复杂地基重力坝深层抗滑模拟研究

重力坝抗滑稳定性关系到水库地整体安全,极为重要。本文采用离散元法对含层理、节理等复杂结构面的坝基抗滑稳定性进行了数值模拟研究,计算了不同地质条件下水库无蓄水、水库蓄满两种工况的坝体稳定性。研究表明:水库在无蓄水时,坝体稳定性都比较好,但当水库蓄满后,坝体稳定性受地质环境影响显著,多滑动面形式比双滑动面形式更有利益坝体稳定,并且与重力坝的重心位置有关。本文提出的方法与计算结果,可供复杂地质条件下重力坝设计参考。     

考虑坝基岩体抗剪强度各向异性的重力坝抗滑稳定分析方法

为研究节理岩体抗剪强度各向异性特征对重力坝抗滑稳定性的影响,利用结构面网络模拟技术,计算节理岩体在主滑动方向上沿不同角度剪切的连通率与相应的抗剪强度参数,对Mohr-Coulomb强度准则进行各向异性修正。在此基础上,结合极限分析法,提出了一种考虑岩体抗剪强度各向异性特征的重力坝抗滑稳定分析方法。将该方法应用于向家坝泄12坝段的深层抗滑稳定分析,并与传统方法的计算结果进行对比。结果表明:该方法与传统方法获得的临界滑裂面位置比较接近,但其抗滑稳定安全系数明显小于传统方法,且临界滑裂面的剪出段倾角与坝基岩体连通率的最大值方向基本一致,和实际情况相符。该方法充分考虑了岩体抗剪强度各向异性的影响,对合理评价重力坝的抗滑稳定性具有重要的工程和现实意义。     

Seismic stability safety evaluation of gravity dam with shear strength reduction method

A new method of numerical seismic stability safety evaluation for a rock slope is proposed based on the analysis of a gravity dam foundation subjected to earthquake loading. The shear strengths of the weak discontinuities are divided by different shear strength reduction ratios (K) and numerical seismic analysis is carried out after the static analysis is completed. With different K values, the curves of the permanent horizontal displacement of key points of the dam foundation (K-displacement curves) are studied. According to the curve change, the distribution of plastic zones in the foundation, and the slow convergence of the finite element method (FEM), the seismic stability safety factor is defined as K when the gravity dam is in the limit equilibrium state subjected to earthquake loading. These concepts were applied to the evaluation of seismic stability safety of a gravity dam for a hydropower project. The analysis of the example shows that the proposed method is feasible and is an effective method of seismic stability safety evaluation.     

复杂坝基条件下混凝土面板堆石坝抗滑稳定分析方法

针对复杂坝基条件,阐述了这些坝基条件对于混凝土面板堆石坝抗滑稳定的影响机理。结合部分已建的面板堆石坝工程,对复杂坝基条件下的混凝土面板堆石坝应力变形特性进行了系统分析。对混凝土面板堆石坝抗滑稳定分析的传统方法进行了比较分析,指出了其存在的问题。在此基础上,探讨了复杂坝基条件下混凝土面板堆石坝抗滑稳定的分析方法,提出了用有限元应力代数和法进行复杂坝基条件下混凝土面板堆石坝抗滑稳定分析的方法。     

基于ANSYS的复杂地基面上高导墙抗滑稳定有限元分析

将简单滑动面上的抗滑稳定有限元分析方法加以改进,并推广应用到各种复杂的地基面上,为有限元法计算类似结构的抗滑稳定性提供参考。利用ANSYS建立复杂地基面上高导墙的二维有限元计算模型,计算分析了5种方案下结构的抗滑稳定性,为锚索加固方案的选择和结构安全评估提供依据。计算结果表明:锚索布置应选择侧向倾斜锚索方案,且这种方案下结构在运行期中满足抗滑稳定要求。所采用的抗滑稳定计算方法在工程中得以应用,结果符合实际情况,适用性强,有一定的参考价值。     

亭子口重力坝表孔坝段地震动力响应分析

亭子口重力坝坝基岩层近于水平,分布有各类软弱夹层。为科学评价其坝体结构抗震安全性与地震动力抗滑稳定性,采用黏弹性人工边界模拟地基辐射阻尼效应,以有厚度接触单元模拟坝基软弱夹层,对亭子口重力坝的表孔坝段进行了三维有限元时程动力分析。计算结果表明,在水工抗震规范谱人工地震波作用下,大坝上下游表面产生了明显的动应力响应,但动静叠加后,坝体竖直向在地震过程中没有出现拉应力;以泥化夹层JS2-1-2为底滑面的滑动模式为大坝深层动力抗滑稳定的控制工况,设置齿槽后大坝动力深层抗滑稳定性显著提高,大坝在地震过程中不会发生整体失稳。     

Sensitivity analysis of factors affecting gravity dam anti-sliding stability along a foundation surface using Sobol method

