洪水作用下土石坝系统结构图仿真与渗流稳定性分析

为了研究土石坝在洪水作用下的渗流稳定性,依托实际水库工程,以土石坝的坝体为主体,重点考虑洪水、水库、泄洪洞模型输入输出的约束关系,建立了该土石坝洪水过程的结构图仿真模型,并计算得到了在典型洪水过程中水库水位变化曲线;在此基础上采用有限元法,考虑非饱和区的影响,对土石坝非稳定渗流场进行了模拟;利用暂态渗流场计算结果,运用Morgenstern-Price法计算分析了土石坝上、下游坝坡的稳定性。结果表明:上、下游坝坡的稳定系数变化趋势与库水位一致,即坝坡稳定系数随库水位的上升而增大,随库水位的下降而减小。库水位变化的结构图仿真、渗流计算、稳定系数计算构建了较为完整的解决方案,为洪水作用下的土石坝渗流稳定性分析提供了新的手段。     

纳子峡纤维素纤维混凝土面板坝服役期渗流特性分析

为掌握纳子峡纤维混凝土面板砂砾石坝在服役期间的抗渗情况,在纳子峡水利枢纽布置了较全面的渗流监测设备,根据纳子峡面板砂砾石坝在2016年至2018年间的渗流监测结果,对大坝坝基、坝体、周边缝、绕坝渗流及大坝渗漏量的渗流变化规律及分布特征进行了分析和评价。分析结果表明:坝基、坝体、周边缝等重点部位防渗系统工作正常,渗流量趋于稳定;绕坝渗流及大坝渗漏量符合实际渗流规律,纳子峡水利枢纽工程大坝渗流监测设计合理,能充分反映大坝不同部位的渗流情况。大坝在地震时期的渗流形态稳定,地震对面板损坏程度影响较小,面板裂缝在控制范围之内,纤维素纤维混凝土服役性能稳定,在面板混凝土中添加纤维素纤维有利于面板防渗。     

非饱和渗流下土石坝坝坡可靠性分析

将饱和-非饱和渗流场统一起来,建立了饱和-非饱和渗流的微分方程.根据极限平衡原理,考虑基质吸力对抗剪强度的影响,采用延伸的摩尔-库仑破坏准则,建立边坡在非饱和土条件下的安全系数公式.运用饱和-非饱和渗流有限元程序,对土石坝工程进行了计算和分析,探讨了稳态和瞬态下库水位变化时,坝体内浸润面的变化、瞬态孔隙水压力分布情况.进一步采用蒙特卡罗法把渗流计算所得的瞬态孔隙水压力分布用于坝坡可靠性分析,计算坝坡的瞬态可靠指标,对土石坝在非饱和、非稳定渗流作用下,不同水位下降速度对上游坝坡可靠性的影响进行了研究.结果表明:库水位下降对坝坡产生饱和-非饱和渗流作用,渗流场受降速的影响大,库水位下降速度增大,坝坡稳定性降低;坝坡可靠指标与库水位的关系呈抛物线变化趋势,渗流浸润线开始比较陡,最后趋于平缓,而坝坡可靠指标表现为开始减小,经过一段时间达到最小值,然后逐渐增大.     

考虑非饱和土基质吸力作用的土石坝渗流分析

传统的渗流分析主要考虑饱和区而忽略非饱和区内的渗流,本文首先对影响非饱和土渗流特性的重要物理量基质吸力进行了分析,阐述了其形成机理并推出其理论计算公式,然后在考虑基质吸力的作用下,基于饱和．非饱和渗流计算原理,采用有限元法考虑了渗流场非饱和区的影响,并以各向同性均质坝和心墙土石坝为算例,进行了计算分析。算例表明,由于基质吸力产生的虹吸作用,使得浸润线上部的非饱和区内也存在着连续的水流,否定了传统分析中浸润线是最上部流线的假设,通过分析这种水流的特点,定性的得出其对土石坝渗流稳定性的影响,对土石坝渗流分析具有一定的指导意义。     

