壩基老化巖—水—化學(xué)作用數(shù)值模擬研究.pdf

1、大壩的老化是國內(nèi)外許多大壩出現(xiàn)各類病態(tài)問題甚至發(fā)生事故的主要原因之一，但從系統(tǒng)性和深度等方面大壩老化研究主要集中在上部混凝土及金屬結(jié)構(gòu)的老化研究上，而由于壩基本身組成與結(jié)構(gòu)以及所處環(huán)境的復(fù)雜性，缺少老化過程的系統(tǒng)研究，尤其是定量研究相當(dāng)薄弱，還不足于滿足全面評價壩基長期穩(wěn)定性的需要。本文圍繞數(shù)值化地模擬壩基老化過程這個主題進(jìn)行了深入的研究，其所做的主要工作如下： 1.通過國內(nèi)外眾多大壩出現(xiàn)的各類病態(tài)問題和事故的歸納，按照從問題到

2、本質(zhì)、從現(xiàn)象到實(shí)質(zhì)的思維方法，總結(jié)出了壩基老化的概念及其實(shí)質(zhì)，從不同角度強(qiáng)調(diào)了壩基老化研究的必要性和意義，闡述了壩基老化研究的現(xiàn)狀、存在的問題以及趨勢，并以大壩修建后應(yīng)力環(huán)境、水環(huán)境以及化學(xué)環(huán)境變化所引起的物理機(jī)械作用和巖—水化學(xué)作用對壩基巖土體物理化學(xué)特性影響的時效性為出發(fā)點(diǎn)提出了壩基老化研究的范圍、目的和基本思路。 2.從水文地球化學(xué)的觀點(diǎn)出發(fā)，對壩基老化的具體工程表現(xiàn)即所引起的各類工程問題進(jìn)行了詳細(xì)的分類和論述；深入探討了

3、壩基老化的巖—水化學(xué)作用過程及其影響因素；提出了壩基巖—水系中化學(xué)反應(yīng)的平衡熱力學(xué)和化學(xué)動力學(xué)兩種定式化方法，并討論了它們各自的優(yōu)點(diǎn)、局限性和應(yīng)用平衡熱力學(xué)定式化方法所要滿足的局部平衡條件；建立了壩基老化巖—水—化學(xué)作用數(shù)值模擬方法體系，并詳細(xì)闡明了其中反向模擬、正向模擬和巖—水—化學(xué)耦合模擬三種方法的基本思想、原理、優(yōu)點(diǎn)和局限性、適用條件和范圍等。 3.按照從結(jié)果到原因的反向思維方式，利用隨機(jī)誤差最小原理、質(zhì)量守恒原理和電中性

4、原理建立了反向壩基老化模型，利用l1優(yōu)化問題的Barrodale-Roberts算法對模型進(jìn)行了求解，并將模型應(yīng)用到新安江大壩右壩段壩基老化數(shù)值模擬分析當(dāng)中取得了滿意的結(jié)果。 4.利用質(zhì)量作用原理、質(zhì)量守恒原理和電中性原理建立了正向壩基老化模型，聯(lián)合利用Newton-Raphson法和Barrodale-Roberts算法對模型進(jìn)行了求解，并通過模型在壩基帷幕老化的溫度依賴性以及三峽大壩壩基老化數(shù)值模擬分析中的成功應(yīng)用驗(yàn)證了它的