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白鹤滩拱坝扩大基础加固效果研究

岩石力学与工程学报 2015年第S2期34卷 4403-4411页

作者：宋子亨刘耀儒杨强徐建荣何明杰张伟狄清华大学水沙科学与水利水电工程国家重点实验室北京100084 中国水电顾问集团华东勘测设计研究院浙江杭州310014

扩大基础被认为是适应白鹤滩高拱坝左岸不利地质条件的重要结构形式,目前对其量化的加固效果评价方法的研究尚不明确。建立白鹤滩拱坝基础系统的三维有限元模型,在对基础构造进行精细模拟的基础上,针对扩大基础进行弹塑性有限元分析,并... 详细信息

扩大基础被认为是适应白鹤滩高拱坝左岸不利地质条件的重要结构形式,目前对其量化的加固效果评价方法的研究尚不明确。建立白鹤滩拱坝基础系统的三维有限元模型,在对基础构造进行精细模拟的基础上,针对扩大基础进行弹塑性有限元分析,并提出基于变形加固理论的加固效果评价方法。结果表明,正常工况下,扩大基础能提高拱坝整体刚度,提升坝体变形的对称性,并改善坝建基面附近岩体的应力状态。不平衡力和塑性余能范数作为评价指标对比表明,扩大基础能明显减少坝体、坝踵和坝趾范围的不平衡力,减小坝体屈服区,工程各部分余能范数均有所降低,扩大基础对拱坝局部坝踵、坝趾区域及拱坝整体稳定性的加固作用明显。验证了加固措施的必要性,有助于对深化扩大基础加固机制的理解,对高拱坝设计及实际工程具有重要借鉴意义。

关键词：水利工程高拱坝扩大基础加固效果不平衡力垫座

锦屏一级拱坝左岸边坡长期变形对坝体影响研究

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岩石力学与工程学报 2016年第A02期35卷 4040-4052页

作者：程立刘耀儒潘元炜杨强周钟薛利军清华大学水沙科学与水利水电工程国家重点实验室北京100084 斯伦贝谢科技服务(北京)有限公司北京100015 中国电建集团成都勘测设计研究院有限公司四川成都610072

我国已建成的特高拱坝逐渐由设计施工期过渡到蓄水运行期,其试验及监测成果表明,开挖、蓄水等扰动将加快拱坝枢纽区山体边坡的流变变形,这些长期变形对拱坝安全构成严重威胁。提出岩质高边坡长期变形对拱坝安全的影响分析方法,采用黏弹... 详细信息

我国已建成的特高拱坝逐渐由设计施工期过渡到蓄水运行期,其试验及监测成果表明,开挖、蓄水等扰动将加快拱坝枢纽区山体边坡的流变变形,这些长期变形对拱坝安全构成严重威胁。提出岩质高边坡长期变形对拱坝安全的影响分析方法,采用黏弹–塑性流变本构模型,计算锦屏一级左岸边坡在运行期的长期变形。以此变形为基础,引入极限分析的思想,提出基于边界位移法和变刚度的强度折减法,对边坡变形对拱坝的影响进行分析评价。边界位移法是在模型边界解除约束,施加固定位移,模拟边坡长期变形;变刚度的强度折减法是基于弹塑性和流变模型之间的内在联系,同时降低刚度和强度,来模拟边坡变形对拱坝影响,具有完备的理论基础。对锦屏一级拱坝左岸高边坡的长期变形进行分析预测,评价了拱坝承受边坡长期变形的安全度。研究表明,左岸边坡长期变形在一定程度上对坝体有益,流变稳定时,坝体屈服区、塑性余能范数都有减小,应力状况得到改善;拱坝可承受6倍以上的边界位移超载。因此,应重点关注应力集中等建基面局部区域对拱坝长期稳定性的影响。

关键词：边坡工程拱坝长期变形变刚度的强度折减锦屏一级拱坝

不同温度热处理石灰岩的物理力学性质试验研究

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岩石力学与工程学报 2017年第A02期36卷 3732-3739页

