力场的动接触极限平衡法和以坝体动力响应为安全判定主体的分析原则,提出了一种综合强度和稳定的高拱坝—坝肩抗震安全分析方法,建立了能够有效反映高拱坝系统真实工作性态的非线性数值分析模型。据此,深入分析了某高拱坝工程在强震作用下的抗震安全性。该分析方法可以反映整个高拱坝—坝肩系统真实的动态响应,分析结果具有更高的可信度。     

高拱坝抗震安全研究

我国是多地震国家,高坝大库多建于西部强震区,其中坝高超过200 m的大坝多为混凝土拱坝,其抗震安全至关重要。结合2018年11月颁布实施的《水工建筑物抗震设计标准》(GB 51247—2018)的编制工作,在高拱坝抗震方面取得的主要研究成果,包括大坝抗震设防水准框架、大坝地震动参数的合理确定、大坝地震动输入机制、大坝—地基系统整体抗震稳定分析和大坝坝体强震损伤破坏机理分析,据此提出了最大可信地震下高拱坝抗震安全定量评价指标。     

拱坝有缝坝体-坝基系统的非线性抗震分析

本文将坝体和坝肩裂隙岩体作为允许局部开裂和大变形的非线性连续体，用动态接触单元模型进行概化模拟，对小湾高拱坝坝体-坝基系统在高水位运行期遇设计地震荷载作用时的动力反应进行了非线性数值计算，研究了横缝对坝体应力、变形的影响，并对坝肩裂隙岩体的抗震稳定进行了分析评价，数值分析表明：横缝对拱坝坝体的应力和变形影响显著，坝肩潜在滑面的开裂和滑移导致坝体应力增大，坝体的抗震安全性降低，但在运行期高水位遇设计地震荷载时坝体和坝肩裂隙岩体整体稳定。     

高拱坝抗震理论分析进展

从高拱坝的抗震设防标准及动力稳定安全判定准则出发，对现有的高拱坝计算方法，如刚体极限平衡方法、刚体极限平衡与有限元结合方法、非连续变形分析（DDA）法、数值流形方法、界面元法、有限元-边界元-无限边界元耦合方法、随机有限元、人工透射边界和显式有限元法、并行算法，以及模型试验等进行了归纳．同时，还介绍了各种方法的优缺点．     

拱坝沿建基面抗滑稳定的体安全系数及其工程应用

对于坝基岩体发育有顺坡向结构面等复杂地质条件的拱坝,通常需要核算大坝沿建基面单滑面或多个平面组成的复合滑裂面的抗滑稳定性,但目前尚无为工程界公认的计算方法,现行拱坝设计规范也未作出明确规定。本文采用非线性有限元与传统的刚体极限平衡法相结合的分析方法,将滑裂面、坝基面、临空面与结构面相互切割、组合形成的潜在滑体作为研究对象,以坝基岩体内部发育的陡倾角结构面为分界面,将滑体离散为多个按串联或并联方式排列的块体,利用各块体的静力平衡条件与相邻块体间的变形协调条件,分析滑体在拱推力等外力作用下的抗滑稳定安全系数,即体安全系数。结合小湾拱坝工程,开展大坝沿坝基岩体发育的浅层卸荷裂隙抗滑稳定性的分析计算,通过实例分析表明本文方法的合理性与工程实用性。