水工工程实例

1、拱坝整体稳定分析方法拱坝整体稳定性的关键就在于坝肩的稳定性，坝肩稳定分析特别简单，一方 面是由于拱坝的是一个空间超静定体系，另一方面坝肩的岩体较为简单，和往往 含有各类不连续的结构面。国内外用以评价拱坝坝与坝肩稳定的方法，总结来看， 主要有以下四种：刚体极限平衡法，有限元法、地质力学模型试验方法、牢靠度 法叫刚体极限平衡法皿目前，国内的水利水电工程设计中，刚体极限平衡法是分析拱坝坝肩稳定性 的一种常规方法。通过假定简化多余变量，使超静定问题转化为静定问题来求解， 通过计算抗滑力和滑动力之比求出大坝的稳定平安系数，推断计算的对象是不是 失稳。一般采纳下述稳定计算公式：抗剪断公式Kt=f(W-U)

2、 + cA()P抗剪强度公式K=f(WU)(1.3.2)经过长期的积累，刚体极限平衡法具备了丰富的工程应用阅历，在处理简洁 的工程对象时计算精度较高，通过拟定一些假定也能应用于较为简单的稳定问题, 简洁且简洁使用闷闷。但是该方法没有考虑对象所处的岩体发生变形时对上部结 构的影响，具有下述的一些局限性该；一是该方法在肯定的基础上，进行了 比拟大的人为简化，计算过程中所采纳假定的合理性直接影响到计算的精度，以 及最终的平安系数；二是计算时主要考虑的是岩体的强度，对于岩体的实际应力 一应变关系那么未考虑，因此不能获得在滑动面内的应力、变形在空间分布特性以 及伴随加载的进展过程；三是该方法无法获得对象

3、在临界状态下的变形特性，其 所获得的给定滑动面上的平安系数只是一个平均平安系数。有限单元法有限元法用于坝肩稳定性分析始于20世纪60年月，该方法通过建立单元几 何、弹性(塑性)、位移、强度以及应力等矩阵，来计算分析对象的受力及变外 形况，可以分析整体或局部的稳定平安系数，能够考虑坝基岩体构造的简单性以 及岩体变形对坝体结构的影响河而。采纳有限单元法分析拱坝坝肩稳定性，能够讨论线弹性、弹塑性、流变性及 低抗拉特性等问题,较为真实的模拟岩体,考虑拱坝及基础这个整体的相互作用， 得到该体系内的应力和变形分布；通过单元划分，能够充分考虑体系内不同材料 的力学特性、简单的地质构造以及基础的变形对上部结构

4、的影响，还能够针对渗 流体积力、温度场、地震等多种动静力荷载进行加载模拟。有限单元法应用于拱 坝坝肩坝基整体稳定分析时，能够便利地对坝体、坝基进行模拟，并且还能够较 为真实的模拟工程施工、运行过程中荷载的施加挨次，通过分析可以得到危急滑 移面上应力、应变及稳定平安系数的变化规律，定量指出最危急区域的位置。但是，有限单元法对工程的参数的设定较为敏感。在实际的应用过程中，该 方法在进行计算时，往往会由于参数的选取或是采纳不同的处理方式来处理边界 条件，而导致计算结果有明显的不同网。因此，在选用参数时，应尽可能与实际 状况符合。止匕外，在进行计算分析时，选择的单元类型及单元的尺寸都会给计算 结果带来

5、影响。伴随着本构关系和单元模型的讨论深化，边坡和坝肩稳定分析也 消失了多种方法，如离散元法、界面元法、弹簧元法冈、边界元法、无限元法等 等。物理模型试验法目前应用于大坝整体稳定讨论的模型试验法有结构模型试验法及地质力学 模型试验方法。结构模型试验法包括线弹性模型试验及结构模型破坏试验，其中 前者是对坝体及地基在正常工况下的线弹性应力和变外形态进行讨论，破坏试验 那么是讨论大坝及基础的破坏机理、极限承载的力量。地质力学模型试验方法是一种以相像理论为基础的试验方法，可以很直观、 感性的观看到讨论对象的破坏过程，分析其破坏形态、破坏机理及承载稳定性等 问题，还可以为各种计算方法供应参考，如滑移面的假