沥青混凝土心墙堆石坝动力有限元分析

采用三维非线性有限元技术,结合某沥青混凝土心墙坝工程,在静力分析的基础上对大坝的动力特性及抗震安全性进行动力反应分析,动力计算中坝体材料及沥青混凝土均采用等效非线性粘弹性模型,计算分析了坝体的加速度反应、动位移反应、大坝的地震永久变形、坝体单元的安全系数的分布规律。结果表明:大坝在地震作用下的动力反应发生了明显的变化;坝体顶部发生了较明显的永久变形,地震最大沉陷量为429mm,为坝高的0.42%;大坝的抗震安全系数基本均大于1,坝体的局部抗震安全性基本满足要求,因此坝体在设计地震作用下是满足稳定要求的。     

GJMZ法在后河水库灌浆与排水孔方位优选中的应用

后河水库是为黄河小浪底水利枢纽垣曲县淹没区移民安置创造条件的补偿工程。由于坝基及两岸坝肩岩体内构造断裂和风化卸荷作用, 致使坝基和坝肩存在有渗漏问题。本文在充分分析后河水库已有资料的基础上, 依据GJMZ法对后河水库灌浆与排水工程中的斜孔方位进行了计算和优选, 其成果可为设计部门提供科学依据, 具有较大的研究意义和实用价值。     

三种本构沥青凝土心墙土石坝特性

针对土石坝静力分析中常见的三种本构模型,即Duncan E-μ、Duncan E-B和双屈服面模型是.以沥青混凝土心墙土石坝为研究对象,建立了心墙坝的三维有限元模型,并考虑了沥青混凝土心墙和过渡料、混凝土基础间的接触关系,采用接触单元模拟相互间的变形和应力协调,对心墙和坝体的变形和应力应变特性进行了分析对比.分析结果表明对于坝体应力,三种模型计算结果无论是极值还是分布都比较一致.对坝体和心墙变形,三种模型的沉降量分布是一致的,但DuncanE-μ和E-B模型求得的最大沉降量更接近实际观测值;在心墙应力分析中,双屈服模型的计算结果比较均匀合理.     

山区公路开挖边坡的稳定性研究及其工程治理──以大甘坪路堑边坡为例

针对山区修筑公路常遇开挖自然斜坡坡脚而诱发边坡失稳的情况,以大甘坪路堑边坡为例,对大甘坪粘土进行卸荷路径下的三轴试验,以获得边坡稳定分析的计算参数。对边坡开挖作非线性有限元分析,探讨边坡塑性区形态和确定滑移面位置。现场监测边坡在渗流期的地下水位变化,采用极限平衡法计算边坡的安全系数,并对其稳定性进行评价。根据有限元分析结果,提出了利用抗滑挡土墙支挡和树枝笼排水沟构成排水系统的边坡治理方法。     

三种本构沥青混凝土心墙土石坝特性

针对土石坝静力分析中常见的三种本构模型,即Duncan E-μ、Duncan E-B和双屈服面模型是。以沥青混凝土心墙土石坝为研究对象,建立了心墙坝的三维有限元模型,并考虑了沥青混凝土心墙和过渡料、混凝土基础间的接触关系,采用接触单元模拟相互间的变形和应力协调,对心墙和坝体的变形和应力应变特性进行了分析对比。分析结果表明对于坝体应力,三种模型计算结果无论是极值还是分布都比较一致。对坝体和心墙变形,三种模型的沉降量分布是一致的,但Duncan E-μ和E-B模型求得的最大沉降量更接近实际观测值;在心墙应力分析中,双屈服模型的计算结果比较均匀合理。     

渗流-应力耦合随机性分析方法与应用

基于摄动随机有限元法计算参数随机性对渗流-应力耦合问题的影响, 以渗透系数和弹性模量为基本随机量, 推导了渗流-应力耦合摄动随机有限元迭代格式, 在此基础上对现有计算渗流场和应力场的单场随机计算程序进行改造. 使用改造程序对某大坝渗流-应力耦合问题进行分析, 并与商用软件计算结果进行对比.结果表明, 两种方法计算结果基本一致, 揭示了工程实际中的流固耦合规律, 改造的程序还可以输出商用软件未涉及的随机特征.     

