滑坡堰塞坝坝体溃决机理与溃决实验研究综述

相对于人工土石坝,天然形成的滑坡堰塞坝缺少加固、防渗及泄洪等工程措施来稳定堰塞湖水位,坝体结构不稳定、基础资料缺乏,发生的溃决现象具有突发性强、几率高、危险性大、排险处理紧迫的特点,亟需深入系统的研究.作者结合国内外堰塞坝形成及其溃决问题的研究现状,介绍了滑坡堰塞坝与人工土石坝的溃决特性、滑坡堰塞坝的溃决模式及寿命特征,以及滑坡堰塞坝溃决特性的物理模型试验研究、原型观测及大比尺现场试验研究、梯级滑坡堰塞坝溃决特性试验研究进展.最后提出了关于堰塞坝溃决机理、堰塞湖处置、溃决模式、原型及模型试验比尺效应、溃决过程原型监测预警等方面建议的研究方向.     

四川安县肖家桥堰塞湖稳定性初步评估

 四川省安县肖家桥堰塞湖是“5·12”汶川地震形成的高危堰塞湖之一,堰塞体高65～75 m,体积约250万m3,堰塞湖最大库容约2 000万m3。将三维激光扫描技术应用于堰塞湖地形测量中,迅速而准确获得堰塞坝的地形信息,为堰塞湖除险设计及稳定性评估提供重要依据。在现场利用三维激光雷达技术地形测绘和初步地质勘察的基础上,经过新旧地形图对比,指出有利于堰塞体稳定的结构性因素;通过经验与反演方法确定堰塞体的物理力学指标,经渗流计算与稳定分析,排除堰塞体坝坡失稳及管涌潜蚀两种溃决模式发生的可能性,指出肖家桥堰塞湖溃决模式可能以漫顶冲刷为主。     

基于DEM的滑坡堆积堰塞湖过程数值研究

天然堰塞湖容易溃决形成洪水威胁下游群众的生命和财产的安全。对堰塞湖的堆积过程进行研究,对堰塞湖体除险加固具有非常重要的意义。通过离散单元法的EDEM软件,构建了离散元模型数值模拟堰塞体的形成过程及最后形成的堰塞体。在建模过程中,参考实际情况,在计量可接受的的范围内,对模型进行简化,选择合理的几何参数、颗粒粒径组成及颗粒接触模型参数,建立可靠的建模,以便对堰塞体不同坡高、不同坡角条件下形成的颗粒堆积体形状及粒径分布进行分析。     

唐家山滑坡堵江机制及堰塞坝溃坝模式分析

 在对唐家山滑坡及其堰塞坝现场进行详尽地质调查结果基础上,结合早期(地震前)资料开展研究,结果表明,该滑坡形成及堵江过程可概括为：顺层岸坡结构地震诱发→滑坡体前缘剪切、后缘拉裂→高速下滑、形成气浪、前缘刨蚀河床、对岸阻化隆起→后缘边坡坐落下滑→堰塞堵江。对堰塞坝体地质结构、不同水位条件下堰塞坝整体及上下游部位不同工况稳定性分析表明,堰塞坝以沟槽部位表层松散体水流逐级淘刷的“溢流破坏”方式为特点,整体溃坝可能性小。     

超高心墙坝非稳定渗流三维有限元分析

水库蓄水和放空过程对土石坝渗流安全产生重要影响,300 m级超高心墙坝渗控方案是筑坝关键技术难题之一。结合300 m级砾石土心墙堆石坝工程,通过建立整体三维有限元模型,模拟大坝运行过程中水库蓄水和放空过程,分析库水位变化条件下心墙等区域的浸润面和渗透坡降变化,研究水位变化速率对坝体渗透稳定性的影响。数值模拟结果表明,蓄水时随着库水位的升高,自由面在心墙内形成陡降并自上游侧向下游侧不断发展。蓄水历时越短、水位上升速率越快,心墙内形成的浸润面越陡。放空时随着库水位的下降,心墙内水位下降有所滞后,自由面在心墙内形成凸形面。放空历时越短、水位下降速率越快,心墙内形成的凸形浸润面落差越大。     

