泄洪霧化影響下巖質(zhì)邊坡穩(wěn)定性分析與預(yù)測.pdf

1、巖體邊坡工程的穩(wěn)定是水利主體工程安全的根本保障,因此研究泄洪霧化對裂隙巖體邊坡穩(wěn)定的影響具有一定的現(xiàn)實(shí)意義.本文以消能霧化區(qū)邊坡和邊坡防護(hù)結(jié)構(gòu)為研究對象,以泄洪產(chǎn)生的霧化雨和高強(qiáng)水壓為研究影響因素,對霧化擴(kuò)散范圍、霧化雨入滲條件下的邊坡飽和一非飽和滲流場、邊坡穩(wěn)定、脈動水壓下的防護(hù)結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定、邊坡失穩(wěn)預(yù)測等一系列問題進(jìn)行了研究. 挑流是水利工程中的主要消能方式.在考慮地形的條件下,研究了挑流水舌撞擊尾水時水滴隨機(jī)噴濺特性,建立了

2、水滴隨機(jī)碰濺的數(shù)學(xué)模型,提出了地面降雨強(qiáng)度的求解方法.研究了水霧擴(kuò)散的微分方程,并對于二維恒定霧流擴(kuò)散方程,得到水霧濃度和降雨強(qiáng)度的表達(dá)式.最后,應(yīng)用挑流泄洪霧化的數(shù)學(xué)模型,對拉西瓦水電站泄洪霧化進(jìn)行了預(yù)測計(jì)算,分別得到其暴雨區(qū)和毛毛雨區(qū)的范圍. 霧化雨是泄水建筑物泄洪時伴隨的一種物理現(xiàn)象,它具有強(qiáng)度大,時間集中等特點(diǎn).針對裂隙巖體邊坡,把裂隙巖體等效成連續(xù)介質(zhì),在非飽和滲流理論的基礎(chǔ)上,建立了霧化雨作用下裂隙巖體飽和一非飽和滲

3、流有限元數(shù)學(xué)模型.與以往計(jì)算模型不同,該模型通過水流通量絕對值為最大的方法進(jìn)行入滲邊界處理. 編制了三維裂隙巖體飽和一非飽和滲流計(jì)算程序UNSAT.霧化雨入滲算例分析表明,在霧化強(qiáng)降雨區(qū),孔隙水壓力升高較快,易產(chǎn)生對邊坡穩(wěn)定不利的暫態(tài)附加水荷載和暫態(tài)飽和區(qū). 以極限平衡方法為基礎(chǔ),引入非飽和土的抗剪強(qiáng)度理論,利用有限單元法研究了霧化降雨對巖體邊坡穩(wěn)定性的影響.在圓弧滑動面和折線形滑動面的形式下,通過理論推導(dǎo),建立了邊坡穩(wěn)

4、定安全系數(shù)與滲透力間的關(guān)系式.研究中綜合運(yùn)用了非飽和土抗剪強(qiáng)度理論和非飽和滲流場的模擬結(jié)果,且穩(wěn)定計(jì)算直接利用滲流分析的有限元網(wǎng)格,提高了滲流作用下的計(jì)算精度.實(shí)例分析表明,隨著霧化雨水入滲時間的增長,邊坡穩(wěn)定安全系數(shù)在逐漸減小. 水墊塘邊坡防護(hù)結(jié)構(gòu)雖然不直接承受泄洪水流的沖擊,但塘內(nèi)水流的劇烈紊動會形成防護(hù)板塊下的脈動水壓.另外,防護(hù)結(jié)構(gòu)的大傾角也是影響其穩(wěn)定的不利因素.結(jié)合邊坡防護(hù)結(jié)構(gòu)破壞的關(guān)鍵因素和動態(tài)水荷載的作用特性,建

5、立了防護(hù)結(jié)構(gòu)一錨桿一基巖和水荷載耦合作用的二維彈塑性力學(xué)模型,用于分析邊坡防護(hù)結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性.在二維彈塑性模型中,利用了一種2節(jié)點(diǎn)錨桿單元,這種單元既能體現(xiàn)彈性模量的加固作用,又能反映出剪切模量的穩(wěn)固效果,從而克服了常用桿單元的弊病.應(yīng)用上述模型,對黃河拉西瓦工程水墊塘邊坡防護(hù)結(jié)構(gòu)進(jìn)行了實(shí)例分析. 巖體邊坡工程是一個開放的、復(fù)雜的、非線性的自然系統(tǒng),同時又是一個動態(tài)的非平衡的復(fù)合系統(tǒng),故影響邊坡穩(wěn)定的因素眾多.位移是巖體結(jié)構(gòu)在變形

6、過程中反饋出的重要信息之一,它隨時間演化的過程是一個時間序列,由于該時間序列影響因素的多樣性,使得傳統(tǒng)的預(yù)測方法在解決這一類問題時效果都不是很理想.于是本文利用混沌法能確定時間序列的動力特性和神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)能充分考慮多種因素影響的特性,從混沌方法入手,綜合人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的擬合功能,對邊坡位移時間序列進(jìn)行了預(yù)測.結(jié)果表明,混沌神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)綜合模型預(yù)測速度快、精度高,是預(yù)測位移時間序列的一種有效方法.BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)在邊坡穩(wěn)定性評價(jià)中得到了廣泛應(yīng)用,但該方