300m级超高面板堆石坝变形规律的研究

采用三维有限元数值分析方法研究了300m级超高混凝土面板堆石坝的变形规律。指出坝体分区、筑坝材料特性特别是流变特性是影响超高面板堆石坝变形性状的主要因素,要重视超高面板堆石坝上游部分坝体变形的鼓肚现象。建议了合理选择筑坝材料,适当提高下游堆石区填筑标准、全断面均衡填筑、上部1/3左右坝体采用变形模量较高的坝料,待坝体变形基本趋于稳定才浇筑面板以及考虑设置面板永久水平缝等工程措施来改善超高面板堆石坝的应力变形性状。     

锚固面板堆石坝的构筑方法及其稳定性分析

面板堆石坝是一种常见的挡水构筑物。在堆石填筑技术的基础上,通过堆石体中布设预应力锚索和下游坝坡增设钢筋混凝土框架网,将锚索分别与上游坝坡面板和下游坝坡框架锚固起来,提出了一种堆石体与锚固体协同工作、增强稳定性、减少填筑体的新型坝体结构——锚固面板堆石坝。阐述了锚固面板堆石坝的构筑方法,应用邓肯—张E-B模型的有限元数值方法,比较分析了堆石坝有、无预应力锚索加固条件下的变形特征及稳定性。分析表明锚固面板可以提高坝体的稳定性、缩短坝体底宽、减少填筑工程量,获得了经济效益。     

堆石体流变对分期浇筑的面板变形影响研究

采用高围压下的幂函数流变本构模型对水布垭面板堆石坝进行考虑堆石流变的麻力、变形分析，其结果表明，考虑堆石流变后的坝体沉降和面板变形有明显的增加。由于堆石体流变变形的影响，对于分期填筑高混凝上面板坝，各期面板的浇筑时间与其下卧的堆石体临时断面填筑时间存在一个最短的时间间隔，在给定面板浇筑时间条件下，面板的最大浇筑高程与其下卧的堆石体临时断面顶部之间麻保持一最小高差，以防止面板与堆石体产生不协调变形，导致面板顶部与下卧的堆石体之间出现脱空现象。因此，必须根据面板坝的流变分析成成对堆石体填筑过程和面板浇筑过程进行优化，以减小面板的应力、变形。     

高心墙堆石坝填筑标准的试验研究

近期建成的几座高心墙堆石坝的监测资料表明,坝体的分区变形协调性并没有达到设计目标。为此,结合建设中的长河坝300m级心墙堆石坝,开展了坝壳料的室内和现场大型相对密度试验,得到了相应的相对密度指标,并对各分区的填筑标准进行了讨论。结果表明:①由于级配为较好的分形分布、压实性优良,现场堆石区的填筑平均孔隙率达到19%,优于21%的设计指标,但相对密度仅为0.65;②根据规范要求设计的反滤2区、过渡区和堆石区的填筑相对密度在0.96～0.65之间,其压实程度存在明显差异,不易保证坝体各分区的变形协调;③采用与现场压实功能相匹配的室内相对密度试验技术,可解决高心墙坝的反滤料或面板坝的垫层料相对密度大于1的问题;④高坝堆石体的变形控制设计,需要考虑级配效应的影响,宜采用孔隙率和相对密度双控填筑指标。结论可为高堆石坝的设计与建设提供参考。     

关于在面板堆石坝采用冲碾压实技术的探讨

高面板堆石坝堆石体密实度是影响坝体变形的主要因素,目前的振动碾碾压技术已不能将堆石体密实度进一步提高,而冲碾压实技术可以提高堆石的密实度,并可极大提高碾压速度.本文对冲碾技术在面板坝施工中的采用进行了研究和探讨,提出该技术是改进面板堆石坝坝体变形和施工技术的新途径的新思路.     

基于堆石体二元介质模型的面板坝数值计算

 对于高面板堆石坝而言,在高应力场作用下堆石颗粒破碎明显,从而导致坝体变形率增加,因此在数值计算中必须考虑颗粒破碎的影响,传统的堆石体本构模型由于不能合理反映颗粒破碎的影响,导致计算变形与实测变形差别较大。天生桥面板堆石坝为我国已建工程中同类坝型的第一座200 m级高坝,具有丰富的原型观测资料,在基于考虑堆石体颗粒破碎的二元介质模型的基础上,采用平面有限元分析坝体的应力变形性状,并与实测结果进行了对比分析,结果表明：考虑颗粒破碎后,坝料的剪胀量将会减小,剪缩量相应增大,建议模型的计算结果定性上更加精确,定量上也更为合理,可以更好地反映面板坝尤其是高面板坝的应力变形特性。     

