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日照水库采用混凝土防渗墙加固反馈分析研究

作　者: 李园园
导　师: 杨令强
学　校: 济南大学
专　业: 防灾减灾工程及防护工程
关键词: 混凝土防渗墙参数反演渗流稳定动力特性
分类号: TV223.4
类　型: 硕士论文
年　份: 2010年
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内容摘要

利用混凝土防渗墙对病险水库进行加固处理是我国常用的方法之一。截止目前,我国已建成各种类型、各种用途的混凝土防渗墙数百道,成墙总面积达数百万平方米。因此,对防渗墙加固后的效果进行评价分析不仅具有重要的学术意义,而且具有很大的工程价值。本文在总结前人研究成果的基础上,结合日照水库工程,主要研究和探讨了以下三个方面的内容:加固后土石坝力学性能指标的参数反演;水库竣工后运行过程的仿真;水库采用防渗墙加固效果的反馈分析。1、利用非线性增量法有限元反演研究了土石坝加固前的应力、应变和位移状况。以日照水库为例进行计算,结果表明,由于该坝坝基在最初建设时处理不彻底,再加上坝体填筑料级配不良,致使坝体在建坝当年很多断面就发生很大的沉降。2、根据水库的测压管实测结果,利用神经网络BP模型反演土石坝加固前不同土质的渗流参数。利用应力和渗流的耦合算法对土石坝加固前后的稳定渗流场进行了研究,同时利用有限元法仿真模拟了加固前后水库放水过程中坝体的非稳定渗流场。以日照水库为例进行计算分析,根据计算结果可看出,加固前下游坝坡的逸出点较高,加固后逸出点明显降低,说明加固效果明显;在水位下降过程中,坝体浸润线逐渐降低,坝体上游区域的总水头差慢慢增大;浸润线的下降速度和上游水位的下降相比,存在滞后现象;上游坝坡附近的浸润线的下降速度比其他部分浸润线快,这表明随着水库水位的下降,上游坝坡饱和孔隙水慢慢排出,上游坝坡附近出现了顺坡向渗流,对坝体的渗流稳定造成不利影响。当水库水位以不同的速度下降时,水位下降速度越快,上游坝坡出现顺坡向渗流的时间越早,浸润线的滞后现象越明显,顺坡向渗流越强烈,由此而产生的顺坡向渗流动水压力对上游坝坡的渗流稳定造成的不利影响越明显。3、以Mohr-Column理论为依据采用遗传算法反演了大坝加固前的土力学参数。考虑应力和渗流的耦合,对土石坝加固前后的坝坡稳定情况进行了探讨研究。结合日照水库工程实例,计算分析表明:加固前上游边坡稳定性较好,下游边坡稳定性较差,加固后下游边坡稳定情况有明显好转,满足规范要求;在水库水位下降过程中,随着水位的下降,由于上游边坡顺坡向渗流动水压力带来的不利影响,主坝上游边坡的稳定系数先是逐渐减小,到达某个最小值后稳定系数又慢慢增大。4、研究了土石坝加固前后的动力特性及不同的加固措施对坝体动力特性的影响。研究结果表明,仅采用混凝土防渗墙加固坝体,对坝体的动力情况基本不起作用,加固强后液化区的范围和大小基本没有变化;采用防渗墙、砂壳振冲、堆石压重加固坝体后,坝体的动力特性大为改观,液化区的范围明显减小,由此可得出振冲和压重是提高土坝动力特性和抗液化能力的主要措施。

全文目录

目录  4-6
摘要  6-8
Abstract  8-10
第一章绪论  10-15
  1.1 土石坝的发展现状  10-11
    1.1.1 国外土石坝的发展  10-11
    1.1.2 我国土石坝的发展  11
  1.2 防渗墙国内外发展现状  11-12
  1.3 日照水库的工程概况  12-13
  1.4 本文研究的目的及主要内容  13-15
第二章土石坝加固前初始应力的反演模拟分析  15-22
  2.1 土石体的本构模型  15-17
  2.2 非线性分析方法  17-18
  2.3 日照水库初始应力场及位移计算  18-21
    2.3.1 数值分析模型  18-19
    2.3.2 计算结果及分析  19-21
      2.3.2.1 坝体变形计算结果  19-20
      2.3.2.2 坝体应力计算结果  20-21
  2.4 结论  21-22
第三章土石坝加固前后的渗流情况研究  22-42
  3.1 渗流分析相关理论  22-28
    3.1.1 达西定律  22-24
    3.1.2 流体的连续方程  24-25
    3.1.3 渗流微分方程  25-26
    3.1.4 渗流模块SEEP/W  26-27
    3.1.5 应力场对渗流场的影响  27-28
  3.2 渗流参数的反演  28-30
    3.2.1 人工神经网络模型  28-29
    3.2.2 人工神经网络模型的工作原理  29-30
  3.3 日照水库加固前后的渗流计算分析  30-42
    3.3.1 加固前渗流计算与结果分析  31-34
      3.3.1.1 加固前稳定渗流计算结果与分析  31-32
      3.3.1.2 加固前非稳定渗流计算结果与分析  32-34
    3.3.2 加固后渗流计算与结果分析  34-42
      3.3.2.1 加固后稳定渗流计算与分析  34-35
      3.3.2.2 加固后非稳定渗流计算与分析  35-42
第四章土石坝加固前后的边坡稳定研究  42-62
  4.1 边坡稳定分析方法  42-44
  4.2 土力学计算参数反演  44-45
    4.2.1 参数反演原理  44-45
    4.2.2 参数反演的计算过程  45
  4.3 渗流场对应力场的影响  45-47
  4.4 日照水库加固前后边坡稳定研究  47-62
    4.4.1 加固前计算结果及分析  47-50
      4.4.1.1 加固前稳定渗流期边坡稳定计算结果  47-48
      4.4.1.2 加固前水位骤降期边坡稳定计算结果  48-50
    4.4.2 加固后边坡稳定计算结果  50-60
      4.4.2.1 加固后稳定渗流期边坡稳定计算结果  50-51
      4.4.2.2 加固后水位骤降期边坡稳定计算结果  51-60
    4.4.3 计算结果分析  60-62
      4.4.3.1 加固前后稳定渗流期计算结果分析  60
      4.4.3.2 加固前后水库水位骤降期计算结果分析  60-62
第五章土石坝加固前后的动力特性研究  62-79
  5.1 计算原理  62-66
    5.1.1 土体的动力计算模型  62-63
    5.1.2 运动方程式  63
    5.1.3 土体液化的判定  63-66
  5.2 日照水库加固前后的动力特性研究  66-78
    5.2.1 模型简介  66-67
    5.2.2 动力计算结果  67-78
      5.2.2.1 加固前计算结果  67-71
      5.2.2.2 加固后计算结果  71-78
  5.3 小结  78-79
第六章结语  79-80
参考文献  80-84
致谢  84-85
附录 A(攻读硕士学位期间发表论文)  85

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