言家山堰塞湖库区马铃岩滑坡地震复活效应及其稳定性研究

马铃岩滑坡位于唐家山堰塞湖内上游约4km的通口河左岸,在堰塞湖抢险过程中备受关注。在对滑坡基本地质条件和地震前、后变形破坏迹象现场地质调查基础上,对震后、尤其是唐家山堰塞湖形成后滑坡稳定性进行了系统分析和计算。计算结果表明,各种不同工况下震后滑坡整体稳定,只是靠上游侧前缘受地震、堰塞湖蓄水及泄水水位骤降等因素影响存在局部失稳,马铃岩滑坡不会对下游唐家山堰塞坝溃坝以及未来堰塞湖综合治理工程产生不利影响,但震后重建工作中应注意靠上游侧滑坡体前缘一带不稳定对坡体上数十户居民造成的潜在危害。就马铃岩及地震重灾区其他古滑坡体而言,地震对大型古滑坡复活主要受控于其地形坡度及微地貌特征,地形坡度40°以上以及由缓变陡的转折部位是古滑坡整体或局部容易被地震触发失稳的充分条件,并非所有的古滑坡体均会被地震诱发而整体复活。     

双塔水库大坝渗流反演分析与特征水位渗流计算研究

结合双塔水库大坝现场检查以及地质勘探情况,通过渗流观测资料分析对坝体渗漏成因进行了分析,通过Auto Bank软件建立平面典型断面有限元模型,通过参数渗流参数反演分析调整了本次计算的渗透系数,计算得到浸润线规律符合一般均质坝分布。并进行了特征水位下稳定渗流计算分析,计算结果表明心墙下游侧出逸点偏高,并未自心墙与坝基接触部位形成出逸,坝脚出逸处渗透坡降满足要求。     

唐家山堰塞湖库区马铃岩滑坡地震复活效应及其稳定性研究

 马铃岩滑坡位于唐家山堰塞湖内上游约4 km的通口河左岸,在堰塞湖抢险过程中备受关注。在对滑坡基本地质条件和地震前、后变形破坏迹象现场地质调查基础上,对震后、尤其是唐家山堰塞湖形成后滑坡稳定性进行了系统分析和计算。计算结果表明,各种不同工况下震后滑坡整体稳定,只是靠上游侧前缘受地震、堰塞湖蓄水及泄水水位骤降等因素影响存在局部失稳,马铃岩滑坡不会对下游唐家山堰塞坝溃坝以及未来堰塞湖综合治理工程产生不利影响,但震后重建工作中应注意靠上游侧滑坡体前缘一带不稳定对坡体上数十户居民造成的潜在危害。就马铃岩及地震重灾区其他古滑坡体而言,地震对大型古滑坡复活主要受控于其地形坡度及微地貌特征,地形坡度40°以上以及由缓变陡的转折部位是古滑坡整体或局部容易被地震触发失稳的充分条件,并非所有的古滑坡体均会被地震诱发而整体复活。     

砂砾石与黏土的接触冲刷试验研究

覆盖层中的接触冲刷破坏是工程界越来越关注的渗透破坏问题,砂砾石与黏土的接触面易发生接触冲刷,因此有必要对其主要影响因素进行深入研究。通过竖向和水平向接触冲刷渗透试验分析成层土中砂砾石干密度和级配对砂砾石与黏性土的接触冲刷的影响规律及接触冲刷发生的过程。试验结果表明,砂砾石与黏土的接触冲刷破坏过程分为稳定阶段、过渡阶段和破坏阶段,渗透破坏刚开始发生时即稳定阶段与过渡阶段的交界点对应的水力坡降称为启动坡降,渗透破坏充分发展时即过渡阶段与破坏阶段的交界点对应的水力坡降称为破坏坡降。接触冲刷的发生主要受砂砾石的干密度和级配影响。砂砾石的干密度越大,试样整体渗透性越小,发生接触冲刷的启动坡降和破坏坡降就越大。随着砂砾石级配的变粗,试样整体渗透性变大,发生接触冲刷的启动坡降和破坏坡降变小。相同条件下与竖向渗流相比,水平向渗流接触冲刷的渗透系数更大,破坏坡降更小。     

