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

【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。 【关键词】：三维地质模型 可视化分析 复杂层状地基 溶蚀发育 随机有限元 地基处理
【学位授予单位】：天津大学
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2010
【分类号】：TV223
【目录】：

• 摘要3-4
• ABSTRACT4-7
• 第一章 绪论7-18
• 1.1 研究的背景及意义7-9
• 1.2 研究现状及发展趋势9-15
• 1.3 本文研究的主要内容15-18
• 第二章 研究方法及计算理论18-32
• 2.1 工程概况18-19
• 2.2 本文研究的技术线路19-20
• 2.3 复杂工程地质信息三维建模与可视化分析方法20-21
• 2.4 确定性有限元结构数值仿真分析方法21-22
• 2.5 随机有限元法22-26
• 2.6 随机场的基本理论26-32
• 第三章 观音岩工程地质信息三维可视化分析32-43
• 3.1 工程地质条件概述32-36
• 3.2 工程地质三维统一模型的建立36-39
• 3.3 基于三维统一模型的观音岩工程地质可视化分析39-43
• 第四章 观音岩重力坝整体三维非线性静动力分析43-57
• 4.1 重力坝整体三维有限元模型及计算参数43-49
• 4.2 大坝应力场位移场分析49-51
• 4.3 溶洞存在对大坝的影响分析51-57
• 第五章 考虑溶蚀区域影响的观音岩典型坝段随机有限元分析57-82
• 5.1 基于材料参数变异的溶蚀区域随机有限元计算成果分析58-64
• 5.2 基于空间溶蚀随机分布时的随机有限元计算成果分析64-68
• 5.3 基于随机场理论的随机有限元计算成果分析68-82
• 第六章 观音岩基础处理方案的分析与评价82-91
• 6.1 国内外相关工程基础处理方案概述82-85
• 6.2 基础处理方案选择85
• 6.3 基础处理方案比较85-89
• 6.4 方案的分析与评价89-91
• 第七章 结束语91-94
• 参考文献94-101
• 发表论文和参加科研情况说明101-102
• 致谢102

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