The anti-sliding stability of a gravity dam along its foundation surface is a key problem in the design of gravity dams. In this study, a sensitivity analysis framework was proposed for investigating the factors affecting gravity dam anti-sliding stability along the foundation surface. According to the design specifications, the loads and factors affecting the stability of a gravity dam were comprehensively selected. Afterwards, the sensitivity of the factors was preliminarily analyzed using the Sobol method with Latin hypercube sampling. Then, the results of the sensitivity analysis were verified with those obtained using the Garson method. Finally, the effects of different sampling methods, probability distribution types of factor samples, and ranges of factor values on the analysis results were evaluated. A case study of a typical gravity dam in Yunnan Province of China showed that the dominant factors affecting the gravity dam anti-sliding stability were the anti-shear cohesion, upstream and downstream water levels, anti-shear friction coefficient, uplift pressure reduction coefficient, concrete density, and silt height. Choice of sampling methods showed no significant effect, but the probability distribution type and the range of factor values greatly affected the analysis results. Therefore, these two elements should be sufficiently considered to improve the reliability of the dam anti-sliding stability analysis.     

基于动力强度折减法的地震边坡稳定性分析

目前关于动力作用下边坡稳定性的分析方法仍存在一些不足之处,如动力问题按静力处理、未充分考虑加载地震波的动力效应、仅考虑剪切破坏、未考虑边坡滑动面形成的渐进破坏过程等。鉴于此,本文同时考虑坡体拉剪强度参数的折减及边坡渐进破坏的过程,结合动力有限元强度折减法原理及边坡动力失稳判据,从监测点位移及加速度突变、计算数值收敛性及拉剪破坏面贯通情况3个方面,确定边坡的动力稳定安全系数及拉剪破坏面。结果表明:动力有限元强度折减法能够定量有效地进行地震作用下岩质边坡稳定性评价,并充分反映了边坡渐进破坏过程,其结果可为地震作用下岩质边坡的抗震设计及动力稳定性分析提供参考。     

碾压混凝土重力坝安全度评价方法研究

光照碾压混凝土坝是目前世界上最高的碾压混凝土重力坝之一,坝高库大,其安全稳定性是施工期和运行期中至关重要的技术问题。运用有限单元法,对光照碾压混凝土重力坝施工期和运行期的温度场、渗流场、应力应变场等进行仿真分析,采用超载法和强度折减法相结合的方法模拟坝体（坝基）系统的渐进破坏过程和可能的失稳模式,并根据特征点位移突变、屈服区贯通等方法判断大坝的整体安全度,同时对坝基浅层面进行抗滑稳定计算。研究结果表明,光照碾压混凝土重力坝的整体安全度大于3.0,且坝基浅层面等薄弱部位的安全系数大于2.0,满足工程稳定的需要。     

四寨水库高重力墩-拱坝整体非线性分析和安全评价

为评价高重力墩对四寨拱坝的应力变形和抗滑安全的影响,建立了拱坝重力墩地基系统的有限元数值模型,其中考虑重力墩基础、右岸夹层和拱坝重力墩等交界面的非线性相互作用,以及基岩材料的弹塑性变形行为。分别采用水压超载法和折减强度参数法对重力墩拱坝系统进行数值模拟,并基于建议的重力墩安全评价指标对系统整体稳定性进行判定。分析表明,采用水压超载法计算的整体安全超载系数为2.5～3.0,折减强度参数法计算的整体稳定强度储备系数为2.0～3.0。参考已有的拱坝整体稳定分析统计数据,该工程的整体稳定安全系数相对较低。     

基于坝基塑性损伤的重力坝极限抗震能力研究

目前关于重力坝的研究大多仅考虑坝体的损伤破坏,而将坝基设为线弹性材料,这可能导致大坝震害情况与实际不符,而考虑坝基塑性损伤能明显减轻重力坝坝体损伤程度,可以更加真实的模拟出大坝的抗震承载能力。本文基于塑性损伤力学理论,以我国西南某拟建重力坝为研究对象,建立了考虑坝体-坝基整体塑性损伤的三维有限元动力计算模型,并对模型的正确性进行了验证。采用时程分析法分析了该重力坝在不同地震强度下的震损情况,并以坝体裂缝贯通上下游为失稳判别标准对该坝的极限抗震能力进行了评价。结果表明：当地震动强度为0.5g时,下游折坡处损伤区域贯通上游,此时重力坝上部坝体可视为脱离块体,重力坝产生失稳,因此可以判定该重力坝的极限抗震能力为0.5g。     

地震动和结构参数双重随机的重力坝抗滑稳定可靠度分析

地震动和坝体结构参数的随机性均对重力坝抗滑稳定可靠度有重要影响。首先建立了重力坝建基面抗滑稳定极限状态方程,将坝体水平和竖向惯性力随机过程的最大值作为随机变量,根据随机过程参数获得此随机变量的均值和方差,实现了将地震荷载和结构参数双重随机性问题统一到随机变量模式下;然后采用JC法分析了某实际工程重力坝建基面抗滑稳定可靠度,并结合地震发生的概率分析了该重力坝抗滑稳定的失效概率;最后采用正交试验法分析了各结构随机参数对可靠度和失效概率的敏感性。结果表明：本文提出将随机过程最大值作为随机变量的方法可以用于地震动和结构参数双重随机情况下的重力坝抗滑稳定可靠度分析;实例工程混凝土重力坝沿建基面抗滑稳定可靠指标为4.23,失效概率为0.001 17%;坝体材料密度、地基泊松比以及建基面黏聚力系数和摩擦系数对可靠度计算结果影响较为显著。     

