基于坝壳湿化过程数值模拟的心墙坝初蓄水力劈裂机理研究

初次蓄水过程中的水力劈裂破坏是土质心墙土石坝面临的最主要安全问题之一。为探索这一难题,回顾了疑似水力劈裂事故及暨有研究尚不能回答的问题,探讨了水力劈裂所需的必备应力条件和可能原因。分析了既有浸水湿化变形试验并建议了采用时间对数演进模式、单位时间湿化体变和湿化剪应变分别取决于围压和剪应力水平的湿化变形时间过程计算模型,并应用于模型坝数值模拟,再现了初蓄过程水力劈裂破坏所需应力条件,得到了顺岸坡方向上后期变形增量空间分布导致心墙拉伸和水力劈裂破坏的机理。最后提出了确保坝壳压实度、控制后期浸水后变形,保证心墙与坝壳后期变形量值和速率协调为核心的水力劈裂防控方法建议。     

河谷宽高比对高心墙坝黏土垫层剪切强度的影响

掺砾黏土高心墙堆石坝需要在心墙与坝基面接触部位设置纯黏土垫层, 以探讨心墙与坝基接触面处的应力状态和黏土垫层的剪切强度。三维有限元数值分析主要考虑了河谷宽高比的影响, 经计算得到心墙与坝基接触面处的应力分布, 并按莫尔-库伦强度准则评估黏土垫层的抗剪强度。结果表明, 心墙与岸坡接触面上剪应力和正应力大小随着坝高变化明显。正应力自坝顶向下大致呈线性增大, 在接近坝底附近达到最大值; 剪应力自坝顶向下先增后减, 最大值发生在坝底向上约1/5坝高处, 当岸坡角为45°左右时其值最大。根据抗剪强度准则, 心墙底面黏土垫层不会发生剪切破坏; 岸坡面中上部强度较低, 当岸坡角达到或超过45°时, 上部黏土垫层会发生剪切破坏。与对称河谷模型相比, 实际工程模型左岸岸坡中下部黏土垫层偏安全, 中上部以及右岸抗剪强度系数相近。据此, 给出了岸坡角45°临界值, 在岸坡坡角达到或超过45°的狭窄河谷中修建高心墙堆石坝时, 建议采取工程措施防止黏土垫层在相应部位发生大剪切变形以及剪切破坏。     

土石坝绕坝渗流分析及防渗措施研究

水库蓄水后,大坝岸坡会形成新的渗流场,易使岸坡岩体的稳定性发生变化,甚至危及岸坡稳定和大坝安全。在土石坝运行中,允许正常渗流存在,而对异常渗流则必须采取有力措施予以控制,保障群众生命财产安全。由于受开发条件等因素限制,许多水库尤其在北方沙漠和半沙漠地区修建的土石坝枢纽,往往不得不面对复杂的坝基或坝肩条件,     

三峡茅坪溪粘土心墙土石坝坝体安全分析

介绍了三峡茅坪溪防护工程土石坝粘土心墙方案的应力应变有限元分析研究成果,表明大坝在竣工期或蓄水期心墙均未产生剪切或拉裂破坏,不会引起水力劈裂,心墙是安全的,论证了粘土心墙方案是可行的。     

前坪水库大坝设计及三维应力变形分析

前坪水库大坝坝型为黏土心墙砂砾(卵)石坝,大坝砂砾石覆盖层细粒缺失,F2断层顺河向穿过大坝坝基,右岸坝肩为陡峻岸坡。针对以上工程难点,文章提出了设计方案,并根据大坝的设计分区、地形条件以及覆盖层的土层分布,建立三维模型,根据对大坝的填筑及蓄水过程进行模拟,对各关键时刻包括竣工期、满蓄期大坝的应力、变形特性等进行了研究。计算结果表明,坝体应力和变形分布符合一般规律,大坝设计方案经济、合适。     

瀑布沟高土石坝三维非线性有限元分析

对瀑布沟水电站心墙土石坝进行了三维非线性有限元计算分析,以深入了解高土石坝坝体和基础防渗墙在施工期和蓄水期的应力、变形分布规律。散粒材料均采用邓肯E-ν模型,混凝土采用线弹性模型,接触面采用Goodman单元,并在计算中考虑了上游坝壳、过渡料和反滤料等因水库蓄水而产生的湿化变形。计算结果表明:大坝的应力和变形分布规律基本合理,大坝最大沉降均发生在水库满蓄期,心墙内没有出现拉应力,在心墙、防渗墙、墙顶廊道的接头部位设置的高塑性黏土区改善了大坝的应力状况,使得剪切破坏区大大减小,达到了控制该部位应力与变形的目的。     

