基于三維地質(zhì)分析模型的水電工程復(fù)雜壩基處理分析研究

【摘要】：觀音巖水電站壩址工程地質(zhì)條件復(fù)雜,壩基為軟硬相間的層狀地層巖體,且局部區(qū)域有巖溶現(xiàn)象發(fā)育。在這樣復(fù)雜的地基條件下,修建高達(dá)160m級(jí)的碾壓混凝土重力壩,準(zhǔn)確認(rèn)識(shí)與把握復(fù)雜巖體特性,通過(guò)進(jìn)行科學(xué)的計(jì)算與分析,提出切實(shí)可行的基礎(chǔ)處理方案,是確保整個(gè)工程安全的必要條件。 本文針對(duì)觀音巖水電工程復(fù)雜的地質(zhì)條件,基于所建立的三維地質(zhì)分析模型,充分考慮壩基存在軟硬相間、有巖溶發(fā)育等多種結(jié)構(gòu)面組合的巖體特性,重點(diǎn)研究了各種工況下壩體、壩基的應(yīng)力變形特性。考慮到巖溶發(fā)育的不確定性,采用隨機(jī)有限元仿真分析方法,研究了溶蝕區(qū)域在壩址基巖部位分布對(duì)大壩安全性的影響。在對(duì)提出的壩基處理方案進(jìn)行計(jì)算、分析與評(píng)價(jià)基礎(chǔ)上,提出了較優(yōu)的地基處理方案。 論文主要研究?jī)?nèi)容及成果如下: (1)充分考慮包括巖溶發(fā)育在內(nèi)的復(fù)雜壩基地質(zhì)條件,建立了工程三維地質(zhì)分析模型并進(jìn)行精細(xì)的可視化分析研究。在此基礎(chǔ)上,采用數(shù)值模擬的方法建立三維整體地質(zhì)的有限元模型,可完全模擬壩基巖層軟硬相間、有巖溶發(fā)育及多種結(jié)構(gòu)面組合的壩基巖體特性。 (2)運(yùn)用有限元結(jié)構(gòu)數(shù)值仿真分析方法,研究復(fù)雜層狀壩基基巖條件下,特別是溶蝕區(qū)域存在時(shí)壩體、壩基的靜、動(dòng)力特性,并對(duì)壩基基巖內(nèi)有無(wú)溶蝕區(qū)域分布的不同計(jì)算結(jié)果進(jìn)行比較。 (3)在考慮實(shí)體模擬溶蝕分布對(duì)壩體影響分析基礎(chǔ)上,加入了溶蝕區(qū)域材料參數(shù)隨機(jī)和溶蝕區(qū)域位置隨機(jī)兩種方法,進(jìn)行了溶蝕區(qū)域在壩址基巖部位分布對(duì)典型壩段安全性影響的有限元分析研究工作。 (4)基于隨機(jī)場(chǎng)理論建立整個(gè)壩址區(qū)溶蝕分布整體隨機(jī)場(chǎng),并選取典型壩段,建立典型壩段溶孔分布頻率隨高程變化的若干種回歸模型。確定最優(yōu)的回歸模型并根據(jù)該模型隨機(jī)抽取若干方案進(jìn)行有限元計(jì)算,得到多方案下壩體應(yīng)力、應(yīng)變結(jié)果,對(duì)典型壩段進(jìn)行安全性評(píng)價(jià)。 (5)基于三維地質(zhì)分析模型,提出了多種地基處理方式,并進(jìn)行三維非線性有限元敏感性分析,基于計(jì)算結(jié)果對(duì)這些地基處理方式進(jìn)行評(píng)價(jià),提出較優(yōu)的地基處理方案,為工程設(shè)計(jì)提供參考。 【關(guān)鍵詞】：三維地質(zhì)模型 可視化分析 復(fù)雜層狀地基 溶蝕發(fā)育 隨機(jī)有限元 地基處理
【學(xué)位授予單位】：天津大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2010
【分類號(hào)】：TV223
【目錄】：

• 摘要3-4
• ABSTRACT4-7
• 第一章 緒論7-18
• 1.1 研究的背景及意義7-9
• 1.2 研究現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢(shì)9-15
• 1.3 本文研究的主要內(nèi)容15-18
• 第二章 研究方法及計(jì)算理論18-32
• 2.1 工程概況18-19
• 2.2 本文研究的技術(shù)線路19-20
• 2.3 復(fù)雜工程地質(zhì)信息三維建模與可視化分析方法20-21
• 2.4 確定性有限元結(jié)構(gòu)數(shù)值仿真分析方法21-22
• 2.5 隨機(jī)有限元法22-26
• 2.6 隨機(jī)場(chǎng)的基本理論26-32
• 第三章 觀音巖工程地質(zhì)信息三維可視化分析32-43
• 3.1 工程地質(zhì)條件概述32-36
• 3.2 工程地質(zhì)三維統(tǒng)一模型的建立36-39
• 3.3 基于三維統(tǒng)一模型的觀音巖工程地質(zhì)可視化分析39-43
• 第四章 觀音巖重力壩整體三維非線性靜動(dòng)力分析43-57
• 4.1 重力壩整體三維有限元模型及計(jì)算參數(shù)43-49
• 4.2 大壩應(yīng)力場(chǎng)位移場(chǎng)分析49-51
• 4.3 溶洞存在對(duì)大壩的影響分析51-57
• 第五章 考慮溶蝕區(qū)域影響的觀音巖典型壩段隨機(jī)有限元分析57-82
• 5.1 基于材料參數(shù)變異的溶蝕區(qū)域隨機(jī)有限元計(jì)算成果分析58-64
• 5.2 基于空間溶蝕隨機(jī)分布時(shí)的隨機(jī)有限元計(jì)算成果分析64-68
• 5.3 基于隨機(jī)場(chǎng)理論的隨機(jī)有限元計(jì)算成果分析68-82
• 第六章 觀音巖基礎(chǔ)處理方案的分析與評(píng)價(jià)82-91
• 6.1 國(guó)內(nèi)外相關(guān)工程基礎(chǔ)處理方案概述82-85
• 6.2 基礎(chǔ)處理方案選擇85
• 6.3 基礎(chǔ)處理方案比較85-89
• 6.4 方案的分析與評(píng)價(jià)89-91
• 第七章 結(jié)束語(yǔ)91-94
• 參考文獻(xiàn)94-101
• 發(fā)表論文和參加科研情況說(shuō)明101-102
• 致謝102

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