第四届中国水利水电岩土力学与工程学术讨论会暨第七届全国水利工程渗流学术研讨会征文通知(一号通知)

会议主要研讨水利水电岩土力学与工程以及渗流力学的基本理论、实践探索、新技术和新方法等,具体征文内容包括以下12个方面:①岩土基本性质和测试技术;②岩土工程数值仿真与物理模拟技术;③渗流理论与工程应用;④土动力学与地震工程;⑤特殊土(黄土、膨胀土等)工程技术;⑥土石坝与堤防工程;⑦隧道(洞)与地下工程;⑧边坡工程;⑨基础工程与地基处理;⑩环境岩土工程与地质灾害防治;○11重大     

不同竖向应力和剪切位移下砂砾石与砂双层土渗透试验

目前很多高土石坝直接坐落在覆盖层上,修建坝体后,会使坝基覆盖层产生较大的应力和剪切位移,对覆盖层的渗透稳定有极大的影响。因此有必要开展考虑应力和剪切位移影响的坝基覆盖层渗透特性试验研究。利用粗粒土大型高压水平渗透仪,考虑竖向应力和剪切位移的影响,对砂砾石和砂双层土进行渗透试验研究,探讨了砂砾石和砂双层土试样的渗透性和抗渗坡降随竖向应力和剪切位移的变化规律,将渗透破坏的发生和发展分为稳定、过渡和破坏三个阶段。试验结果表明:随着竖向应力的增大,砂砾石和砂双层土的渗透系数逐渐减小,而细颗粒的启动坡降和试样的破坏坡降则逐渐增大。随着剪切位移的增大,砂砾石和砂双层土的整体渗透系数先减小后增大,破坏坡降先增大,后迅速减小。无剪切位移以及剪切位移较小时,细颗粒的启动坡降和试样的破坏坡降之间的过渡阶段较长;而发生大的剪切位移后,启动坡降和破坏坡降之间的过渡阶段大大缩短,达到启动坡降后很快就会出现渗透破坏。     

流固耦合的多元结构深厚覆盖层透水地基的力学特性

深厚覆盖层多元结构坝基在渗流过程中各土层力学差异明显,分析时关注的具体问题也不尽相同,需要深入研究。基于比奥固结理论,考虑土体的非线性流变以及土体固结变形过程中孔隙度、渗透系数、弹性模量及泊松比的变化;借助ADINA流固耦合模块来模拟西藏达嘎水电站坝基渗流场与应力场耦合过程,分析各层力学特性及相互作用。研究表明,透水性较强的表层土体是渗流主要通道,也是渗流进出区和沉降变形体现区,应在上游采取措施提高其压缩模量,下游区域增设反滤层和排水设施;坝基中的粉细砂层是坝基沉降的主要原因,对坝基沉降起主导作用,同时应注意其液化特性对坝基的不利影响;坝基中的承压含水土层对下游上部结构产生向上顶托力,若位置较深,则破坏性较小;坝基深部土层对整个坝基的渗流破坏影响较小,但对沉降和渗流量的影响不可忽视;表层砂卵砾石层和粉细砂层的渗透系数相差较小时,土层间不会发生接触冲刷。此外,还发现坝基孔隙水压力在快速衰减阶段被消散,期间土体固结较快。垂直防渗墙能有效降低渗透坡降和渗流量,将坝基沉降变形控制在防渗墙上游区域,但上游坝基变形对防渗墙产生较大的水平推力,应加大防渗墙尺寸或者采用辅助渗控措施。     

