大型水電站水文站滑坡蓄水后的穩(wěn)定性三維數(shù)值模擬研究

以某水電站ⅰ號(hào)滑坡為研究對(duì)象,在基本掌握該滑坡自然地質(zhì)環(huán)境條件及滑坡基本特征的基礎(chǔ)上,分析了滑坡的成因機(jī)制,并采用有限元強(qiáng)度折減法和剛體極限平衡法評(píng)價(jià)了各種工況下滑坡的穩(wěn)定性。結(jié)果表明：該滑坡在天然條件下處于穩(wěn)定狀態(tài);電站蓄水后,滑坡的穩(wěn)定系數(shù)明顯降低,在暴雨和地震工況下,該滑坡均處于不穩(wěn)定狀態(tài)。

茨哈峽水電站ⅳ#滑坡位于下壩址左岸,給下壩址的選擇及工程布置帶來嚴(yán)重影響。通過闡述滑坡區(qū)地質(zhì)背景及滑坡工程地質(zhì)特征,分析了滑坡的形成機(jī)制,在對(duì)滑帶土參數(shù)進(jìn)行試驗(yàn)分析的基礎(chǔ)上,評(píng)價(jià)了不同工況條件下滑坡的穩(wěn)定性,并進(jìn)行了滑坡因素的敏感性分析。結(jié)果表明,滑坡在天然條件下處于穩(wěn)定狀態(tài),在其他條件下處于極限穩(wěn)定或失穩(wěn)狀態(tài),影響滑坡穩(wěn)定的主要因素是摩擦系數(shù),其次是內(nèi)聚力的影響。

建立水電站進(jìn)水前池內(nèi)流動(dòng)的k-ε紊流數(shù)值模型,采用vof方法,對(duì)高水頭小流量引水式電站進(jìn)水前池內(nèi)流場(chǎng)進(jìn)行了三維數(shù)值模擬。計(jì)算得出了沖擊式水輪機(jī)在引用設(shè)計(jì)流量1.94m3/s時(shí)前池內(nèi)水流流態(tài),底板壓力分布,及壓力鋼管進(jìn)口流速分布以及在針閥突然關(guān)閉時(shí),前池內(nèi)水面涌高時(shí)水面線形狀。數(shù)值計(jì)算結(jié)果結(jié)合常規(guī)理論分析可以為工程設(shè)計(jì)提供參考。

本文以某水電站滑坡為例,簡(jiǎn)述了場(chǎng)地地形地貌特征,對(duì)其極限平衡穩(wěn)定性進(jìn)行多種工況計(jì)算,提出了必要的支護(hù)措施。

干海子滑坡規(guī)模巨大,為近壩庫段重點(diǎn)滑坡,滑坡穩(wěn)定性對(duì)電站的安全和正常運(yùn)營(yíng)至關(guān)重要。通過地質(zhì)宏觀評(píng)價(jià)、變形監(jiān)測(cè)、極限平衡計(jì)算等多種方法對(duì)其蓄水期間穩(wěn)定性進(jìn)行了復(fù)核。結(jié)果表明：目前滑坡整體基本穩(wěn)定,但滑坡前緣部位處于臨界滑動(dòng)階段,不穩(wěn)定,存在隨時(shí)滑塌的可能性,失穩(wěn)形式應(yīng)為蠕滑拉裂解體。

利用標(biāo)準(zhǔn)k-ε雙方程湍流模型,采用vof法追蹤自由水面,應(yīng)用瞬態(tài)piso算法求解壓力速度耦合的方法,采用結(jié)構(gòu)化網(wǎng)格并在溢流壩頂進(jìn)行網(wǎng)格加密,模擬計(jì)算了七孔溢洪道流場(chǎng)的三維水力特性,得到了設(shè)計(jì)工況的泄流能力、水面曲線、速度場(chǎng)。通過物理模型試驗(yàn)驗(yàn)證,兩者結(jié)果吻合較好。

文章以某滑坡為研究對(duì)象，分析了該滑坡的穩(wěn)定性，并借助于flac數(shù)值模擬軟件，對(duì)其變形中的應(yīng)力和應(yīng)變進(jìn)行了分析，研究結(jié)果表明該滑坡處于欠穩(wěn)定狀態(tài)，需水后變形加大，因此需要工程治理。

