土石坝管涌溃坝过程数学模型及应用

通过国内外土石坝管涌溃坝模型试验发现,管涌通道断面在溃坝过程中呈现城门洞形,并不断发展扩大直至坝顶发生坍塌。而目前常用的管涌溃坝过程数学模型大多假设管涌通道为圆形或矩形,与实际情况不符。基于土石坝管涌破坏机理,提出一个土石坝管涌溃坝过程数学模型,模型假设初始管涌通道断面为底部正方形顶部半圆形的城门洞形,采用基于水流剪应力的冲蚀公式模拟冲蚀过程管涌通道两侧边向外的发展,采用普罗托季亚科诺夫压力拱理论模拟管涌通道顶拱的发展;通过比较管涌通道上部坝体的重力与管涌通道两侧土体的抗剪强度判断管涌通道的垮塌,分别选择孔流和堰流公式模拟管涌通道坍塌前后的溃口流量;当管涌通道坍塌后,假设坍塌的土体立刻被溃坝水流带走,随后发生漫顶破坏,使用极限平衡法模拟漫顶溃坝过程中的溃口边坡稳定性。模型采用按时间步长迭代的数值计算方法模拟溃口的水土耦合过程,选择国内外25个具有实测资料的土石坝管涌溃坝案例对模型进行验证,比对峰值流量、溃口最终宽度及溃坝历时等参数发现,模型计算结果与实测值的相对误差可满足工程需求,验证了模型的合理性。     

土石坝振动台模型试验颗粒流数值模拟分析

目前一般采用振动台试验、离心振动台试验和有限元动力分析来获得土石坝在设计地震荷载作用下的形态和抗震性能。本文结合孔宪京等的土石坝振动台试验结果开展了颗粒流细观数值模拟研究,克服了传统连续介质力学的宏观连续性假设,形象而直观地表现出坝体在动力荷载作用下的破坏特征。数值模拟规律与振动台试验规律基本一致。同时还分析了坝体颗粒粘结强度和地震峰值加速度变化对坝体破坏特征的影响。数值结果表明,当颗粒间粘结强度较低时,表现为坝体表面颗粒的滑动破坏,粘结强度稍大时,会出现局部的小块颗粒团整体滑动破坏;随着峰值加速度的增大,坝顶沉降量在增大,坝体破坏特征不变。     

土石坝渗流监测模型分析

渗流监测是土石坝安全监测的重要内容之一，统计模型在渗流监测资料分析中占有重要地位。以渗流基本方程及其定解条件为基础，全面分析土石坝渗流监测效应量影响因素并建立统计模型。对多元线性回归方法进行了说明，并结合监测实例说明了该模型的可靠性。     

土石坝震损机理及震害影响因素研究

汶川8.0级地震造成主震区四川省境内1997座水库的坝体、溢洪道、输水管、管理房等水利设施不同程度的损毁,不仅无法实现水利功能,而且面临洪水威胁.汶川地震中土石坝典型震害包括裂缝、滑坡、渗漏以及坝体沉陷等.在调查主震区土石坝地震损毁特点的基础上,分析了均质土坝、面板堆石坝、心墙坝等坝型主要震害产生的原因,阐述了影响土石坝震害程度的诸多因素及其作用方式,控制性因素主要有外部因素如场地类别、地震动参数,坝体内部因素如坝料特性、坝型及坝高、坝坡坡率等.     

土石坝溃决机理模型试验研究进展

大坝溃决将给人类社会带来巨大的灾难,因此国内外都很关注溃坝问题的研究。由于多数大坝均为土石坝,且土石坝是逐渐溃决的过程,而混凝土坝一般表现为瞬时溃决,因此土石坝溃决机理与溃决过程的研究对于溃坝过程数学模型的建立和致灾后果的评价具有重要的指导意义。自20世纪90年代以来,国内外学者围绕土石坝溃决机理开展了广泛深入的模型试验研究,取得了一系列重要的研究成果。分别从土石坝溃决原因、土石坝溃决机理研究进展、土石坝漫顶溃决模型试验、土石坝管涌溃决模型试验等方面介绍国内外的研究进展。重点针对土石坝坝型(均质坝、黏性心墙坝、面板堆石坝)和主要破坏模式(漫顶溃坝与管涌溃坝),介绍国内外开展的不同尺度的溃坝模型试验,分析研究了土石坝的溃决机理,并对今后的研究工作重点提出了相关建议。     

