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《天津大学》 2010年
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基于三维地质分析模型的水电工程复杂坝基处理分析研究

于跃  
【摘要】:观音岩水电站坝址工程地质条件复杂,坝基为软硬相间的层状地层岩体,且局部区域有岩溶现象发育。在这样复杂的地基条件下,修建高达160m级的碾压混凝土重力坝,准确认识与把握复杂岩体特性,通过进行科学的计算与分析,提出切实可行的基础处理方案,是确保整个工程安全的必要条件。 本文针对观音岩水电工程复杂的地质条件,基于所建立的三维地质分析模型,充分考虑坝基存在软硬相间、有岩溶发育等多种结构面组合的岩体特性,重点研究了各种工况下坝体、坝基的应力变形特性。考虑到岩溶发育的不确定性,采用随机有限元仿真分析方法,研究了溶蚀区域在坝址基岩部位分布对大坝安全性的影响。在对提出的坝基处理方案进行计算、分析与评价基础上,提出了较优的地基处理方案。 论文主要研究内容及成果如下: (1)充分考虑包括岩溶发育在内的复杂坝基地质条件,建立了工程三维地质分析模型并进行精细的可视化分析研究。在此基础上,采用数值模拟的方法建立三维整体地质的有限元模型,可完全模拟坝基岩层软硬相间、有岩溶发育及多种结构面组合的坝基岩体特性。 (2)运用有限元结构数值仿真分析方法,研究复杂层状坝基基岩条件下,特别是溶蚀区域存在时坝体、坝基的静、动力特性,并对坝基基岩内有无溶蚀区域分布的不同计算结果进行比较。 (3)在考虑实体模拟溶蚀分布对坝体影响分析基础上,加入了溶蚀区域材料参数随机和溶蚀区域位置随机两种方法,进行了溶蚀区域在坝址基岩部位分布对典型坝段安全性影响的有限元分析研究工作。 (4)基于随机场理论建立整个坝址区溶蚀分布整体随机场,并选取典型坝段,建立典型坝段溶孔分布频率随高程变化的若干种回归模型。确定最优的回归模型并根据该模型随机抽取若干方案进行有限元计算,得到多方案下坝体应力、应变结果,对典型坝段进行安全性评价。 (5)基于三维地质分析模型,提出了多种地基处理方式,并进行三维非线性有限元敏感性分析,基于计算结果对这些地基处理方式进行评价,提出较优的地基处理方案,为工程设计提供参考。
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