作者：陈宇龙张玉清华大学水沙科学与水利水电工程国家重点实验室北京100084 中国石油大学储运与建筑工程学院山东青岛266580

对5种不同产地的石灰岩在常温和经历100℃~800℃不同温度热处理后的物理力学性质进行试验研究,通过扫描电镜分析不同温度热处理后的石灰岩的细观特征,探讨高温后石灰岩的体积密度、孔隙度、纵波波速、弹性模量、抗拉和抗压强度的变化情... 详细信息

对5种不同产地的石灰岩在常温和经历100℃~800℃不同温度热处理后的物理力学性质进行试验研究,通过扫描电镜分析不同温度热处理后的石灰岩的细观特征,探讨高温后石灰岩的体积密度、孔隙度、纵波波速、弹性模量、抗拉和抗压强度的变化情况,以及纵波波速与力学参数的对应关系,比较基于弹性模量、抗压强度、抗拉强度的损伤因子与超声法得到的损伤因子的相关性,并对石灰岩高温劣化的影响因素进行分析。结果表明:随着温度的升高,岩石的内部缺陷增大,体积密度、纵波波速、弹性模量、抗拉和抗压强度逐渐降低,孔隙度逐渐升高。这是由于热应力的产生导致裂隙发育,最终表现为力学性质的劣化;随着波速的增大,岩石的抗压与抗拉强度和弹性模量均随之增大。纵波波速与力学参数之间的相关性良好,可利用超声波法估算岩石力学参数;随着加热温度的升高,岩样的损伤因子逐渐增大。基于弹性模量、抗压强度、抗拉强度的损伤因子与超声法得到的损伤因子有较好的相关性;5种来自不同地区的石灰岩表现出了不同物理力学特性,这与岩石本身的矿物成分、构造以及成岩作用有关。

关键词：岩石力学石灰岩高温细观结构纵波波速损伤因子物理力学性质

基于蓄水期反演的锦屏一级拱坝极限承载力分析

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岩土力学 2016年第5期37卷 1388-1398页

锦屏一级拱坝坝高为305 m,是世界上最高的拱坝。但是,其坝基岩性较差,f5、f8等断层在建基面出露,基础严重不对称等地质复杂性给锦屏一级拱坝的极限承载力分析评价带来很多不确定性。基于变形加固理论,使用三维非线性有限元程序TFINE,采... 详细信息

锦屏一级拱坝坝高为305 m,是世界上最高的拱坝。但是,其坝基岩性较差,f5、f8等断层在建基面出露,基础严重不对称等地质复杂性给锦屏一级拱坝的极限承载力分析评价带来很多不确定性。基于变形加固理论,使用三维非线性有限元程序TFINE,采用直接法和正倒垂测点监测值反演蓄水期坝体混凝土弹性模量和基础变形模量,并验证反演参数在锦屏一级蓄水期预测和极限承载力分析中的适用性。使用反演参数,对坝体正常运行的应力、位移进行仿真分析;采用屈服区、不平衡力、塑性余能范数、整体稳定性安全系数等指标,基于工程类比法,全面评价锦屏一级拱坝的极限承载力。对比反演参数和设计参数的计算结果,验证了设计参数的可靠度。结果表明,锦屏一级拱坝起裂安全系数K1为2倍超载,极限承载安全系数K3为8倍超载,锦屏一级拱坝具有较高的极限承载力,整体稳定性是有保证的。

关键词：锦屏一级极限承载力参数反演工程类比不平衡力

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高拱坝基础不对称性及其加固效果研究

岩土力学 2017年第2期38卷 507-516页

作者：宋子亨刘耀儒杨强徐建荣何明杰张伟狄清华大学水沙科学与水利水电工程国家重点实验室北京100084 中国电建集团华东勘测设计研究院有限公司浙江杭州310014

高拱坝工程基础地质及地形条件的不对称是威胁拱坝安全的重要问题。以白鹤滩高拱坝作为工程实例,通过地质力学模型试验重点研究基础不对称的高拱坝应力、变形及破坏模式的特点。针对初始方案和改进后方案分别建立三维数值模型,并进行弹... 详细信息