某尾矿坝暴雨蓄洪溃塌原因分析与综合治理措施

为分析某尾矿坝局部溃决机理和对其进行综合治理,从尾矿颗粒组成及 其物理力学指标、尾矿砂沉积分布特征、调洪引起的坝体渗流条件与浸润线变化以及排水设 施等方面进行了分析,同时进行了相应的滑动稳定性计算. 根据非饱和土理论,认为降雨使 上部子坝非饱和尾亚砂土含水量增加,基质吸力降低导致其抗剪强度下降,水位、浸润线位 置上升、排水措施和加筋不足等是其局部失稳的原因,并对该尾矿坝局部溃决的综合治理措 施提出了若干建议.     

岩体中饱和渗流应力耦合模型研究进展

在大坝渗流与控制、各种水工隧洞和交通隧道以及地下各种洞室开挖、采矿工程与油藏开采中的水力劈裂、 岩坡和坝基的稳定性研究等领域中经常会遇到岩体的饱和渗流应力耦合问题.本文对这些领域中的渗流应力耦合问题分为6种力学模型: 等效连续介质模型、 裂隙网络模型、 双重介质模型、 断裂力学模型、 连续损伤力学模型和统计模型.前3种主要从经典的黏弹塑性本构着手考虑, 着重对渗流场的处理, 后3种则是从考虑岩体在耦合作用下发生损伤破裂行为方面切入, 着重于岩体结构内部发生质的改变带来的更加复杂的耦合效应.对这些模型进行了详细的介绍, 指出了这些模型的优缺点与适用范围, 给出了一些有代表性的研究成果, 并对该研究领域中未来的研究方向进行了展望.     

观音岩水电站坝址区右岸岩体溶蚀发育机理研究

观音岩水电站位于金沙江上游,坝型初拟混凝土重力坝和心墙堆石坝组合坝。坝址区分布有侏罗系中蛇店组(J2s)地层,岩性主要为钙质铁质胶结的砾岩、石英砂岩,其中砾石成分以泥晶灰岩和生物灰岩为主。在地下水作用下砾岩钙质溶蚀形成规模较大的囊状空腔或孔洞,砂岩则表现为钙质胶结物流失溶蚀呈砂土状或砂糖状,对坝基稳定性造成了一定的影响。本文在对观音岩水电站坝址区右岸地质条件和水文地质条件分析的基础上,采用地下水动力模拟、可溶成分统计、取样室内溶蚀试验等方法对岩体溶蚀发育机理进行了分析。结果表明:岩体溶蚀作用主要受岩性、构造控制; 由于局部地下水流循环快,流速较大,顺节理裂隙的走向方向溶质作用强烈; 钙质胶结的砾岩、含砾砂岩中,钙质砾石碎屑含量占30％ ~50％; 新鲜岩石易受溶蚀且溶蚀速度较快。研究成果为进一步对大坝抗滑、变形及渗透稳定性的影响评价奠定了基础,同时为水库蓄水后地下水对岩体溶蚀作用的研究提供了背景。     

Free surface seepage analysis based on the element-free method

Element-free method (EFM) for seepage analysis with a free surface presented in the paper is based on the moving least square method which needs only the information at nodes. It avoids troublesome modifications of the mesh as in the finite element method. Being irrelative to the nodes, the mesh for quadrature is fixed throughout the iterations in determining the free surface. And the nodes can be easily added, moved or deleted in the iterations. Steady seepage and transient seepage in a uniform earth dam were analyzed in the paper. The examples show that the proposed method gives satisfactory results.     