土石坝结构稳定的静动力非线性有限元分析

为探讨土石坝应力变形分析存在问题，在总结土石坝应力应变分析相关文献的基础上，以克孜尔水库黏土心墙坝为例，采用ABAQUS有限元分析，全面解析坝坡静动力反应演变情况及稳定性，发现坝坡随着不同压力下应变反应和安全系数相关的变化规律。通过综合分析，发现采用黏土心墙的坝体具有较高的安全性，不会出现水力劈裂现象，也不会因地震影响到坝体安全。     

观音岩水电站心墙堆石坝施工质量强度检测

结合观音岩水电站河中碾压混凝土重力坝和右岸粘土心墙堆石坝组成的混合坝施工,分别对接头部位及坝纵1+020断面上的堆石料、反滤料、粘土心墙料与接触粘土进行了新型现场直剪试验,得到了现场实际施工条件下坝料的抗剪强度参数,据此对坝体的强度安全性进行了分析。结果表明,坝体应力水平均较低(最大为0.7),其最大值基本上出现在混凝土与土石坝接触部位,且越靠近岸坡,应力水平越小,说明观音岩水电站坝体处于安全状态。     

七家营水库黏土心墙砂砾石坝渗流及坝坡稳定分析评价

土石坝因具有就地取材、地质条件适应性强、工作可靠等优点而被广泛采用,其失事以渗流引起的渗透破坏、滑坡尤为严重。故合理、正确地进行大坝渗流分析与坝坡稳定分析是保证土石坝安全运行的关键。对七家营水库黏土心墙砂砾石坝渗漏量、浸润线、渗透坡降及坝坡抗滑稳定安全系数进行了复核计算,对大坝渗流及坝坡稳定进行了分析评价。     

丹江口水利枢纽右岸土石坝抗震安全复核研究

针对丹江口水利枢纽右岸土石坝的抗震安全问题，依据GB 18306-2015《中国地震动参数区划图》对右岸土石坝抗震安全进行复核。通过构建精细化的三维有限元模型，参考同类工程坝料动力试验成果拟定计算参数，分析研究了大坝在正常蓄水期遭遇地震工况下大坝的加速度分布、动位移、地震永久变形等性状和坝坡稳定性，重点分析防渗体心墙安全性以及土石坝与混凝土坝接头部位的变形协调性。结果表明：右岸土石坝抗震安全性能良好，满足相关规范要求。     

心墙坝应力变形数值模拟结果验证

利用土石坝有限元应力变形计算分析中常用的邓肯E—v模型、修正剑桥模型和南水模型，计算新疆“635”水利枢纽砂砾石粘土心墙坝和云南鲁布革堆石风化料心墙坝的应力变形，将计算结果分别与两座心墙坝相对应的原型观测资料进行比较和分析后表明，3种模型均能较好地模拟施工期心墙坝的应力变形性状，而在模拟蓄水期心墙坝应力变形性状时则存在不足．当计入湿化变形和流变变形的影响之后，用南水模型可较好地模拟心墙坝的应力变形性状．     

沥青混凝土心墙堆石坝心墙拱效应研究

心墙拱效应是影响土石坝安全稳定运行的重要因素,心墙力学特性复杂且受众多因素的影响,复杂地形地质条件对心墙拱效应具有重要影响。首先对比了直心墙、斜心墙、下直上斜式心墙拱效应的差异,在此基础上选取岸坡坡度、河谷宽度、覆盖层厚度以表征坝体所处的地形地质条件。基于数值计算定量研究复杂地质条件对沥青混凝土心墙拱效应的影响规律。结果表明：心墙应力拱效应主要集中在心墙中部3/4坝高附近及靠近岸坡处;斜心墙应力拱效应相对较小,可以很好地改善心墙的整体受力状况;岸坡变陡,斜心墙整体的拱效应强度增加,应力传递的核心区域由心墙中部拓宽至心墙两岸坡;随着河谷宽度的增加,应力传递的重心逐渐由底部转移到心墙两岸及心墙中上部;斜心墙整体的应力拱效应并非随着河谷宽度的增加单调变化,当坝轴线长度与坝高比值增加到3～4时,河谷产生的河谷效应对斜心墙变形及拱效应的影响大幅下降;随着覆盖层厚度的增加,斜心墙底部的拱效应明显增强,底部的拱效应系数分布逐渐集中化、区域化,容易产生局部破坏。     