面板坝堆石料四参数非线性K-G模型研究

堆石料的广泛应用使得对其本构关系的研究至关重要。在热力学原理基础上,由吉布斯自由能函数出发,基于内变量热力学的理论基础,推导堆石料四参数非线性K-G模型,模型理论基础严谨,能够反映堆石料的非线性、压硬性、部分各向异性等主要工程性质,模型参数数量少并独立。针对室内等应力比试验和面板坝的二维应力应变数值模拟,验证了四参数K-G模型的合理性。依托目前世界最高混凝土面板堆石坝233 m的水布垭面板坝,进行了坝体的三维应力变形计算。结果表明：坝体的应力变形分布趋势合理,在填筑工况下,四参数K-G模型计算的垂直位移为2.02 m,较其他非线性模型更接近于实测值,因此四参数K-G模型可以用于面板坝堆石体的应力变形计算。     

浅析大坝填筑施工管理措施

大坝填筑的质量控制是面板堆石坝施工管理的重要内容。为切实保证坝体的填筑质量,必须按有关的规程、规范及设计具体要求,对每一个施工环节进行严格的全面管理。控制坝体填筑质量应对坝体填筑的各环节（包括坝料、铺填、洒水、碾压等）进行抽样检查,并把检查结果反馈给施工人员,以便及时控制施工质量。     

高混凝土面板堆石坝地震损伤机理研究

以紫坪铺面板堆石坝为例,基于堆石料的黏弹性模型和地震残余应变模型计算分析了高混凝土面板堆石坝的地震响应,并结合震害调查结果分析了高混凝土面板堆石坝的地震损伤机理。研究表明,输入地震加速度在坝顶附近和坝坡表面显著放大,呈现出显著的鞭梢效应,导致坝顶和下游坝坡上部堆石体松动滚落。地震导致大坝堆石体产生显著剪缩,坝体断面整体向内收缩,刚性混凝土面板与垫层料之间脱空,脱空后面板与垫层料之间的摩擦力大幅减小甚至消失,面板在自重和地震惯性力联合作用下向下滑动,致使面板水平施工缝发生错台,面板表面产生裂缝。地震还导致岸坡附近左右坝段堆石体向河谷中央位移,致使岸坡附近面板垂直接缝发生拉伸破坏,河床中部垂直接缝及附近混凝土面板发生挤压破坏。数值计算和震害调查结果均表明,高混凝土面板堆石坝的地震损伤现象主要与其堆石体地震残余变过大,以及堆石体与防渗系统之间变形不协调密切相关,故强震区修建高面板坝应尽可能提高堆石体压实密度,以减小坝体的地震残余变形。     

高面板坝全寿命周期变形控制方法及应用

高面板坝的变形对面板的安全运行有着特别重要的影响，国内外已建的高面板坝工程中，因坝体变形大导致防渗面板挤压破损，坝体渗漏量大的实例较多，不得不降低水库水位进行修复处理，造成较大的经济损失乃至给大坝的长期运行留下安全隐患。通过发生挤压破损的实例分析，发现变形控制缺乏系统性是发生面板挤压破损的主要因素，为预防面板破损，系统提出了“控制坝体总变形，转化有害变形，适应纵向变形”的坝体变形控制方法，并在使用软硬岩混合料筑坝的董箐面板堆石坝中得到的应用，取得了良好效果，该工程运行至今达十余年，未见面板有挤压破损迹象，该方法对建设200 m以上乃至300 m级超高面板坝具有重要借鉴意义。     

面板堆石坝变形监测研究(英文)

面板堆石坝的安全依赖于良好的设计、施工和在大坝施工及运行期的实时监测,土工监测技术和测绘技术可以用来监测大坝位移,并对大坝的非正常变形提供预警。面板堆石坝一般在施工期和蓄水期会发生较大变形:在施工期,堆石体和上游面板会因为自重而相互积压发生变形;在蓄水期,堆石体和上游面板会在水压力的作用下发生变形。为了保证面板的整体性和大坝安全,特别要防止面板的变形超过其最大允许变形。由于对筑坝材料参数的不完全可知性和计算理论的不完善,必须对大坝及其周边变形进行严密监测以预防大坝发生较大变形。应用有限元方法对中国某面板堆石坝位移变化进行研究。     

