土石壩畢業設計論文摘要範文

隨着全球經濟發展和環境惡化，對清潔能源的需求與日俱增，水利工程作為清潔電能的主要來源之一，國家逐漸加大了在水利工程中的投資。水利工程的快速發展，對水利工程的項目管理也提出了更高的要求，在土石壩項目管理實踐中，施工進度管理與項目經濟效益、工程度汛安全等密切相關，是土石壩項目管理的核心指標之一。隨着水利工程項目複雜程度的增加、環境更加惡劣，甲方對工期、質量、生態都提出了更高的要求，傳統基於圖紙和經驗的項目管理方法已無法滿足項目建設的要求，BIM技術的出現和發展為土石壩項目進度管理提供了新的方法。論文旨在通過對現有土石壩施工進度管理現狀進行研究，分析BIM技術在土石壩項目施工進度管理中的可行性和適用性，提出基於BIM的土石壩施工BIM模型構建方法，並建立基於BIM的土石壩施工進度管理框架，以提高土石壩施工進度管理效率及土石壩項目整體管理水平。

論文主要工作如下：

首先，分析傳統管理理念下土石壩施工進度管理中存在的問題，結合BIM技術的優勢，從技術、經濟、環境三方面分析BIM技術在土石壩施工進度管理中的適用性。

其次，以基於BIM技術的項目管理理念為依託，開展基於BIM的土石壩施工進度管理研究。論文選擇Autodesk公司的Civil 3D、CAD、Revit、AIW等BIM軟件，建立土石壩施工BIM模型，在Navisworks平台將土石壩3D模型與Project施工進度計劃鏈接，建立土石壩施工BIM模型，完成土石壩施工可視化模擬，實現基於BIM的土石壩施工進度動態管理，提出基於Autodesk平台的土石壩施工BIM模型構建流程，並建立基於BIM的土石壩施工進度管理框架。

最後，通過土石壩工程實際案例分析，驗證了本論文研究成果的可行性和適用性。通過對四川省某瀝青混凝土心牆堆石壩項目進行實例研究，進一步驗證了論文研究成果能夠應用於土石壩施工BIM模型的構建和基於BIM的土石壩施工進度管理，對基於BIM的土石壩項目管理具有一定的應用價值和現實意義。

汶川地震中土石壩震損數量大、分佈廣、險情重、險情種類多，震后土石壩的地震安全性問題受到了研究人員的普遍關注。土石壩的三維彈塑性地震反應分析一直是研究的`熱點和難點，本研究調查分析了汶川地震中土石壩的典型震害現象與破壞特徵，選取了破壞嚴重的代表性土石壩，建立了計算模型，完成了土石壩的三維彈塑性地震反應分析，主要研究成果如下：

（1）汶川地震中土石壩震害調查與分析基於汶川地震水庫大壩震害調查資料，建立了高危以上險情水壩震害數據庫，總結了土石壩典型震害現象與破壞特徵，分析了土石壩震害影響因素。此次地震中土石壩震損嚴重，379座嚴重震損水壩中土石壩佔比90%以上，69座潰壩險情水壩全部屬於土石壩。土石壩典型震害現象包括壩體縱橫向裂縫、塌陷、滑坡、滲漏，起閉設施損壞及其他放水設施、溢洪道、管理房不同程度的震損。潰壩險情土石壩大多位於山前盆地邊緣的過渡帶，絕大部分位於發震斷裂的東南側，大體沿北東向狹長展布，壩基局部地形與場地條件對土石壩的震害有着較大影響；

（2）土體彈塑性本構模型改進與應用基於交變移動模型（CM模型），引入飽和度作為狀態變量，發展了可連續描述非飽和與飽和土體靜動力學特性的彈塑性本構模型。通過轉換應力法，將模型從試驗應力狀態拓展到一般應力狀態，從而使得本構模型可用於土石壩三維彈塑性地震反應分析；

（3）數值計算程序DBLEAVES二次開發對有限元—有限差分大變形計算程序DBLEAVES進行二次開發，在土—水—氣三相介質動力方程中引入上述改進的本構方程，並在程序中引入了人工邊界，使得計算程序適用於土石壩的三維彈塑性地震反應分析；

（4）汶川地震中典型震損土石壩三維計算模型基於震害調查獲知了四川綿陽安縣豐收水庫大壩的震前運行狀況和震害詳細資料；通過現場查勘，獲取了壩體及其周圍局部場地的地質、地貌和水文資料；通過室內實驗，給出了土石壩與壩基巖土體的材料參數。基於上述工作，構建了土石壩與壩基的三維整體計算模型；