APDL二次开发功能在土石坝非线性分析中的应用研究

基于ANSYS的APDL语言,根据邓肯E-B模型的非线性计算原理以及土石坝的非线性静力分析一般方法,编制了土石坝施工模拟的计算程序,并分析了一次加荷与逐层加荷在坝体应力应变计算结果的区别,最后利用程序分别对一种材料和多种材料的堆石坝进行逐层加载模拟计算,通过分析计算结果可知,其计算的应力应变情况符合实际的坝体应力应变分布情况,验证了程序的可靠性,进而实现了土石坝施工过程模拟。     

面板砂砾石坝异常渗流及破坏机制探讨

利用非饱和土渗流理论,对沟后面板砂砾石坝进行了三维渗流场分析.通过渗流计算表明:渗注场受面板纵向缝止水失效的影响不大,仅仅呈现垂直人渗的特征.面板顶部与防浪墙接缝止水失效单独作用时仅能饱和坝体顶部小范围土体.面板在一定范围与坝体脱开、坝体填料渗流性质各向异性、库水位漫过防浪墙底板,这些异常情况的组合导致了坝体渗透破坏.异常状态渗流发生时,坝体顶部区域饱和,而坝体中部仍存在非饱和区,坝体下部饱和区相应点处孔隙水压力值则无明显提高.     

爆炸荷载下土石坝动力响应特征的数值模拟

土石坝在爆炸荷载下的力学响应是一个非常复杂的力学问题,相关研究甚少。在LS-DYNA软件框架内,以两河口土石坝为研究对象,把坝体材料简化为混凝土、心墙、反滤层与堆石体等4种,用500 kg TNT在坝顶接触爆炸时的瞬态荷载作为荷载源,针对不同材料建立适合于爆炸高加载率特征的本构模型,用数值方法分析了土石坝在潜在爆炸荷载下的破坏与损伤演化规律。结果表明,在爆炸荷载作用下,由于土石坝材料组成的多样性,应力波传播规律异常复杂,土石坝的力学响应呈现出显著的分区特征。     

多层次模糊评判的土石坝安全综合评价研究

基于模糊数学理论和层次分析法，从土石坝所具有的自然属性、社会属性和经济属性出发，充分考虑影响土石坝安全运行的各种因素或指标，给出了土石坝安全性态评价指标、评价原理和方法以及安全指标综合权重矩阵的概念和相应求解方法。经实际工程检测分析表明：采用多层次模糊评判理论进行土石坝安全综合评价是合理、可行的。     

平稳随机地震动模型及其在土石坝随机地震反应分析中的应用

考虑地震动的随机性,根据随机过程理论,提出一种简单的模拟平稳随机过程的地震动模型,并给出了确定模型参数的原则和方法。继而,将其应用于一均质土坝,并与K ana i谱和M arkov谱进行了比较,验证了该模型的合理性。同时,探讨了该土石坝在随机地震动激励下的地震反应。     

非饱和土石坝渗流分析

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,本文基于饱和-非饱和渗流计算原理,采用有限元法考虑了非饱和区渗流的影响,并以各向同性均质坝和心墙土石坝为算例进行计算分析。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,通过分析这种水流的特点,定性地得出其对土石坝渗流稳定性的影响。     

水库堤坝渗漏的探地雷达探测研究

以甘肃省民乐山丹地震时受到一定破坏的李桥水库为对象,用探地雷达对水库大坝填土不密实引起的渗漏病害进行了探测研究。探测表明壤土心墙填土总体密实性差,松散、不均匀、裂隙较多,坝身长期渗漏已在部分区域形成洞穴。利用探地雷达技术对该水库东、西段坝顶下和坝后道路下心墙内的渗漏通道进行了诊断,进而提出了水库堤坝渗漏破坏经历3个发展时期及其对应的雷达图像特征。     