高拱坝工程基础地质及地形条件的不对称是威胁拱坝安全的重要问题。以白鹤滩高拱坝作为工程实例,通过地质力学模型试验重点研究基础不对称的高拱坝应力、变形及破坏模式的特点。针对初始方案和改进后方案分别建立三维数值模型,并进行弹塑性有限元超载计算。对比分析两方案坝体变形、坝肩应力分布、局部和整体稳定性等的不同,并结合试验现象,分析和评价针对基础不对称性的改进措施的加固效果及加固机制。结果表明:体形不对称性设计及基础加固的协同作用能有效改善坝体变形对称性、坝肩应力状态和传力效果,并提高拱坝-地基系统的整体稳定性。白鹤滩拱坝不对称性问题的研究对深入高拱坝设计优化和工程加固的认识具有重要意义。

关键词：不对称性高拱坝地质力学模型试验有限元法加固

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基于非线性动力分析的隧洞稳定性评价

岩石力学与工程学报 2017年第A01期36卷 3156-3163页

作者：刘耀儒武哲书何柱杨强冷旷代清华大学水沙科学与水利水电工程国家重点实验室北京100084

随着地下洞室工程建设的增多,在复杂地质条件及动力条件下的地下洞室的稳定性受到越来越多的重视,其抗震稳定性及加固设计成为保证工程安全运行的重要课题。基于变形加固理论和过应力概念,提出采用塑性余能范数及不平衡力时程评价结构... 详细信息

随着地下洞室工程建设的增多,在复杂地质条件及动力条件下的地下洞室的稳定性受到越来越多的重视,其抗震稳定性及加固设计成为保证工程安全运行的重要课题。基于变形加固理论和过应力概念,提出采用塑性余能范数及不平衡力时程评价结构整体稳定性及局部失稳的分析理论。基于三维非线性有限元动力分析,提出适用于地下工程结构抗震稳定性评价的分析方法,并在三维非线性有限元程序TFINE中实现。地下工程结构稳定性的最危险状态通过塑性余能范数时程曲线来确定。通过不平衡力大小及分布的时程变化来确定容易破坏的部位,同时也可以为支护设计提供指导。对隧洞模型的应力位移反应做了分析,并将屈服区与不平衡力分布进行对比,并分析有、无衬砌对结构稳定性的影响。计算结果表明,不平衡力可以直观地表示结构的局部失稳情况,比采用位移、应力和围岩屈服区评价隧洞围岩稳定性更为准确、有效,塑性余能范数可以定量评价隧洞围岩的整体稳定性及围岩衬砌效果。

关键词：地下工程隧洞稳定性评价非线性动力分析余能范数时程不平衡力时程

考虑孔隙水压力作用的岩土体弹塑性模型及其有限元实现

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岩土力学 2016年第S1期37卷 500-508页

作者：宋子亨杨强刘耀儒清华大学水沙科学与水利水电工程国家重点实验室北京100084

岩土工程中孔隙水的作用一直是工程安全稳定分析中不容忽视的问题。基于Viesca提出的考虑饱和孔隙水压力作用的孔隙弹塑性模型,推导其在满足D-P准则的理想弹塑性情况下的具体形式。对于不排水条件,饱水状态下材料强度参数被等效化,使得... 详细信息