6、定、单元的划分、加载方 式等网。模型试验对模型的尺寸、模型材料的力学特性、变形特性、荷载、边界 等方面有相像要求，此外还需要获得脆弱结构面的抗剪强度曲线及变形模量网1。经过长期的实践积累，地质力学模型试验实现了多种地质条件下坝基的稳定 性分析，不仅在实际的工程设计中可以解决详细的问题，还能为坝址、坝型的选 择及将实行的工程措施供应参考，已经渐渐进展成拱坝结构及整体稳定讨论的重 要方法之一。地质力学模型试验已经在多个工程中得到应用，如英古里（前苏联）、 瓦依昂（意大利）、伊泰普（巴西-巴拉圭）、小湾（中国云南）、二滩（中国四川）、构 皮滩（中国贵州）、龙滩（中国广西）等等。近年来地质力学模型讨论

7、在多个方面获得了肯定的突破。在试验方法方面, 目前已经进展为超载法、强度储藏法和综合法三种；在模型材料方面，对于非正 交裂隙块体、断层或脆弱结构面等难题方面有较大的突破；在模拟技术方面，已 经具备较为完善的技术手段，从而较为真实地模拟出断层、节理裂隙组、脆弱结 构面等不良地质构造，实现简单岩体的模拟。但是,地质力学模型试验仍有很多重大技术难题,至今仍未得完全满足解决。 如:在物理模型中对于岩体强度弱化这种力学行为的模拟是一个重大难点；又如, 扬压力是重力坝的主要荷载之一，但由于受加载技术的限制，很难直接加载；地 震、温度荷载的模拟较难实现，等等。牢靠度法牢靠度法是基于概率统计理论的不确定性分析

8、方法，它讨论体系在规定的时 间内、规定的条件下，实现预定功能的力量。在拱坝坝肩的平安度分析中，牢靠 度法根据随机变量的方法来考虑一些主要参数，相比于平安系数法，该方法更能 反映实际。详细来说，牢靠度法是将作用的荷载、抗力和一些力学参数根据随机 变量处理，通过统计分析，获得其分布类型，构建体系的极限状态方程，从而获 得牢靠度指标和失效概率民间。但是，由于实际中很难得到充分的样本以猎取随机变量的分布特点，因此在 计算分析时，随机变量的分布对于结果有较大的影响，因此假如盼望通过牢靠度 法获得较为贴近实际的分析结果，还需要大量的试验资料1。此外，构建适合 的功能函数也特别重要，但是实际运用中，功能函数

9、往往很难形成显函数，这又 增加了计算的简单程度凶人但是，总体来看，牢靠度法具有其他方法所不具备的优点，而且其解决问题方 式也在渐渐的更新，这一方法具有很好的应用前景X、越来越受到各行业部门的重 视。i左东启，王世夏，林益才.水工建筑物M.南京：河海高校出版社.1995iil祁庆和.水工建筑物第四版M.北京：中国水利水电出版社,2005.tiii潘家铮.关于拦河坝的抗滑稳定平安度问题J .岩土力学，1984, (3)： 62-67.ivl潘家铮.建筑物的抗滑稳定和滑坡分析M.北京：水利出版社，1980.Ivl周资斌.基于极限平衡法和有限元法的边坡稳定分析讨论D.河海高校，2004.vi张津生.浅

10、析刚体极限平衡法研讨重力坝深层抗滑稳定的平安判据J .水力发电学 报，2005, 24 (5)： 26-32.vii朱伯芳.有限单元法原理与应用(其次版)(M).北京.中国水利水电出版社. 1998.1V” Bathe KJ, Finite Element Procedures in Engineering Analysis, England Cliffs ： Prentiee-all, 1982.IixK. J.巴斯.工程分析中的有限元法M.北京.机械工业出版社.1982.1x1张建海，范景伟.刚体弹簧元理论及应用M.成都.成都科技高校出版社.1997.1x11 , L.Zhang, Y.Chen, J.Y.Chen,& study on abutment of Jinping- I arch dam by geomechanical model testC. Physical Modelling in Geotechnics-6lh ICPMG, 2006.xii黄国军.拱坝