采用rngκ-ε紊流模型與vof方法對(duì)散粒體滑坡涌浪進(jìn)行數(shù)值模擬；通過與已有文獻(xiàn)的試驗(yàn)結(jié)果對(duì)比分析；發(fā)現(xiàn)數(shù)值模擬得到的滑坡體水下初始堆積形態(tài)與試驗(yàn)結(jié)果吻合較好；且波幅計(jì)算精度較高；基于此；建立了某山區(qū)河流型水電工程庫區(qū)的三維模型；模擬了碎土石滑坡涌浪在庫區(qū)內(nèi)的生成與傳播過程；并分析了涌浪的波幅和波速特征；研究結(jié)果表明；通過數(shù)值模擬獲得的涌浪波幅和傳播速度等參數(shù)；可以為大壩安全評(píng)估和滑坡涌浪災(zāi)害影響范圍預(yù)測(cè)提供一定的科學(xué)依據(jù)；還可為通航河流航行船舶的避險(xiǎn)范圍提供參考；

論述了烏東德水電站道坡滑坡的地質(zhì)特征及變形特征,利用geo-studio軟件,建立了滑坡穩(wěn)定性數(shù)值計(jì)算模型,分析了不同工況下庫水升降作用對(duì)滑坡體穩(wěn)定系數(shù)的影響規(guī)律,為庫區(qū)滑坡的防治工作提供了依據(jù)。

麻日滑坡前緣發(fā)育3個(gè)次級(jí)滑體.根據(jù)河谷斜坡變形演化機(jī)制分析,利用數(shù)值模擬及剛體極限平衡計(jì)算分析其穩(wěn)定性,研究結(jié)果表明,2#次級(jí)滑體發(fā)生失穩(wěn)的可能性較大,但失穩(wěn)方量小于最小堵江方量,堵江可能性小;另外,對(duì)3個(gè)次級(jí)滑體分別進(jìn)行涌浪分析和計(jì)算,推測(cè)涌浪到達(dá)壩址的最大涌浪高度.

某水電站工程,采用adina軟件對(duì)某水電站進(jìn)行了三維有限元分析,建立了某水電站整體的三維有限元模型,分別對(duì)6種工況進(jìn)行計(jì)算分析,得出不同工況下的位移場(chǎng)、應(yīng)力場(chǎng)、塑性區(qū)分布以及邊坡整體安全系數(shù)等。

紅層巖體以其巖體結(jié)構(gòu)的軟硬相間及軟弱夾層發(fā)育而在邊坡穩(wěn)定方面表現(xiàn)為\"易滑地層\"。瓦屋山水電站廠房區(qū)邊坡為順向坡,砂巖類巖石與黏土巖類巖石呈緩傾、互層狀(傾角10°~20°)產(chǎn)出。構(gòu)造與表生改造作用下,在這兩類軟硬相間的巖石界面上常形成分布較為連續(xù)的軟弱夾層,這類巖體較易沿軟弱夾層產(chǎn)生順層滑動(dòng)。地質(zhì)歷史時(shí)期,瓦屋山廠房區(qū)就是在這樣的地質(zhì)背景下,形成了多個(gè)古滑坡體,如顏灣和廟子巖古滑坡,它們?cè)谧匀粻顟B(tài)下已基本穩(wěn)定。隨后因風(fēng)化剝蝕等作用,古滑坡體形態(tài)被改變或被來自后緣斜坡的坡殘積層所掩埋,使其在勘察期間難以被發(fā)現(xiàn)。廟子巖滑坡即是這樣一個(gè)被掩埋的古滑坡體坡,施工開挖過程中,由于切腳及降雨作用,使其重新滑動(dòng)復(fù)活。本文以反復(fù)剪試驗(yàn)得到的滑動(dòng)面抗剪參數(shù),采用邊坡穩(wěn)定極限分析能量法(energymethodupperbaondlimitanalysis),簡(jiǎn)稱emu法,對(duì)廟子巖古滑坡在各種工況下的穩(wěn)定作了計(jì)算,并據(jù)其結(jié)果采取了相應(yīng)的抗滑處理。本文可作為紅層巖體地區(qū)該類型滑坡勘察和工程處理設(shè)計(jì)的參考。

為減免水電站下泄低溫水對(duì)下游河段生態(tài)環(huán)境的影響,糯扎渡水電站進(jìn)水口擬采用分層取水疊梁門方案。為較好地模擬進(jìn)水口前庫區(qū)復(fù)雜的地形邊界,采用σ坐標(biāo)系,建立了糯扎渡水電站進(jìn)水口分層取水下泄水溫的三維數(shù)值模型,數(shù)值模擬結(jié)果得到了物理模型試驗(yàn)結(jié)果的驗(yàn)證。在已知庫區(qū)水庫水溫分布的條件下,對(duì)不同的疊梁門運(yùn)行方式,數(shù)值模擬了典型水平年十二個(gè)月份的下泄水溫。進(jìn)水口疊梁門方案分層取水對(duì)提高下泄水溫有較為明顯的作用,下泄水溫提高的幅度,不僅取決于疊梁門的高度,還取決于水庫水溫垂向分布。

