论文题目: 小湾高拱坝坝肩稳定分析及复杂地质缺陷概化模拟研究
论文类型: 硕士论文
论文专业: 水工结构工程
作者: 刘小强
导师: 张林
关键词: 坝肩稳定,地质缺陷,概化模拟,地质力学模型,有限元法
文献来源: 四川大学
发表年度: 2005
论文摘要: 拱坝作为一种安全性及经济性均较优的坝型,在世界各国都得到了广泛采用。中国已把水能资源开发作为西部大开发重大战略任务,特别是在西南地区,由于该地区的地形地质特点,将有一批高拱坝兴建起来,并且越来越多的高拱坝将建设在含复杂地质构造的坝基上,比如锦屏一级高拱坝、小湾高拱坝、溪洛渡高拱坝等,复杂地质缺陷对这些高拱坝的坝肩稳定分析至关重要。本文查阅了近年来高拱坝坝肩稳定分析大量实例,对目前的坝肩稳定分析方法进行了总结,坝肩稳定分析常采用的方法主要有:刚体极限平衡法、有限元法及地质力学模型试验法。随着实验技术及计算手段的发展,实验与计算越来越紧密地结合起来进行对比分析,相互验证,互为补充,以此全面分析论证坝肩的稳定问题。然而以现有的试验技术及计算手段,无论采用哪种方法,都需要对各种地质构造进行适当的概化模拟。小湾拱坝坝址具备修建高拱坝的优越地形条件,但地质条件较为复杂,左右坝肩抗力体内存在大量地质缺陷,如:Ⅲ级结构面（断层F）、IV 级结构面（断层f）、拱端附近的节理密集带、蚀变带E、两拱座的IIIb2软岩条带等,在采用模型试验及计算分析研究坝肩稳定时,需要进行一定的概化或简化。如何进行概化更为合理,概化后坝肩的位移分布、破坏形态、破坏机理及稳定安全度的影响程度有多大,需要进行分析研究。本文结合小湾拱坝实际情况,主要针对小湾拱坝1210m 高程平面的初始方案及概化方案,采用超载的方法,进行了地质力学模型试验和非线性有限元分析,对高拱坝的坝肩稳定及复杂地质构造的概化模拟进行研究,对比分析了初始方案与概化方案的坝体位移及应变、坝肩位移、破坏过程、破坏形态等,得出小湾拱坝1210m 平面坝肩两个方案的超载安全度,初始方案为2.2,概化方
论文目录:
1 概述
1.1 国内外高拱坝与复杂地基概况
1.2 拱坝坝肩稳定分析的方法
1.3 坝肩节理的概化模拟
1.4 主要研究内容
2 地质力学模型试验相似理论及概化模拟
2.1 地质力学模型试验相似原理
2.1.1 相似定理
2.1.2 地质力学模型试验相似判据
2.1.3 地质力学模型试验的制作与量测
2.2 地质力学模型试验的研究方法
2.2.1 超载法
2.2.2 强度储备法
2.2.3 综合法
2.3 地质力学模型试验工程实例
2.4 地质力学模型试验的概化模拟
3 非线性有限元
3.1 岩体弹塑性本构关系
3.1.1 弹性模型
3.1.2 弹塑性模型
3.1.3 屈服准则
3.2 非线性有限元问题的解法
3.2.1 增量法
3.2.2 变刚度迭代法
3.2.3 增量变刚度迭代法
3.3 ANSYS 分析基本原理
3.3.1 ANSYS 软件简介
3.3.2 前处理模块
3.3.3 求解模块
3.3.4 求解技术
3.3.5 后处理模块
4. 小湾工程概况
4.1 坝址区工程地形地质条件
4.1.1 坝址区地形条件
4.1.2 坝址区岩层特性
4.1.3 坝址区结构面特性
4.1.4 影响坝肩稳定的主要地质构造
4.2 小湾工程的概化模拟
5 初始方案稳定的地质力学模型试验及有限元分析
5.1 地质力学模型试验
5.1.1 模型试验依据
5.1.2 模型设计与制作工艺
5.1.3 模型加载及量测系统
5.1.4 试验成果
5.2 非线性有限元计算
5.2.1 计算范围
5.2.2 材料力学参数
5.2.3 计算荷载
5.2.4 计算成果
5.3 成果及分析
5.3.1 坝体位移分布规律
5.3.2 坝体应变分布特征
5.3.3 左坝肩变位分布特征
5.3.4 右坝肩变位分布规律
