【摘要】：目前我國(guó)高拱壩逐步進(jìn)入蓄水期和運(yùn)行期。錦屏一級(jí)、溪洛渡等高拱壩的蓄水過程引發(fā)了顯著的庫(kù)盆變形,蓄水完成后仍有持續(xù)的谷幅收縮,影響高拱壩當(dāng)前工作性態(tài)和長(zhǎng)期安全狀況。拱壩設(shè)計(jì)方法中關(guān)于庫(kù)盆變形的影響尚未有系統(tǒng)性的評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)。本文研究了蓄水初期裂隙巖體變形機(jī)制,初步解釋了谷幅收縮等庫(kù)盆變形現(xiàn)象,并提出了基于極限分析思想的高拱壩長(zhǎng)期穩(wěn)定性評(píng)價(jià)方法。主要工作和創(chuàng)新性成果如下:(1)將變形加固理論拓展到含多裂紋結(jié)構(gòu)體的穩(wěn)定性分析,采用塑性余能評(píng)價(jià)整體穩(wěn)定性,采用不平衡力分析裂紋起裂、貫通、破壞的過程。開展了含預(yù)置裂紋試塊受壓破壞和高拱壩超載破壞的數(shù)值研究,并與模型試驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行對(duì)比,分析了拱壩壩踵開裂以及壩身裂縫擴(kuò)展的可能性。對(duì)比結(jié)果驗(yàn)證了該方法在拱壩穩(wěn)定性和開裂破壞分析中的有效性,為蓄水期和運(yùn)行期的高拱壩安全評(píng)價(jià)提供了理論基礎(chǔ)。(2)總結(jié)了高拱壩蓄水期庫(kù)盆變形規(guī)律和常規(guī)有限元計(jì)算難以模擬的原因。在彈塑性模型屈服條件中考慮靜水壓力作用,并應(yīng)用于錦屏一級(jí)拱壩蓄水期庫(kù)盆變形數(shù)值分析。計(jì)算結(jié)果與監(jiān)測(cè)結(jié)果進(jìn)行對(duì)比良好,初步解釋了谷幅收縮、庫(kù)盆沉降等現(xiàn)象。(3)探索了裂隙水壓力作用的細(xì)觀機(jī)制。非貫通裂隙中的水壓力是自平衡力系,改變了巖體平衡狀態(tài),使庫(kù)盆巖體產(chǎn)生塑性變形。通過多方文獻(xiàn)、監(jiān)測(cè)資料和計(jì)算結(jié)果論證了這一觀點(diǎn)。在此基礎(chǔ)上,分析了蓄水期庫(kù)盆變形對(duì)錦屏拱壩安全的影響,并提出了巖體強(qiáng)度參數(shù)反演的初步思路。(4)針對(duì)運(yùn)行期庫(kù)盆時(shí)效變形作用下的拱壩安全問題,提出邊界位移法和變剛度的強(qiáng)度折減法。邊界位移法在模型邊界解除約束,施加固定位移,模擬庫(kù)盆長(zhǎng)期時(shí)效變形;變剛度的強(qiáng)度折減法基于彈塑性模型和流變模型之間的內(nèi)在聯(lián)系,具有完備的理論基礎(chǔ)。這兩種方法分別采用超載法和強(qiáng)度折減法的研究思想,對(duì)庫(kù)盆和高拱壩的長(zhǎng)期極限狀態(tài)進(jìn)行分析和評(píng)價(jià)。(5)采用黏彈-塑性流變本構(gòu)模型,對(duì)錦屏一級(jí)高拱壩運(yùn)行期庫(kù)盆變形及對(duì)壩體的影響開展數(shù)值研究�；诹髯冇�(jì)算結(jié)果,應(yīng)用邊界位移法和考慮變剛度的強(qiáng)度折減法對(duì)拱壩進(jìn)行極限分析。結(jié)果表明,庫(kù)盆長(zhǎng)期變形在一定范圍內(nèi)對(duì)拱壩整體穩(wěn)定是有利的。
[Abstract]:At present, high arch dams in China gradually enter the water storage period and operation period. In Jinping stage, the storage process of Xiluodu isobarth arch dam has caused significant deformation of reservoir basin, and there is a sustained contraction of valley amplitude after the completion of storage, which affects the current working behavior and long-term safety condition of high arch dam. There is no systematic evaluation standard for the influence of reservoir basin deformation in arch dam design method. In this paper, the deformation mechanism of fractured rock mass in the early stage of water storage is studied, and the deformation phenomenon of reservoir basin with valley amplitude contraction is preliminarily explained, and a long-term stability evaluation method of high arch dam based on limit analysis is put forward. The main work and innovative results are as follows: (1) the theory of deformation reinforcement is extended to the stability analysis of multi-cracked structures, the whole stability is evaluated by plastic residual energy, and the process of crack initiation, transfixion and failure is analyzed by unbalanced force. The numerical study on compressive failure of test blocks with preset cracks and overloading failure of high arch dams is carried out, and the possibility of cracking of arch dam heel and crack propagation of dam body is analyzed by comparing with the results of model tests. The results show that the method is effective in the stability and crack failure analysis of arch dams. It provides a theoretical basis for the safety evaluation of high arch dams during the storage and operation periods. (2) the deformation law of reservoir basins in the storage period of high arch dams and the reasons for the difficulty in simulating the conventional finite element calculation are summarized. The hydrostatic pressure is considered in the yield condition of elastic-plastic model and applied to the numerical analysis of reservoir deformation in the storage period of Jinping arch dam. The calculated results are compared well with the monitoring results, and the phenomena of valley amplitude contraction and reservoir basin subsidence are preliminarily explained. (3) the mesoscopic mechanism of the pressure action of fissure water is explored. The water pressure in the non-penetrating fracture is a self-equilibrium force system, which changes the equilibrium state of the rock mass and causes plastic deformation of the reservoir basin rock mass. This view is demonstrated by various literatures, monitoring data and calculation results. On this basis, the influence of reservoir basin deformation on the safety of Jinping arch dam during storage period is analyzed, and a preliminary idea for inversion of rock mass strength parameters is put forward. (4) aiming at the safety problem of arch dam under the action of time-dependent deformation of reservoir basin in operation period, the paper analyzes the effect of reservoir basin deformation on the safety of Jinping arch dam. Boundary displacement method and variable stiffness strength reduction method are proposed. The boundary displacement method is based on the elastic plastic model and the rheological model, which is based on the inherent relationship between the elastic-plastic model and the rheological model, and has a complete theoretical basis for simulating the long-term aging deformation of the reservoir basin by applying the fixed displacement at the boundary of the model. The long-term limit state of reservoir basin and high arch dam are analyzed and evaluated by using overload method and strength reduction method respectively. (5) Viscoelastic-plastic rheological constitutive model is used. The deformation of reservoir basin and its influence on dam body during the operation period of Jinping first grade high arch dam are studied numerically. Based on the results of rheological calculation, the boundary displacement method and the strength reduction method with variable stiffness are used to analyze the limit of arch dam. The results show that the long-term deformation of the reservoir basin is beneficial to the overall stability of the arch dam.
【學(xué)位授予單位】：清華大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2015
【分類號(hào)】：TV642.4

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本文編號(hào)：2367300