一、前言研究對(duì)象位于正在建設(shè)中的黃河上游公伯峽水電站庫區(qū),地處青海省尖扎縣上游約1.5km處,與縣城隔河相望?；w上有省級(jí)公路穿過,且滑體前緣剪出口大部分低于電站正常蓄水位。因此,若電站按正常工期于2004年下閘蓄水后,該滑坡的穩(wěn)定性、變形破壞方式及可能產(chǎn)生的社會(huì)危害和影響已引起有關(guān)方面的高度重視,認(rèn)識(shí)上也出現(xiàn)了一些不同

通過闡述茨哈峽水電站v號(hào)滑坡的地質(zhì)背景及工程地質(zhì)特征,分析了滑坡的形成機(jī)理,評(píng)價(jià)了各種工況下滑坡的穩(wěn)定性。結(jié)果表明:該滑坡僅在天然條件下處于穩(wěn)定狀態(tài),在其他條件下將處于極限穩(wěn)定或失穩(wěn)狀態(tài)。對(duì)此,提出了滑坡整治方案,并對(duì)效果進(jìn)行了評(píng)價(jià)。

滑坡發(fā)生于擬建的水文站壩址i勘探線下游約300m的左岸陡傾順向坡(傾角85～87°)中。據(jù)平硐揭露,坡體主要由薄層(單層厚2～3cm)泥質(zhì)板巖組成。巖層傾倒變形極為強(qiáng)烈,由硐口至硐底(220m)巖層均呈反傾坡內(nèi),且傾角隨硐深增加呈明顯增大趨勢(shì),即16～55°。沿硐不時(shí)可見因巖層彎曲而形成的楔形張裂縫(隙),傾倒變形的范圍(平硐水平深度)達(dá)220m以上。洼里滑坡正是在上述的彎曲一拉裂變形基礎(chǔ)上發(fā)展而成的大規(guī)?；隆＜垂绕聨r體在重力作用下,向臨空方向作懸臂梁彎曲,并逐漸向坡內(nèi)發(fā)展。彎曲的板梁之間互相錯(cuò)動(dòng)并伴有拉裂,彎曲后緣出現(xiàn)拉裂縫。由于巖層薄而相對(duì)較軟,其彎曲角度很大,在巖層最大彎曲部位出現(xiàn)與層面垂直的楔形拉裂縫(隙)。隨著河谷強(qiáng)烈下切及江水對(duì)凹岸的沖刷,上述傾倒一拉裂變形則進(jìn)一步加劇,一旦各層最大彎曲部位的緩傾坡外楔形拉裂隙(縫)相互貫通,形成統(tǒng)一的滑動(dòng)面(帶),就容易發(fā)生大規(guī)模的滑坡;通過用簡(jiǎn)化畢肖普法對(duì)該滑坡進(jìn)行了穩(wěn)定性計(jì)算,結(jié)果表明:只有在蓄水位達(dá)到1800m高程時(shí)或在此種情況下遇到ⅶ度地震,滑坡體有可能局部發(fā)生失穩(wěn)。而在其它工程情況下,滑坡體處于穩(wěn)定狀態(tài)。

在水電站大壩計(jì)算中,壩基深層抗滑穩(wěn)定問題是決定工程成敗的決定因素之一,對(duì)水電站安全運(yùn)行至關(guān)重要。針對(duì)某大型水電站典型壩段壩基巖體的正常蓄水位工況,采用強(qiáng)度折減方法進(jìn)行抗滑穩(wěn)定性分析。計(jì)算結(jié)果表明:以彈塑性計(jì)算不收斂為失穩(wěn)判據(jù)得到的安全系數(shù)為2.70,以塑性區(qū)貫通和關(guān)鍵點(diǎn)位移突變作為失穩(wěn)判據(jù)得到的安全系數(shù)為2.50;并且,壩踵與壩趾特征點(diǎn)位移計(jì)算值均指向下游方向,表明壩體有向下滑動(dòng)的趨勢(shì)。綜合上述分析結(jié)果,該壩段在正常蓄水位工況下的整體安全系數(shù)應(yīng)該為2.50左右,無法滿足正常工況下3.0的安全度要求,必須對(duì)該壩段進(jìn)行加固處理。

