中、小型土石坝渗流场三维有限元分析方法及应用

针对中、小土石坝工程的特点以及存在渗流安全的问题,采用改进的节点虚流量法,得到求解土石坝渗流问题的有限元分析方法,并编制Fortran程序.依托某土石坝工程,建立三维有限元渗流场计算模型,对正常蓄水时该坝坝体和坝基的渗流场进行了仿真计算,得到了相应的水头分布、浸润线以及渗漏量,并对该坝设计防渗体系下坝区渗流场规律和特点进行了分析.结果表明,该方法对中、低土石坝渗流溢出点和浸润线定位合理、准确,能够很好地模拟坝区渗流场规律,可为中、低土石坝的渗流安全评价提供参考.     

浅析渗流对土石坝的安全影响及控制措施

本文通过分析土石坝渗流的成因,确定土石坝渗流控制措施和防渗加固方法,对解决土石坝渗流安全及防渗加固具有一定的借鉴作用。     

空间正交防渗效果及可行性分析

由心墙和防渗墙组成的土石坝垂直单向防渗体系,因其防渗墙随着覆盖层的加深而加深的设计理念,使得在深厚覆盖层上建坝时,防渗墙施工工期较长且难以保证施工质量。因此,本文提出一种新型的适用于深厚覆盖层上心墙堆石坝的空间正交防渗体系,并以某工程为例,用SEEP/W模块进行了一系列的探索计算。分析认为,在能保证水平防渗层施工质量的条件下,空间正交防渗体系可以满足总渗流量和渗透比降的要求,甚至可以达到比传统防渗体系更好的效果,这使得主防渗墙的厚度或者深度可以适当减小,从而降低工程量,缩短工期。     

防渗墙施工缺陷对硗碛大坝影响分析

修建于深厚覆盖层上的土石坝,其防渗体系的可靠性直接关系到大坝的运行安全.针对硗碛直心墙土石坝防渗墙存在施工缺陷的实际工程特点,分别采用降低材料弹性模量以及设置接触面单元的方法对防渗墙的施工缺陷进行了模拟,分析了防渗墙局部缺陷对防渗体系应力变形以及大坝稳定性的影响.计算结果表明,防渗墙的缺陷对坝体应力变形基本无影响,对防渗墙自身的应力变形影响较大,应进行必要的工程处理.     

适用于深厚覆盖层的空间正交防渗措施及其可行性

由心墙和防渗墙组成的土石坝垂直单向防渗体系,因其防渗墙随着覆盖层的加深而加深的设计理念,使得在深厚覆盖层上建坝时,防渗墙施工工期较长,且难以保证施工质量。因此,提出一种新型的适用于深厚覆盖层上心墙堆石坝的空间正交防渗体系,并以某工程为例,用SEEP/W模块进行了一系列的探索计算。分析认为,在能保证水平防渗层施工质量的条件下,空间正交防渗体系可以满足总渗流量和渗透比降的要求;甚至可以达到比传统防渗体系更好的效果,这使得主防渗墙的厚度或者深度可以适当减小,从而降低工程量,缩短工期。     

深覆盖层地基碎石土心墙堆石坝的渗流特性分析

结合两种不同地质特性深覆盖层上的碎石土心墙堆石坝,采用求解有自由面渗流场的改进结点虚流量全域迭代法进行二维稳定渗流场有限元计算分析.着重进行深覆盖层渗透系数敏感性分析和混凝土防渗墙的渗控作用研究,评价坝基可能渗流特性变化对渗流场的影响,并为两种不同坝基条件下的渗控设计方案提供理论依据.     

膜土联合防渗系统对高土石坝心墙拱效应的影响

以四川瀑布沟心墙土石坝为例,应用FLAC3D软件建立高土石坝的三维模型并对高土石坝的应力应变和渗流进行了数值模拟,同时将此数值模拟结果与其他文献中的计算结果进行了对比.结果表明:高土石坝中心墙处会出现拱效应现象;土工膜与土心墙组成的联合防渗系统可大大降低心墙浸润面,有效削弱心墙拱效应,完全消除心墙大主应力小于同高程渗透水压力的现象,从而提高防渗心墙的安全性.     

深厚覆盖层上高土石坝的动力反应特性研究

以相同尺度和相同材料的建造在深厚覆盖层上直心墙土石坝和直接建设在基岩上的直心墙土石坝为例，采用二维动力有限元程序对比和分析了强震区两种高土石坝的静应力分布和动力反应的差异。计算结果表明，设计深厚覆盖层上直心墙土石坝时，大坝自身的动力稳定设计标准可直接采用建设在基岩上的直心墙土石坝的设计标准，而静力稳定问题应加强大坝坝脚以及心墙两个底角部的防护。     

某心墙堆石坝二维平面有限元渗流分析

渗流问题是影响土石坝安全最为重要的因素,因而渗流问题的研究具有重要的理论意义和工程应用价值。本文结合土石坝相关理论和计算机语言．编制了土石坝二维平面渗流有限元计算程序,并以某高心墙堆石坝为例,运用实际监测值验证计算的渗流参数正确性。     

用罚函数无单元法分析有自由面的稳定渗流场

详细推导了无单元Galerkin法求解有自由面渗流问题的基本方程.采用罚函数法处理渗流边界条件,并给出选取罚因子的具体表达式.编制了相应的无单元法计算程序,并计算了覆盖层上均质土坝的渗流场.计算结果表明,用罚函数法处理渗流边界条件,计算精度高,该法用于无单元法分析渗流问题是可行的.     