西安市黑河水库左坝肩渗漏三维数值模拟及坝肩坡体稳定性分析

直接针对西安市黑河水库左坝肩渗漏这一重大工程实际问题展开研究与计算。应用三维有限差分方法对左坝肩单薄山梁的初始渗流场、蓄水后的渗流场进行了数值模拟 ,分析渗漏方式、计算相应的渗漏量 ,并通过计算说明了断层是集中渗漏通道。而后利用三维数值计算提供的水位值 ,应用极限平衡分析法 ,对左坝肩岩质斜坡稳定性进行计算与分析 ,计算结果对实际工程的决策与治理提供重要的依据。     

求解带自由面渗流问题移动网格法的改进及其工程应用

采用有限元固定网格和移动网格相结合的方法,求解带自由面的坝体稳定渗流问题。本方法是针对一般坝体的结构,在有限元网格生成之后,又自动生成了网格移动所需的信息,实现了网格在迭代计算中随自由面的变化自动均匀移动;讨论了网格奇异的不同类型,提出了避免单元形状怪异的移动网格方法;在欧拉空间中分区记录坝体不同的渗透性能,在网格移动到新位置后,自动识别网格所在的物性空间,从而确定单元在新位置上的渗流系数。本文将该方法应用到吉林丰满混凝土重力坝防渗加固的实际工程当中,在考虑大坝原有防渗措施的前提下,利用数值分析,研究了防渗芯墙对大坝渗流性能的影响。计算结果表明,加芯墙后坝体自由面位置明显下移,湿水部分大为减少,坝基扬压力没有明显提升,下游出水点位置没有明显下降。计算过程表明,本文方法及措施具有很好的收敛性与稳定性,且收敛性与自由面初始位置的选择无关。     

渗流对岩体高边坡位移的影响

根据渗流场和位移场耦合机理 ,结合某大型船闸工程 ,采用有限元法进行计算分析和对比 ,结果表明船闸在开挖过程中 ,渗流作用力对开挖边坡的稳定性影响很大。并指出对高边坡进行稳定分析时 ,正确考虑渗流作用力的影响十分重要。     

A PREDICTIVE CONTROL METHOD TO OPERATE WATER GATE OF DAM

A new predictive control method for operating water regulating gate of dams is presented based on a hydraulic model. To consider the hydrodynamic behavior of surface waves through a reservoir, the shallow water equation is used with the discretization by the finite element method. This method provides the appropriate solution of outflow discharge which prevents the overflow of dam by the operation of water gate assuming that the inflow discharge is known as a function of some moment in the future. To show the applicability of this method, one dimensional channels with single and with multiple dams and Moriyoshizan dam reservoir have been computed as the numerical examples. It is shown that the water surface elevation of a reservoir is sufficiently controlled by the present method.     

岷江某水电站库区1#滑坡复活机制分析

岷江某水电站库区1^＃滑坡,系白水寨古地滑堆积体下部,受1933年叠溪地震影响,而形成的一个老滑坡。2001年水库正常蓄水(1475m)后,滑坡出现明显变形迹象,2003年初,库水位下调至1470m,滑坡变形开始趋缓。笔者根据滑坡区地形地质条件,结合现场调查访问、监测资料分析,认为水库蓄水所引起的孔压(浮托力)增加是古滑坡复活的主要动因。二维FLAC数值模拟表明,在库水位由1450m(蓄水前)→1475m→1470m的变动过程中,滑坡变形呈现出相对平稳→急剧增加→增速减缓的特征,证实了上述认识。稳定性计算表明,在蓄水1475及暴雨或地震条件下,滑坡稳定性系数为0.90~0.99,即该滑坡将失稳。为使水库恢复至正常蓄水位,对该滑坡进行治理非常必要,治理方案建议以抗滑支挡为主,排水措施为辅。     

Simulated annealing based algorithm for node generation in seepage analysis with meshless method

Node generation plays an important role in meshless methods for seepage analysis with a free surface. A probabilistic algorithm based on a combination of simulated annealing and the generalized probabilistic Lloyd's method, which is related to centroidal Voronoi tessellations (CVTs), is used in seepage analyses with the element-free Galerkin method (EFG). The applications in this paper involve analyzing steady seepage in a rectangular dam, a dam with an inclined slope surface, and a dam with a horizontal drain. The results show that the algorithm can easily fit and update the changeable free surface, and obtains higher-quality node sets, particularly when simulating physical domains with complex geometrical boundaries.