岩土工程中孔隙水的作用一直是工程安全稳定分析中不容忽视的问题。基于Viesca提出的考虑饱和孔隙水压力作用的孔隙弹塑性模型,推导其在满足D-P准则的理想弹塑性情况下的具体形式。对于不排水条件,饱水状态下材料强度参数被等效化,使得屈服面的形状发生改变,同时根据最近点投影法确定其在弹塑性计算中的本构积分策略。不排水孔隙水压力对岩土体的塑性响应的影响得以表达,而对结构的稳定性的影响通过基于过应力概念的不平衡力反映出来。基于该模型开发非线性有限元程序Pore Tfine,选取非均质边坡降雨入渗下的稳定问题作为算例验证其实用性,边坡随降雨作用的非平衡演化过程得到研究。Skempton系数的增大对连续降雨条件下边坡有弱化作用,对其稳定性不利。

关键词：孔隙水压力弹塑性模型有效应力稳定分析有限元

溪洛渡拱坝谷幅变形机制及变形反演和长期稳定性分析

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岩石力学与工程学报 2018年第A02期37卷 4198-4206页

作者：何柱刘耀儒杨强程立薛利军清华大学水沙科学与水利水电工程国家重点实验室北京100084 中国电建集团成都勘测设计研究院有限公司四川成都610072 清华大学水利水电工程系

溪洛渡拱坝在蓄水后出现持续的谷幅收缩变形,且目前谷幅变形仍未收敛,对拱坝局部附属结构稳定和整体稳定有较大的影响。通过分析溪洛渡拱坝坝址区的地质条件、蓄水后监测资料变化,阐释溪洛渡拱坝谷幅变形机制,其层间、层内错动带的渗透... 详细信息

溪洛渡拱坝在蓄水后出现持续的谷幅收缩变形,且目前谷幅变形仍未收敛,对拱坝局部附属结构稳定和整体稳定有较大的影响。通过分析溪洛渡拱坝坝址区的地质条件、蓄水后监测资料变化,阐释溪洛渡拱坝谷幅变形机制,其层间、层内错动带的渗透作用和倾角走向,在谷幅收缩变形中起到了控制作用。通过考虑孔隙水压力对应力球张量和屈服面的影响,提出考虑孔隙水压力影响的弹-黏弹-黏塑非线性蠕变模型,对溪洛渡初期蓄水后变形和稳定进行了非线性有限元分析。根据蓄水初期谷幅变形的监测资料,反演岩体蠕变力学参数,预测蓄水后及长期谷幅收缩变形趋势及对坝体的影响。经过反演分析,正常蓄水位下数值计算结果与监测值吻合良好,提出的模型能较好的反映谷幅变形过程。蓄水10a后,边坡变形趋于收敛,但整体变形量值较大,且对左右拱端的挤压显著,需要引起关注。

关键词：水利工程谷幅变形初期蓄水变形反演长期稳定性分析溪洛渡拱坝

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井点降水法处理可液化地基的振动台试验

清华大学学报（自然科学版） 2018年第2期58卷 192-197页

作者：陈宇龙张科清华大学水沙科学与水利水电工程国家重点实验室北京100084 昆明理工大学电力工程学院昆明650500

减饱和法是近年来提出的一种可液化地基处理方法,其基本原理是通过工程措施减小饱和砂土地基中的饱和度,将饱和砂土地基变成不饱和砂土地基,从而提高地基的抗液化强度,减轻地震时产生的液化震害。该文利用井点降水法,在砂土地基中布置... 详细信息

减饱和法是近年来提出的一种可液化地基处理方法,其基本原理是通过工程措施减小饱和砂土地基中的饱和度,将饱和砂土地基变成不饱和砂土地基,从而提高地基的抗液化强度,减轻地震时产生的液化震害。该文利用井点降水法,在砂土地基中布置排水管,考虑排水管的竖向布置、水平布置、倾斜布置以及联合布置,对井点降水法的抗液化效果进行了振动台模型试验。实验结果表明：排水管水平布置产生的超孔隙水压最小,抗液化效果最好;竖直布置次之;倾斜布置抗液化效果最不明显。在实际应用过程中,可以定期进行地基土体的排水作业,从而提高可液化地基的抗液化能力。

关键词：井点降水法排水抗液化饱和砂土地基振动台试验