向家坝水电站重力坝深浅层抗滑稳定分析

针对向家坝水电站坝基地质条件的复杂性,采用弹塑性块体单元法计算坝体与复杂基岩的位移和应力,并运用间接法分析坝体与坝基系统的深浅层抗滑稳定性及破坏演变过程,得到在未采取工程加固措施前系统的整体稳定安全度至少有2.5的结论。研究表明,对于复杂地质条件下大坝地基系统的应力、变形和稳定性问题,块体单元法是一种适用且有效的分析方法。     

混凝土重力坝在地震荷载下的稳定分析

采用混凝土损伤塑性本构模型,利用有限元分析软件ABAQUS进行混凝土坝的结构计算,分析某混凝土坝在地震荷载下的响应,分析结构的稳定性和任意荷载作用下结构的破坏情况.计算结构表明:采用混凝土损伤塑性本构模型,利用有限元分析软件ABAQUS进行混凝土坝的结构计算,可以更加直观反映混凝土坝的应力、应变和整个坝坡破坏发展过程....     

应急防洪条件下重力坝抗滑稳定可靠度分析

混凝土重力坝应在流域梯级水库群应急防洪调控中发挥超蓄洪水作用,而运行期大坝安全可靠性定量评估是梯级水库群应急防洪调度的关键边界条件,因此需要研究基于实测资料的重力坝抗滑稳定可靠度计算方法。首先基于渗压监测成果和水文气象预报资料,提出了坝基扬压力变异系数的估计方法,进而结合一阶二次矩方法计算抗滑稳定可靠度;然后,以向家坝工程为例,给出大坝在运行期和超蓄洪水条件下的安全风险定量评估结果,并与传统的安全系数法进行了对比,进而讨论了计算假定、可靠度计算方法、随机参数敏感性对计算结果的影响。研究成果可作为基于贝叶斯网络的应急防洪调度方案计算方法的组成部分,为梯级水库群应急调控方案编制提供科学决策依据。     

基于不等比例降强度参数的龙滩碾压混凝土坝稳定分析

采用考虑坝体坝基渗流、大坝分期加高、温度效应和应变软化等因素的弹塑性有限元和不等比例降材料强度参数的方法，分析了龙潍碾压混凝土重力坝前、后期挡水段和溢流段的渐进破坏过程、破坏机理和极限承载能力。计算结果表明，龙滩大坝是安全稳定的。     

Tensile reliability analysis for gravity dam foundation surface based on FEM and response surface method

In this study,the limit state equation for tensile reliability analysis of the foundation surface of a gravity dam was established.The possible crack length was set as the action effect and allowable crack length was set as the resistance in the limit state.The nonlinear FEM was used to obtain the crack length of the foundation surface of the gravity dam,and the linear response surface method based on the orthogonal test design method was used to calculate the reliability,providing a reasonable and simple method for calculating the reliability of the serviceability limit state.The Longtan RCC gravity dam was chosen as an example.An orthogonal test,including eleven factors and two levels,was conducted,and the tensile reliability was calculated.The analysis shows that this method is reasonable.     

重力坝与坝基体系地震损伤破坏分析

摘要：为了揭示重力坝坝基体系地震破坏过程,需要同时考虑坝体和地基的损伤破坏。本文建立了较为完整的重力坝-地基-库水非线性动力分析模型,同时利用本文开发的程序模拟了重力坝地基体系的地震破坏。结合印度柯依那（Koyna）坝震害,研究了坝体和地基岩体均采用损伤模型重力坝地基体系的地震破坏过程。作为比较分析,研究了坝体采用损伤模型地基采用Drucker-Prager弹塑性模型重力坝地基体系的地震破坏。计算结果表明,地基分别采用损伤模型和D-P弹塑性模型,得到不同的破坏模式。坝体地基均采用损伤模型模拟的结果与实际震害接近,能更好反映重力坝地震损伤破坏。     

基于ANSYS的滚水坝稳定与应力分析

以碗牛坝水利工程为例分别利用刚体极限平衡法和有限元法计算溢流重力坝沿坝基面的抗滑稳定,并对这两种方法的分析结果进行了对比,总结两种方法各自的优缺点,同时对坝体基底应力进行简要分析,并提出了需要进一步研究和解决的问题。     

强度储备法在飞来峡土坝稳定性分析中的应用

强度储备法抓住影响坝体稳定因素中最关键的强度指标,通过研究不同强度参数所对应的破坏区域的演变关系,分析坝体的稳定性和潜存的破坏机理,在混凝土坝和岩体结构的稳定分析中得到了普遍应用。但将强度储备法应用于土坝稳定性分析中属首次,以飞来峡水利枢纽土坝为例,采用二维有限元强度储备法对其稳定安全系数进行了计算分析,研究了边坡的失稳破坏机理,对安全性进行了评价,为运行管理提出了一些有益的参考意见。