西安市黑河心墙土石坝安全监测资料分析与稳定性评价研究

【摘要】： 高心墙土石坝的安全性评价问题涉及到土坝的变形与渗流规律及其失稳标准的确定,是当前土力学研究的热点与难点之一,传统评价方法利用原位观测资料直接类比分析评价大坝的安全性态。 由于土石坝受施工过程中施工工艺、施工方法和施工质量以及运行期运行环境和管理方法的影响,土石坝的实际的土体参数与原参数产生一定的差别,以此作为土石坝安全性评价的基础,势必会造成难以估计的失误。因此,有必要利用实测资料对大坝的土体参数进行反演分析,得到大坝较真实的力学参数,并在此基础上对大坝做出科学全面的安全性评价。 本文利用黑河大坝较全面的应力、变形与渗流实测资料进行多方法的系统分析研究:首先对大坝监测资料进行时序与空间相关性分析,得到了大坝的变形、应力、渗流规律,在此基础上对大坝安全性态作出定性分析;然后应用跟踪施工与运行过程的三维有限元仿真反分析模型,反演分析了大坝的力学参数,在此基础上,提出了黑河大坝的安全稳定性评价标准,并进行有限元正分析,再现大坝不同时期的应力、变形、渗流状态,对大坝安全稳定性态进行科学的定量分析,重点分析了坝体心墙产生裂缝的可能性、大坝坝料的渗透稳定性、坝坡稳定性这三大问题。本文主要研究成果: (1)根据监测资料的时序与空间相关性特点,分析了坝体变形、应力、渗流规律并对其给出了合理的解释。在此基础上利用前人和本文提出的方法,选取合理的标准,对大坝变形是否稳定、渗流是否趋于稳定做出了评价。 (2)在大型通用有限元程序ABAQUS的基础上,开发了邓肯-张E-B模型及湿化变形计算子程序,并利用该程序进行了黑河土石坝分层填筑及蓄水过程中的坝体应力变形与固结分析。 (3)根据黑河大坝实测资料规律性分析,建立了大坝变形量与荷载之间的对应关系,提出了大坝全过程应力变形反演分析方法,实现了大坝施工期、运行期全过程反演,得到了大坝材料的主要邓肯模型参数、蓄水前心墙渗透系数及湿化变形参数。并基于饱和稳定渗流分析方法,依据实测渗流资料,反演得到大坝蓄水渗流趋于稳定后的坝壳料及心墙的渗透系数。 (4)利用反演得到的参数进行了大坝施工、运行全过程的大坝三维有限元固结分析及渗流分析,在此基础上利用前人与本文提出的方法,全面论证了黑河大坝心墙裂缝可能性(拱效应、不均匀沉降、水力劈裂等)、渗透稳定性以及坝坡稳定性三大关键问题。 (5)开发了黑河土石坝安全监测资料分析系统平台,为黑河土石坝监测资料后继处理提供了便利。