项目名称: 岩体非平衡演化和稳定控制理论及高拱坝长期安全性评价研究

项目编号: No.51479097

项目类型: 面上项目

立项/批准年度: 2015

项目学科: 水利工程

项目作者: 刘耀儒

作者单位: 清华大学

项目金额: 84万元

中文摘要: 高拱坝工程规模巨大,对其赋存的、处于临界稳定状态的高地应力地质环境形成强烈的扰动,在由非平衡向平衡的演化过程中,岩体会产生蠕变大变形和损伤,这对工程的长期安全影响巨大。项目拟结合调研、试验和数值分析,研究岩体结构受扰动后的自组织协同受力特征,以及由非平衡状态向平衡状态演化的方向和驱动机理,揭示岩体结构系统的非平衡演化规律。通过研究岩体结构系统非平衡演化的有效驱动力分布规律和损伤特征,建立基于有效驱动力的岩体结构系统非平衡演化和稳定控制理论。研究基于不可逆内变量热力学的粘弹-粘塑性损伤本构理论,建立非平衡演化、稳定及控制的数学模型。基于岩体工程海量监测数据筛选技术和软弱带强度参数反演理论,建立通用有限元拱坝分析平台,采用地质力学模型试验进行验证,然后应用于高拱坝长期安全性分析。通过模拟得到的拱坝-坝基系统的变形稳定演化曲线,可定量判断当前稳定状况(是否失稳及如何支护),并可对变形稳定的演化趋势进行预测预警,根据有效驱动力定量进行调控,为高拱坝系统的长期安全性评价提供科学依据。

中文关键词: 岩体工程结构;非平衡演化;高拱坝;稳定控制;长期安全性评价

英文摘要: High arch dam project has an intense disturbance to its geological environment with high in-situ stress in the critical unstability state, and foundation creep and damage of rock mass resulting in the process of non-equilibrium evolution has large influence on long-term safety problem of the arch dam. Based on investigation and survey, experiment and numerical examples, the self-organizing collaborative stress characteristics of structure after disturbance and the direction or driving mechanism of non-equilibrium to equilibrium state would be manifested, and then the law of non-equilibrium evolution system is revealed. The characteristics of effective driving force and damage of rock mass would be studied to establish the theory of non-equilibrium evolution and stability control for rock mass engineering structure based on effective driving force. With the viscoplastic model based on the irreversible internal state variable thermodynamics, a mathematical model of non-equilibrium evolution will be derived. A unified FEM analysis system based on data mining and back analysis for strength parameters would be developed and applied in long-term safety analysis of arch dam after verified by geomechanical model test. Arch dam-foundation deformation stability curve would be gained through numerical simulation of the non-equilibrium evolution process. Eventually, the current stability status (i.e. whether it is unstable, necessity to support and how) would be quantitatively determined and the future of the stable evolution would be predicted for early warning. The effective driving force could be used in reinforcement for stability control. All of the above will provid scientific evidence for the long-term safety evaluation of high arch dam system.

英文关键词: Structure of rock engineering;Non-equilibrium evolution;High arch dam;Stability and control;Long-term safety evaluation

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