深覆盖层上沥青混凝土心墙堆石坝动力分析

利用三维非线性动力有限元方法及笔者编制的三维动力程序，对深覆盖层上沥青混凝土心墙堆石坝的动力特性进行了详细分析，笔者将Ｒ．Ｗ．克拉夫提出的关于混凝土坝的处理方法移植到堆石坝动力分析中，从而可利用地面波求解覆盖层上堆石坝的动力结构问题。通过实例计算和分析，表明覆盖层的分布对其上堆石坝的地震响应影响较大。     

较高土石坝膜防渗结构设计方法探讨

根据不同防渗体位置的土石坝受荷位移规律与土工膜受力变形特点,分析了坝内土工膜的变形机理,并以四川瀑布沟186 m的心墙堆石坝为例,提出了土工膜与土心墙联合防渗的思路及设计原则.分析表明:坝内绝大部分区域的土工膜能够承受坝体位移引起的变形,但在刚性锚固部位,由于“夹具效应”,土工膜可能会产生局部过大变形而发生破坏;对于高水头土石坝,土工膜尤其适用于存在缺陷的黏性土料心墙的联合防渗;四川瀑布沟186 m的心墙堆石坝,如果采用土工膜与土心墙联合防渗设计方案,则不仅可以提高防渗安全的可靠性,而且与原设计方案相比,技术上更先进,经济上更合理.     

多元结构堤基半封闭式防渗墙概化模型研究

为了确保洞庭湖区堤基安全,根据堤基地质特点,建立了多元结构堤基的垂直防渗概化模型;并采用渗流有限元法对影响半封闭式防渗墙防渗效果的各种因素进行了较为全面系统的研究,分别得到了天然弱透水覆盖层、第二层强透水层、防渗依托层、依托层下伏强透水层的厚度、渗透性对堤内和堤脚附近最大渗透坡降的影响曲线.计算结果表明,防渗依托层的厚度、渗透性对堤内、堤脚附近最大渗透坡降的影响程度远远大于其他因素,其对半封闭式防渗墙防渗效果起决定性的作用;在所有次要因素中,天然弱透水覆盖层的厚度、渗透性对堤内最大渗透坡降的影响较其他因素大,尤其对堤脚附近渗透坡降的影响比较明显.本文的研究成果既可用于定量研究半封闭式防渗墙的防渗机理,也可以为垂直防渗墙的设计提供可靠的理论依据.     

地震动反应谱对土石坝二维地震反应的影响

针对目前土石坝抗震计算中对频谱特性考虑的不足,分析了输入地震动加速度反应谱、速度反应谱、位移反应谱对土石坝地震反应的影响.研究结果表明,如果加速度反应谱卓越周期与土石坝的自振周期相近,土石坝地震反应则相应出现最大值,但不能从结果中简单得出周期的长短对坝体反应的影响;仅靠加速度谱的卓越周期不能完全反应地震动的频域特性.     

材料模量对封闭式防渗墙负摩阻力的影响

为了研究材料模量对封闭式防渗墙负摩阻力的影响,以某黏土心墙堆石坝为背景,建立了有限元模型,坝体材料及覆盖层采用邓肯—张Et-μt模型,防渗墙与覆盖层之间的接触关键采用无厚度接触面模拟,进行了非线性有限元分析。计算结果表明:封闭式防渗墙上的负摩阻力的分布受材料刚度的影响较大,中性点位置随着防渗墙材料刚度地增加在不断地下移,增加到一定刚度时,中性点位置基本保持不变;随着材料刚度地增加,防渗墙上最大负摩阻力值不断的增加,开始增加的速率很快,后期变慢;封闭式防渗墙上竖向应力受负摩阻力的影响较大,材料模量越大,影响越显著。其研究成果可为以后工程设计提供参考。     

深厚覆盖层中新型扩底防渗墙对防渗效果的影响

为降低防渗墙端部的渗透坡降,提出改变防渗墙端部局部的结构形式,将常规长方体结构形式改为新型扩底结构形式,并对比分析了常规结构形式和扩底结构形式防渗墙端部渗透坡降的分布规律。研究表明:与常规结构形式相比,扩底结构形式能够显著降低防渗墙端部和下游坝脚出溢处的最大坡降;扩底结构的半径越大,防渗墙端部的最大渗透坡降越小,下游坝脚出溢处的最大渗透坡降越小;对于概化模型,常规结构形式防渗墙贯入深度为35 m时,防渗墙端部最大坡降为0.85,下游坝脚处最大渗透坡降为0.27,要达到相同防渗效果,半径1.5 m的扩底结构形式防渗墙的贯入深度仅需23 m;扩底结构形式显著优于常规形式,它能够大幅度降低防渗墙建设的工程量和工程造价,显著缩短防渗墙施工工期。