基于表面沉降法的堆石坝现场碾压试验分析

长河坝是目前国内已建成的高度第二、填筑总量第一的世界级高堆石坝,主体部分是以当地石料填筑的坝壳体,其碾压密实质量直接影响坝体施工及运营期的变形稳定。长期以来,堆石体的压实质量主要依靠挖坑测试法通过干密度指标来评估,不仅费时费力,且误差较大。依托长河坝水电站坝体堆石料的现场碾压试验,采用表面沉降法对压实质量进行评估,并与现场挖坑灌水法实测得到的密度进行对比。结果表明:采用表面沉降法计算的密度与挖坑灌水法实测密度基本吻合,现场压实质量可以通过沉降量或沉降率来控制;表面沉降法操作简单,可有效保证填筑质量,加快施工进度,为堆石体碾压特性研究提供了新的途径,具有较好的实用价值。     

水布垭面板堆石坝施工与运行性状反演研究

 利用水布垭大坝建设阶段堆石料的现场大型试验成果,以及施工期、蓄水运行期原型大坝的实际变形监测资料,采用免疫遗传算法反演得到堆石的邓肯E-B模型参数和增量流变模型参数;对施工期面板的脱空现象、初蓄水时和蓄水运行期大坝的结构性态进行验证分析;大坝长期运行特性的计算预测结果表明,大坝结构运行是安全的,我国200 m级面板坝的筑坝技术已日趋成熟。但是,由于水荷载作用下面板下卧堆石应力增长,使得蓄水运行期大坝上游堆石区的流变增加更为明显,导致面板出现挤压现象,需要引起重视。     

汶川大地震紫坪铺混凝土面板堆石坝震害现象与变形监测分析

 2008年5月12日四川汶川发生8.0级大地震,震中烈度XI度,造成地面建筑物严重破坏。紫坪铺面板堆石坝坝高156 m,距汶川地震震中17 km,是地震灾区距地震震中最近、工程规模最大的一个高坝水库工程。紫坪铺大坝受地震影响,产生了一定的变形破坏,引起学术界和工程界广泛关注。依据大坝地震后宏观变形现象和变形监测资料,对大坝堆筑体和混凝土面板的变形破坏现象进行详尽的描述和分析;在此基础上综合分析认为,大坝变形特征以沉降为主,水平位移相对较小,大坝整体处于收缩压密状态,最大沉降发生在大坝顶部,量值为900～1 000 mm,沉降与坝高之比约为0.6%,大坝坝体和下游坝坡没有产生显著破坏,大坝结构功能受地震影响较小。     

300 m级高土石心墙坝流变特性研究

300 m级高土石心墙坝的流变特性对预判坝体竣工后长期变形及沉降具有重要的意义,对于研究防渗心墙能否适应坝体长期变形并正常工作亦至关重要。依托314 m高的双江口土石心墙坝工程,使用大型高压三轴仪对上、下游堆石料进行了流变特性试验研究,研究表明当最终的应力状态一致时,堆石料的流变按照分级加载和按照单级加载得到的流变曲线随着时间的发展差异性逐渐减小,最后基本趋于一致。在试验基础上,依据流变经验模型,得出了流变分析参数,并采用三维有限元法分析了300 m级土石心墙坝的流变特征。数值分析表明流变速率对坝体工后沉降幅度影响显著,由于试验中的流变速率较之现场坝料的实际流变情况明显偏快,因此流变速率的确定还有必要依据已建工程的反分析进行修正。     

响应面法及其在混凝土面板堆石坝可靠度分析中的应用

坝体材料的物理参数和作用于坝体的荷载是随机变量,坝体的应力和变形呈现出不确定性。因此,对混凝土面板堆石坝进行可靠度分析是正确、合理的。由于面板堆石坝构造复杂,堆石材料具有非线性特性,使得这类结构的可靠度分析十分困难。将可靠度计算的响应面法与面板堆石坝应力分析的有限元法相结合分析混凝土面板的可靠度,并导出了有关公式。可靠度计算采用二次响应面法,面板堆石坝应力与变形的计算采用三维非线性有限元法。对一混凝土面板堆石坝,分析了面板的抗裂和抗压可靠度,得出了可靠指标的变化规律。与其他可靠度分析方法相比,该方法在提高计算精度和工作效率方面具有一定的优越性。     

Three-dimensional seismic response analysis of a concrete-faced rockfill dam on overburden layers

Reasonable seismic response analysis of a high rockfill dam is of great engineering significance in guiding its design and ensuring its seismic safety during operation, especially of a concrete-faced rockfill dam (CFRD) on overburden layers. The three-dimensional seismic behavior of the Miaojiaba CFRD is simulated and analyzed by the finite element method (FEM). The results indicate that: 1) the amplification coefficient along the dam axis gradually increases with the altitude, and reaches maximum at the dam crest; 2) the vertical residual deformation mainly exhibits downwards and reaches maximum near the dam crest; 3) the earthquake significantly aggravates the deformation of peripheral joints; 4) the impounding condition and overburden characteristics have great effects on the dam’s seismic response.