基于ABAQUS的塑性混凝土心墙坝应力变形分析

混凝土防渗心墙近些年在在土石坝工程中有着重要应用,是重要的防渗型式之一,特点施工方便、防渗效果好等优点得到广泛应用。塑性混凝土由于其具有渗透系数小、弹性模量与模强比低、能够较好的适应周围土体变形等特点而受到人们的广泛关注。文章以塑性混凝土心墙坝的变形和应力变化问题为研究对象,运用大型有限元软件ABAQUS。计算竣工期和蓄水期两种不同工况下位移和应力变化分析计算,进而总结出塑性混凝土心墙坝在不同工况下应力变形分布规律。     

埃塞俄比亚KESEM土石坝动力分析

采用有效应力非线性有限元法对埃塞俄比亚Kesem粘土心墙土石坝进行了地震反应分析。得到该坝在地震作用下坝体的加速度反应和应力反应,根据坝坡残余变形及坝坡的动力稳定性等进行了抗震评价。     

丙巷河心墙土石坝施工和运行期的FEA连续分析

介绍了一种三相土体弹塑性渗流偶合模型的基本理论及其有限元（FEA）技术，对丙巷河水库粘土心墙土石坝标准剖面，从施工到蓄水再到库水位骤聚工况下，的一次性应力，位移，渗流，坝坡稳定的部分计算成果，论述了分期施工填筑对大坝位移的影响和粘土心墙的“拱效应”。     

库水循环加卸载条件下岸坡饱和土体变形特性试验研究

水库运行期水位每年周期性涨落,岸坡土体在库水循环加卸载作用下会发生不同程度的阶梯状变形。为探求循环加卸载对岸坡深部变形的诱发机理,本文以水库防洪限制水位以下岸坡土体为研究对象,在饱和土应力路径三轴试验过程中,控制非等向受压试样的孔隙水压力周期变化,模拟岸坡土体的水力-力学状态,实时测定土体的周期性变形特性及破坏特征。研究结果表明:等偏应力孔压循环加卸载过程中,试样剪应变为台阶式上升趋势,而体应变是循环的弹性变化;孔压持续增大造成试样破坏呈现脆变和剪胀的特征。最后,结合等偏应力孔压增大条件下粉质黏土的破坏特征与常规三轴剪切试验成果,对比两种应力路径下试样的有效应力比和剪应变的发展过程,分析了其强度差异的内在原因。     

糯扎渡水电站蓄水速度对心墙堆石坝安全的影响研究

心墙堆石坝首次蓄水特别是蓄水速度较快时,可能对坝体安全造成一些不利的影响,如坝体后期沉降量增加、心墙拱效应增强甚至产生心墙裂缝、渗透变形、下游坝坡失稳、上游堆石湿化变形等,因此为确保蓄水过程中大坝的安全,需对水库蓄水速度与大坝安全的相关关系进行深入研究.依托在建的糯扎渡水电站心墙堆石坝工程,通过数值计算分析,从变形、应力、抗水力劈裂、非稳定渗流、坝坡稳定等方面研究了水库初次蓄水时大坝的安全特性,并提出蓄水速度建议.     

纵向增强体新型土石坝稳定性研究

纵向增强体土石坝具有成本低、施工效率高等优点,尤其适用于病险老坝的整治与改建,或缺少合格黏土心墙料地区新建的中小型坝。但因缺乏设计经验和可借鉴的先例,新坝型在渗流稳定、增强体心墙受力变形、坝坡稳定等方面亟待深入探讨。方田坝水库是国内首例采用纵向增强体土石坝的工程,基于其建立模型,采用有限单元法和有限差分法对其稳定性进行了分析,同时讨论了坝坡坡比的可优化性。研究结果表明:新坝型防渗性能较好;混凝土心墙受力以压应力为主,出现整体性破坏的可能性较小;理论上坝坡坡比有可优化的空间,但仍需要经过工程实践的进一步检验。若坝高较小、坝坡坡比合理且保证施工质量,纵向增强体土石坝稳定性较好。     

砾石土心墙堆石坝应力应变数值分析

以云南省某砾石土心墙堆石坝为例,阐述了基于GeoStudio的土石坝平面有限元应力应变分析,分别对砾石土心墙坝的拱效应、水力劈裂、竣工期及蓄水期的应力变化及各向变形进行深入分析研究。通过数值分析比对高坝分期加载及一次加载对大坝变形的影响,为工程设计提供可靠的数据支持。     

E-B模型在土石坝施工过程模拟中的应用

土石坝的开裂与不均匀沉降与坝体的应力和变形状态有密切的关系,因此展开对土石坝应力变形的计算模拟具有十分重要的意义。本文以西安市某心墙坝为例,采用有限元软件MADIS/GTS,应用其中的E-B模型模拟心墙坝的施工过程,旨在探究土石坝在施工过程中的应力变形规律,同时也探讨有限元软件MADIS/GTS内嵌的E-B模型在土石坝应力变形模拟中的适用性。