5.3.5 左右坝肩变位对比分析
5.3.6 破坏形态及超载稳定安全度评价
5.3.7 结论
6. 概化方案坝肩稳定的有限元分析
6.1 计算条件
6.1.1 计算范围
6.1.2 计算荷载
6.1.3 计算力学参数
6.2 计算结果
6.3 成果及分析
6.3.1 坝体位移分布规律
6.3.2 坝体应变分布特征
6.3.3 左坝肩变位分布特征
6.3.4 右坝肩变位分布特征
6.3.5 左右坝肩变位对比分析
6.3.6 破坏形态及超载稳定安全度评价
6.3.7 结论
7. 初始与概化方案坝肩稳定对比分析
7.1 坝体变位
7.2 坝体应变
7.3 左坝肩变位
7.4 右坝肩变位
7.5 破坏形态及超载安全度
8. 结论及建议
9. 附图
照片4.1 模型制作完成时全貌
照片4.2 模型制作完成后左坝肩地形及地质构造
照片4.3 模型制作完成后右坝肩地形及地质构造
附图5.0.1 左坝肩变位测点布置图
附图5.0.2 右坝肩变位测点布置图
附图5.0.3 初始方案左坝肩变位测点布置图(计算)
附图5.0.4 初始方案右坝肩变位测点布置图(计算)
附图5.0.5 拱坝1210m 平面荷载图
附图5.0.6 坝体应变测点布置图
附图5.0.7 坝体下游面变位测点布置图
附图5.1.1 坝体下游面各测点径向变位分布图
附图5.1.2 坝体下游面各测点切向变位分布图
附图5.1.3 坝体下游面各测点径向变位U～Kp 曲线
附图5.1.4 坝体下游面各测点切向变位U～Kp 曲线
附图5.1.5 坝体下游面各测点变位分布(计算)
附图5.1.6 坝体上游面各测点变位分布(计算)
附图5.1.7 坝体横河向变位等值线图(计算)
附图5.1.8 坝体顺河向变位等值线图(计算)
附图5.2.1 坝体上游面各测点径向应变με～Kp 关系曲线
附图5.2.2 坝体上游面各测点切向应变με～Kp 关系曲线
附图5.2.3 坝体下游面各测点径向应变με～Kp 关系曲线
附图5.2.4 坝体下游面切向各测点应变με～Kp 关系曲线
附图5.2.5 坝体下游面各测点应变με～Kp 关系曲线(计算)
附图5.2.6 坝体上游面各测点应变με～Kp 关系曲线(计算)
附图5.2.7 坝体应变等值线图(计算)
附图5.3.1 左岸岩体顺河向各测点变位U～Kp 关系曲线
附图5.3.2 左岸岩体横河向各测点变位U～Kp 关系曲线
附图5.3.3 左岸顺F11 断层方向各测点变位U～Kp 关系曲线
附图5.3.4 左岸垂直F11 断层方向各测点变位U～Kp 关系曲线
附图5.3.5 左岸蚀变带E8 顺河向各测点变位U～Kp 关系曲线
附图5.3.6 左岸蚀变带E8 横河向各测点变位U～Kp 关系曲线
附图5.3.7 初始方案左岸F11 横河向变位U～Kp 曲线(计算)
附图5.3.8 初始方案左岸F11 顺河向变位U～Kp 曲线(计算)
附图5.3.9 初始方案左坝肩横河向变位等值线(计算)
附图5.3.10 初始方案左坝肩顺河向变位等值线(计算)
附图5.3.11 初始方案左坝肩应力等值线(计算)
附图5.3.12 初始方案左坝肩破坏形态(Kp=2.6)(计算)
附图5.4.1 右岸岩体顺河向各测点变位U～Kp 关系曲线
附图5.4.2 右岸岩体横河向各测点变位U～Kp 关系曲线
附图5.4.3 右岸顺F11 断层方向各测点变位U～Kp 关系曲线
附图5.4.4 右岸垂直F11 断层方向各测点变位U～Kp 关系曲线
附图5.4.5 右岸顺F10 断层方向各测点变位U～Kp 关系曲线
附图5.4.6 右岸垂直F10 断层方向各测点变位U～Kp 关系曲线
附图5.4.7 右岸顺F5 断层方向各测点变位U～Kp 关系曲线
附图5.4.8 右岸垂直F5 断层方向各测点变位U～Kp 关系曲线
附图5.4.9 右岸蚀变带E4、E5 顺河向各测点变位U～Kp 关系曲线