思林水电站碾压混凝土坝的渗流分析

碾压混凝土重力坝的坝身及地基渗径是筑坝中的关键技术问题。文章是以思林水电站碾压混凝土重力坝为研究对象,以大型通用有限元软件ANSYS为平台,其核心是对坝基有相互作用的整体坝段数值模型的建立以及利用程序对典型坝段的渗流场进行二维有限元渗流计算分析,研究碾压混凝土坝渗透特性及其影响因素,并证明了这种分析方法的可行性。     

面板砂砾石坝异常状态渗流计算及稳定分析

运用非饱和土渗流与强度理论,把渗流计算的水力条件用于边坡稳定分析之中,对沟后面板砂砾石坝进行了渗流场分析与边坡稳定计算,得到一些新的结论,可补充以前相关的研究结果。计算结果表明:坝料填筑分离造成的渗透各向异性尽管使浸润线升高,但是由于水平排水能力的提高反而使坝体的孔隙水压力总体上降低,从而也就提高了边坡的抗滑稳定安全性;当顶部面板与坝体脱开并导致异常状态渗流时,坝体顶部有一饱和区并且渗流出逸点很高,但坝体中部仍未饱和,异常状态渗流增加的孔隙水压力有限,对坝坡的抗滑稳定影响也很小,因此,按照最高浸润线的位置确定孔隙水压力进行抗滑稳定计算会导致错误的结果;坝顶异常状态渗流增加的孔隙水压力并不会导致下游坝坡滑动失稳,而坝体顶部渗透破坏会导致局部坍塌,最终发生溃坝事故。     

堆石坝加筋坝坡稳定性数值模拟研究

地震作用下堆石坝坝顶堆石的稳定性值得关注。对格栅加筋堆石坝坝坡稳定性的影响进行了数值模拟;用拟静力法模拟水平和竖直向地震动荷载,运用考虑地震荷载的瑞典圆弧滑动法,对坝体整体和坝顶局部区域坝坡稳定性进行了模拟研究;对格栅加筋堆石坝的机理进行了探讨。计算结果表明,加筋可以有效提高坝顶局部区域的抗震性能和坝坡稳定安全系数,且随着格栅加筋层数和格栅抗拉强度的增加,其加筋效果愈加显著。     

南通市长江堤防渗透性能数值模拟研究

结合南通长江堤防渗透试验数据,利用Plaxis岩土工程专用有限元软件对南通市长江堤防典型地段分别进行不同潮位及设计水位条件下的非稳定渗流数值模拟。模拟结果表明,在已监测江水位条件下堤体渗透基本不受外江水位变化的影响;设计水位条件下的各地段江堤稳定安全系数都在1.5以上;对各典型潮位下各监测断面水位的模拟结果与其实测结果具有良好的一致性。南通市长江堤防渗流稳定安全性能优良。应用实际表明,Plaxis软件具有良好的实用性能,适合用于堤防渗流稳定安全评估。     

黄冈长江干堤防渗方法研究

讨论了黄冈长江干堤堤身土质状况,对黄冈长江干堤堤基土层结构进行了分类。通过渗流计算提出了黄冈长江干堤典型断面堤基防渗加固处理措施。针对黄冈长江干堤堤基土层结构的特点,提出了黄冈长江干堤堤基防渗加固处理的原则,黄冈长江干堤加固的重点是堤基的防渗加固处理,应根据渗流计算的结果,考虑到堤防周围的地理、地质环境及人文社会因素,通过方案比较确定出合理的堤基防渗加固方案。由于黄冈长江干堤所在堤段的堤基透水层一般为砂壤土和粉细砂,因此黄冈长江干堤不宜于采用排渗井或减压沟进行堤基防渗。