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大坝及其周围地质体中渗流与应力场耦合分析

柴军瑞  
【摘要】:进行大坝及其周围地质体中渗流场与应力场耦合分析,是解决评价和预测 大坝、坝基、坝肩稳定性,库岸边坡稳定性等问题的关键。本文运用岩体力学、 渗流力学和结构力学相结合,理论分析与工程应用相结合,大坝与周围地质体 相结合的系统研究方法,以大坝及其周围有限的地质体为研究对象,以大坝及 岩体的结构类型为基础,进行裂隙渗流力学基础研究,分析大坝─地质体系统 的渗流问题,同时考虑渗流对介质作用的渗透静水压力和渗透动水压力(渗流 体积力或裂隙壁切向拖曳力),建立大坝─地质体系统渗流场与应力场(或温度 场)耦合分析的多重裂隙网络非线性数学模型,开发求解此耦合分析模型的三 维有限元程序与软件,并进行小湾水电站坝区和龙滩碾压混凝土坝渗流场与应 力场耦合分析,以及龙滩碾压混凝土坝渗流场与温度场耦合分析。本文在大坝 ─地质体系统渗流场与应力场耦合分析的多重裂隙网络模型、渗透动水压力引 起的裂隙壁切向拖曳力、渗流场与温度场耦合分析的数学模型、以及大坝─地 质体系统渗流场与应力场(或温度场)耦合分析的数值方法与软件等方面作了 创新性的研究。实际工程计算结果表明,考虑耦合作用时,由于裂隙(层面) 隙宽的减小而使总渗流量减小,使渗流场水头分布发生变化;也使岩体(坝体) 各应力分量的最大值增加10%~20%左右;当水力坡度较大时,裂隙壁切向拖 曳力使剪应力明显增加;和耦合分析相比较,不考虑耦合作用得出的应力结果 偏于不安全。随着渗透系数的增大,渗流场对温度场的影响更加明显,而温度 场对渗流场的影响减弱;渗流由低温向高温流动时,使温度场温度普遍降低, 但使渗流场水头普遍升高。


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