（5）典型震損土石壩的三維彈塑性地震反應分析數值模擬了豐收水庫大壩的地震破壞過程，模擬結果與實際震害吻合較好。分析了土石壩滑坡、縱橫向裂縫等震害的空間分佈特徵，探討了土石壩與壩基的三維彈塑性動力相互作用規律。研究表明，三維壩基條件對土石壩的震害分佈和程度有着較大影響，地震動在壩頂中部相對於基巖放大了3倍左右，致使土石壩在此處產生嚴重震損。土石壩的存在也會對壩體下局部範圍內的地震動強度有所影響，體現了相互作用的存在。但在稍遠離壩體的場地上，地震動很快減弱到正常地震動水平，説明這種相互作用於存在着較小的作用範圍內。最後，對比研究了輸入地震動特性對土石壩彈塑性地震反應分析結果的影響。

潰壩具有低概率和高風險的特點，大壩一旦發生潰決事故，將會對下游地區造成極大的破壞，導致巨大的人員傷亡和社會經濟損失。土石壩作為當前主要壩型，佔各類壩型的95%，而國內發生潰決事故的大壩中，土石壩佔到了98%。目前我國已規劃13大水電基地共包括310座大中型梯級水庫，流域內壩型多為土石壩和麪板壩，超高大壩分佈集中。考慮到目前我國梯級水庫大壩的發展情況，對梯級土石壩連續潰決進行模擬研究具有重要的現實意義。針對梯級水庫羣，研究土石壩潰決機理，基於上游大壩的潰壩過程以及潰壩洪水對下游水庫的影響，建立梯級土石壩連潰數值模型，對於大壩潰決風險分析、庫區防洪調度、梯級流域安全防控及水庫羣工程等級確定具有重要的意義。本文旨在基於單庫潰壩模型的研究，耦合洪水演進計算和調洪演算分析，建立梯級水庫土石壩連潰數值計算模型，其主要研究內容及研究成果如下：

（1）根據土石壩潰壩模型對比分析，確定了土石壩潰壩數學模型。總結分析了現有的潰壩模型的特點，選取了五種潰壩機理模型和一種參數模型：Mike11DB模型、HEC—RAS模型、BREACH模型、DAMBRK模型、DB—IWHR模型以及堰塞壩潰決快速評估模型，通過典型潰壩案例的模擬計算，重點分析比較了各個模型的計算準確性和參數敏感性。對比分析發現，DB—IWHR模型深入研究了潰壩機理，充分考慮了壩體幾何參數、材料性質、潰口初始條件等參數的影響，解決了現有潰壩模型不能自主計算潰口發展和所需已知參數過多的問題，對於大壩潰決的預測計算更有實際意義，具有較大的應用價值，因此選取DB—IWHR模型作為土石壩潰決計算模型。

（2）建立了潰壩洪水下游演進模型。研究了潰壩洪水一維數值計算方法，基於Preissmann四點隱式差分格式求解聖維南方程組的理論，編制了明渠一維非恆定流計算程序。通過不同算例表明，該程序適用於不同邊界條件下的明渠漸變流和急變流。運用非恆定流演進程序計算唐家山潰壩洪水的下游演進過程，與Mike 11軟件的計算結果進行對比，證明了潰壩洪水演進模型的準確性和可靠性。以唐家山堰塞壩應急處置為例，應用潰壩洪水演進程序，對遭遇不同重現期洪水的情況，進行下游風險分析。

（3）構建了梯級土石壩連潰數學模型。基於四階龍格—庫塔法建立了水庫調洪演算模型，計算下游水庫水位的變化過程線，判斷上游潰壩洪水是否引起下游梯級大壩連潰，根據DB—IWHR模型計算下游潰壩過程，在單庫潰壩模型的基礎上，耦合洪水演進和調洪演算過程，建立了梯級水庫土石壩連潰數學模型。以唐家山—達裏梯級水庫為例，進行了梯級土石壩連潰模擬計算，研究了下游水庫有預警和不同泄流能力等工況下的連潰情況。結果表明，下游梯級水庫可以採取增設非常泄洪設施和提前預警全閘泄水等措施，通過調洪容錯保證大壩不發生潰壩，避免梯級水庫大壩的連續潰決。