附图5.4.10 右岸蚀变带E4、E5 横河向各测点变位关系曲线
附图5.4.11 初始方案右岸F11 横河向变位U～Kp 曲线(计算)
附图5.4.12 初始方案右岸F11 顺河向变位U～Kp 曲线(计算)
附图5.4.13 初始方案右岸F10 横河向变位U～Kp 曲线(计算)
附图5.4.14 初始方案右岸F10 顺河向变位U～Kp 曲线(计算)
附图5.4.15 初始方案右岸F5 横河向变位U～Kp 曲线(计算)
附图5.4.16 初始方案右岸F5 顺河向变位U～Kp 曲线(计算)
附图5.4.17 初始方案右岸蚀变带E4E5 横河向变位U～Kp 曲线(计算)
附图5.4.18 初始方案右岸蚀变带E4E5 顺河向变位U～Kp 曲线(计算)
附图5.4.19 初始方案右坝肩横河向变位等值线(计算)
附图5.4.20 初始方案左坝肩顺河向变位等值线(计算)
附图5.4.21 初始方案右坝肩应力等值线(计算)
附图5.4.22 初始方案右坝肩破坏形态(Kp=2.6)(计算)
附图5.5.1 左右拱座(近拱端上游)横河向变位U～Kp 关系曲线
附图5.5.2 左右拱座(近拱端上游)顺河向变位U～Kp 关系曲线
附图5.5.3 左右拱座(近拱端下游)横河向变位U～Kp 关系曲线
附图5.5.4 左右拱座(近拱端下游)顺河向变位U～Kp 关系曲线
附图5.6.1 初始方案左坝肩破坏形态(Kp=2.4)
附图5.6.2 初始方案右坝肩破坏形态(Kp=2.4)
附图6.0.1 概化方案左坝肩变位测点布置图(计算)
附图6.0.2 概化方案右坝肩变位测点布置图(计算)
附图6.1.1 概化方案坝体下游面变位分布图(计算)
附图6.1.2 概化方案坝体上游面变位分布图(计算)
附图6.1.3 概化方案坝体横河向变位等值线(计算)
附图6.1.4 概化方案坝体顺河向变位等值线(计算)
附图6.2.1 概化方案坝体下游面应变分布(计算)
附图6.2.2 概化方案坝体上游面应变分布(计算)
附图6.2.3 概化方案坝体应变等值线(计算)
附图6.3.1 概化方案左坝肩顺F11 断层变位U～Kp 曲线(计算)
附图6.3.2 概化方案左坝肩垂直断层F11 变位U～Kp 曲线(计算)
附图6.3.3 概化方案左坝肩横河向变位等值线图(计算)
附图6.3.4 概化方案左坝肩顺河向变位等值线图(计算)
附图6.3.5 概化方案左坝肩应力等值线图(计算)
附图6.3.6 概化方案左坝肩破坏形态(Kp=2.3)(计算)
附图6.4.1 概化方案右岸F11 横河向变位U～Kp 曲线(计算)
附图6.4.2 概化方案右岸F11 顺河向变位U～Kp 曲线(计算)
附图6.4.3 概化方案右岸F10 横河向变位U～Kp 曲线(计算)
附图6.4.4 概化方案右岸F10 顺河向变位U～Kp 曲线(计算)
附图6.4.5 概化方案右岸F5 横河向变位U～Kp 曲线(计算)
附图6.4.6 概化方案右岸F5 顺河向变位U～Kp 曲线(计算)
附图6.4.7 概化方案右岸蚀变带E4E5 横河向变位U～Kp 曲线(计算)
附图6.4.8 概化方案右岸蚀变带E4E5 顺河向变位U～Kp 曲线(计算)
附图6.4.9 概化方案右坝肩横河向变位等值线图(计算)
附图6.4.10 概化方案右坝肩顺河向变位等值线图(计算)
附图6.4.11 概化方案右坝肩应力等值线图(计算)
附图6.4.12 概化方案右坝肩破坏形态(Kp=2.3)(计算)
参考文献
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发布时间: 2005-10-17
参考文献
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