為預(yù)測(cè)閘壩下游局部沖刷坑形態(tài)和發(fā)展,基于fluent動(dòng)網(wǎng)格技術(shù)對(duì)當(dāng)卡水電站下游局部沖刷進(jìn)行了三維數(shù)值模擬。采用vof水-氣界面追蹤方法來處理閘壩下游沖刷坑內(nèi)復(fù)雜的自由液面,將床面瞬時(shí)剪切應(yīng)力作為泥沙起動(dòng)及運(yùn)輸?shù)乃畡?dòng)力學(xué)條件,計(jì)算出不同方向上床底泥沙單寬體積輸沙率,以此為基礎(chǔ)得到河床高程坐標(biāo)的瞬時(shí)變化;采用改進(jìn)的泥沙起動(dòng)臨界剪切應(yīng)力計(jì)算公式,有效地避免了床面坡度接近泥沙休止角時(shí)造成的輸沙率數(shù)值計(jì)算的異常;采用彈簧光順模型及局部網(wǎng)格重構(gòu)模型實(shí)現(xiàn)了閘壩下游局部沖刷坑的三維演化過程。通過分析對(duì)比沖刷坑最終形態(tài)表明,數(shù)值模擬值與模型試驗(yàn)實(shí)測(cè)值吻合良好,說明數(shù)學(xué)模型計(jì)算準(zhǔn)確,結(jié)果可信。

為預(yù)測(cè)閘壩下游局部沖刷坑形態(tài)和發(fā)展,基于fluent動(dòng)網(wǎng)格技術(shù)對(duì)當(dāng)卡水電站下游局部沖刷進(jìn)行了三維數(shù)值模擬。采用vof水-氣界面追蹤方法來處理閘壩下游沖刷坑內(nèi)復(fù)雜的自由液面,將床面瞬時(shí)剪切應(yīng)力作為泥沙起動(dòng)及運(yùn)輸?shù)乃畡?dòng)力學(xué)條件,計(jì)算出不同方向上床底泥沙單寬體積輸沙率,以此為基礎(chǔ)得到河床高程坐標(biāo)的瞬時(shí)變化;采用改進(jìn)的泥沙起動(dòng)臨界剪切應(yīng)力計(jì)算公式,有效地避免了床面坡度接近泥沙休止角時(shí)造成的輸沙率數(shù)值計(jì)算的異常;采用彈簧光順模型及局部網(wǎng)格重構(gòu)模型實(shí)現(xiàn)了閘壩下游局部沖刷坑的三維演化過程。通過分析對(duì)比沖刷坑最終形態(tài)表明,數(shù)值模擬值與模型試驗(yàn)實(shí)測(cè)值吻合良好,說明數(shù)學(xué)模型計(jì)算準(zhǔn)確,結(jié)果可信。

　李家峽水電站壩前滑坡在蓄水前后一直處于活動(dòng)狀態(tài),其危害是劇滑形成的壩前涌浪對(duì)大壩安全帶來影響.本文通過對(duì)電站壩前滑坡體的勘察及變形監(jiān)測(cè)資料分析,對(duì)滑坡的復(fù)活和蠕變特性進(jìn)行了探討,采用sarma法對(duì)滑坡在水庫蓄水前后的穩(wěn)定性進(jìn)行了計(jì)算和評(píng)價(jià).認(rèn)為:滑坡在水庫運(yùn)行期處于極限平衡和緩慢的蠕滑狀態(tài),整體失穩(wěn)產(chǎn)生劇滑的可能性不大.這對(duì)李家峽工程后期處理和正常運(yùn)行具有現(xiàn)實(shí)的指導(dǎo)意義.

通過對(duì)大屋基滑坡基本特征及形成機(jī)制的研究，宏觀地分析了該滑坡現(xiàn)今的整體穩(wěn)定程度，并利用計(jì)算機(jī)采用５種不同的穩(wěn)定計(jì)算法，對(duì)滑坡萃水前后的整體穩(wěn)定性進(jìn)行驗(yàn)算與評(píng)價(jià)，從而為滑坡整提供可靠依據(jù)。

滑坡位于四川省甘孜州境內(nèi)某水電站10#支洞口下部,該滑坡處于變形加劇狀態(tài),因此對(duì)其形成機(jī)制及穩(wěn)定性進(jìn)行分析就顯得尤為重要。分析表明:該滑坡形成機(jī)制屬于滑移-拉裂式,目前處于極限平衡狀態(tài),受暴雨或地震影響就很可能發(fā)生整體破壞。