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基于矢量和法的乌东德高拱坝坝肩稳定分析

作　者: 李野
导　师: 罗先启
学　校: 上海交通大学
专　业: 岩土工程
关键词: 矢量和法安全系数乌东德拱坝坝肩稳定三维模拟
分类号: TV642.45
类　型: 硕士论文
年　份: 2013年
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内容摘要

拱坝，因为它的经济性和安全性，而被世界各国广泛采用。特别是近年来，混凝土高拱坝迅速发展，已成为大型水库和水电站枢纽的主要坝型之一。然而拱坝对地形地质条件的要求较其他任何坝型都高。坝肩岩体的稳定与否，将直接关系到工程的正常运行和安全，以及下游人民生命财产的安全。据不完全统计，世界已建拱坝产生损坏或发生其他安全事故的事例有45起，其中因坝肩失稳产生的事故就有28起，可见拱坝真正的潜在危险在于两岸坝肩岩体的稳定性。目前边坡稳定评价主要有刚体极限平衡法、强度折减法、超载法等。相比于这些稳定性评价方法，葛修润等提出的矢量和法有着很大的优势，其已经在理论上得到了证明，并在一些二维分析中得到了应用，但在复杂三维稳定分析中，应用很少，尤其是在拱坝坝肩稳定性分析方面，矢量和法在具体应用中还需要进一步的研究。本文就矢量和法在拱坝坝肩稳定性分析方面的应用进行了推广，完善了其从理论到复杂工程应用的详细过程，分析了矢量和法在拱坝坝肩稳定分析中下滑趋势方向的确定，编写了从数值计算结果中提取数据求取坝肩稳定矢量和安全系数的程序。为矢量和法成为标准的边坡稳定性评价方法提供了一定量的计算比较结果。针对乌东德双曲拱坝，本文首先研究其可能存在的坝肩稳定性问题，然后，通过二维计算，分析这些影响因素的实际影响效果（针对各种因素对稳定性影响的不同，在构建三维模型时以不同的方式考虑）。最后，在三维计算中，以矢量和安全系数为主要的评价参数，结合抗滑作用的大小、坝肩受力情况、拱端关键位置位移跟踪等手段，对不同时期、不同工况下的乌东德拱坝坝肩稳定性进行了分析。分析结果显示：右岸处K25溶洞的存在对坝肩稳定有一定的影响，需要加固处理；在正常荷载和地震荷载下，矢量和安全系数满足稳定性要求，乌东德拱坝不存在坝肩楔体滑移破坏风险；开挖过程中坝肩槽顶部和侧壁存在塑性区贯通风险，需要进行支护和加固。

全文目录

摘要  5-7
ABSTRACT  7-12
第一章绪论  12-20
  1.1 论文选题的依据和意义  12-13
    1.1.1 拱坝的主要特点  12
    1.1.2 国内外拱坝建设发展史简况  12-13
    1.1.3 高拱坝坝肩稳定性分析研究的重要意义  13
  1.2 国内外研究现状  13-17
  1.3 论文研究思路及研究目标  17-20
第二章坝肩抗滑稳定安全系数的讨论  20-25
  2.1 引言  20
  2.2 强度折减安全系数  20-22
  2.3 超载安全系数  22-23
  2.4 矢量和安全系数  23-25
第三章坝肩抗滑稳定性计算与评价理论  25-39
  3.1 有限元方法  25-28
    3.1.1 弹塑性分析  25-27
    3.1.2 ANSYS  27-28
  3.2 有限差分法  28-31
    3.2.1 FLAC~(3D)程序简介  28-29
    3.2.2 FLAC3D程序的基本原理  29-31
  3.3 矢量和方法  31-39
    3.3.1 矢量和法的矢量表达式  31-32
    3.3.2 下滑方向的确定  32-36
    3.3.3 拱坝坝肩稳定分析中矢量和法的应用  36-39
第四章乌东德拱坝坝肩稳定性影响因素  39-45
  4.1 乌东德拱坝工程概况  39-40
  4.2 影响坝肩稳定性的因素  40-44
    4.2.1 弱卸荷带的承载力  40-41
    4.2.2 拱端与基岩的连接方式  41
    4.2.3 地下厂房的布置  41-42
    4.2.4 K25 溶洞的影响  42
    4.2.5 拱座岩体中 B 类角砾岩  42
    4.2.6 裂隙  42-44
    4.2.7 层间剪切带  44
  4.3 乌东德拱坝坝肩稳定性问题分析思路  44-45
第五章乌东德拱坝坝肩稳定性影响因素及评价  45-56
  5.1 模型建立  45-49
    5.1.1 计算网格  45-47
    5.1.2 材料参数  47-49
  5.2 稳定性分析和评价  49-55
    5.2.1 弱卸荷带的承载力  49
    5.2.2 K25 溶洞  49-50
    5.2.3 拱端与基岩的连接方式  50-52
    5.2.4 地下厂房的布置  52-55
  5.3 本章小结  55-56
第六章乌东德拱坝联合坝址区岩体三维数值模型构建及坝肩稳定性分析  56-78
  6.1 模型建立  56-59
    6.1.1 计算范围与坐标系  56-57
    6.1.2 计算网格与边界条件  57-59
    6.1.3 岩体力学参数的选取  59
    6.1.4 计算荷载  59
  6.2 开挖过程动态稳定  59-67
    6.2.1 应力场分布特征  60-63
    6.2.2 变形响应特征  63-65
    6.2.3 破坏特征  65-66
    6.2.4 结论  66-67
  6.3 正常荷载作用下的坝肩稳定  67-72
    6.3.1 应力场分布特征  67-69
    6.3.2 变形响应特征  69-72
    6.3.3 结论  72
  6.4 正常荷载和地震荷载作用下的楔块滑移稳定  72-77
    6.4.1 确定滑移楔块  72-76
    6.4.2 稳定性结果  76-77
  6.5 本章小结  77-78
第七章总结和展望  78-80
  7.1 主要工作和创新点  78
  7.2 后续研究工作  78-80
参考文献  80-84
致谢  84-85
攻读硕士学位期间已发表或录用的论文  85

基于矢量和法的乌东德高拱坝坝肩稳定分析

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