拉哇水电站上游围堰渗流与应力变形动态耦合仿真分析

深厚低渗透土层天然地基上的土石围堰基础中,常常需要采用碎石桩等处理措施缩短固结排水距离,以控制堰基超孔隙水压力的累计幅度,加速其消散速度,从而减小堰基的变形,提高防渗体系的结构安全性和堰基的抗滑稳定性。基于拉哇水电站上游围堰设计论证和优化的需要,发展了围堰填筑和基坑开挖全过程渗流与应力变形耦合的二维和三维有限元仿真方法,并在LinkFEA软件中实现,成功用于拉哇上游围堰的计算分析。主要基于二维模型,介绍了二维模型中考虑三维绕渗效应、耦合计算中水中填筑与开挖边界条件处理、防渗墙与碎石桩施工仿真,二维模型中碎石桩与土复合地基的等效概化、低渗透土层的渗透系数随着压密而变化模拟等方面的方法,进行了拉哇上游围堰从地基初始应力计算、土体填筑与结构物施工、基坑开挖的全过程的渗流与应力变形的耦合计算,并对围堰戗堤填筑完成和堰体填筑完成两个典型时刻堰基的孔隙水压力、位移和土层与桩中的应力情况进行了分析。     

岩体水力劈裂非稳定渗流影响机制初探

 水力劈裂是石油开采、土石坝安全控制、原位地应力测试、隧洞突涌水防治等中的常见突出问题。首先,构建一维非稳定渗流模型,推导其解析解,并将水力劈裂关键因素水压力、水力梯度随时间的变化规律与有限元模拟结果进行对比,从而证明该理论解的正确性。其次,非稳定渗流结果与稳定渗流对比表明,在非稳定渗流状态下水压突增时刻,靠进水口处水力梯度最大,而趋于稳定状态时,水力梯度逐渐减小并最终达到稳定。同时,渗透性越小,高水力梯度作用时间越长,岩体发生水力劈裂的危险性越大。因此,采用非稳定渗流研究岩体水力劈裂作用机制是十分必要的。     

金佛山沥青混凝土心墙坝二维渗流计算分析

渗透水流将会对土石坝的坝体以及坝基渗透破坏产生巨大的危害性。本文依托金佛山水电站工程,根据沥青混凝土心墙堆石坝方案的地质条件及渗流控制特点,建立了平面有限元计算分析模型,模拟了坝体和坝基在不同水位组合条件下的渗流场,重点研究了其渗透破坏的可能性,并且对防渗帷幕和坝基渗透系数的敏感性进行了分析。计算分析结果表明:各种水位组合下,沥青混凝土心墙及防渗帷幕起主要的阻水作用,防渗帷幕的水力比降较大,其安全稳定性需要重视。渗流场分布对防渗帷幕及坝基渗透系数不敏感,而渗流流量相对敏感。     

多层堤基中土层结构变化对管涌影响的试验研究

不同土层结构的堤基,管涌的发生和发展情形不同。利用室内试验,通过改变下伏砂层内夹砂层的级配组成,对3种不同夹砂层的多层堤基进行了管涌破坏过程的模拟,研究了不同颗粒级配组成的夹砂层对管涌发生及发展过程和机理的影响。试验结果表明,多层堤基夹砂层均为细砂时,承受的水压力较大,临界水力梯度较高,一旦发生管涌破坏后其渗透流量、涌砂量以及破坏范围都比较大,所以此类堤基发生管涌破坏时具有一定的突然性和剧烈性,应及早采取防治措施;夹砂层均为粗砂时,管涌破坏时的情形与双层堤基类似,管涌破坏的范围局限于砂砾层顶部,破坏深度有限;夹砂层为细砾时,发生管涌破坏的临界水力梯度较小,管涌破坏程度逐步增加且破坏速度较快,由于涌砂量较大容易使堤基产生明显的渗透变形。     

混凝土重力坝稳定渗流场数值模拟研究

利用热传导与水渗流的相似性,运用大型通用软件ANSYS的热分析模块对混凝土重力坝稳定渗流场进行模拟计算。以青海省某混凝土重力坝非溢流坝坝段为算例,在ANSYS计算过程中,采用死活单元技术,并对过渡区的单元进行传导矩阵修正,运用自由面适应网格方法,得到渗流场分布。为验证计算结果的准确性,将ANSYS结果与传统渗流分析软件Seep／W结果进行比较,结果表明ANSYS热分析模块对混凝土重力坝稳定渗流场进行数值模拟计算的可用性。     

深厚覆盖层中弱透水层厚度及连续性对渗流场的影响

中国西北地区的深厚覆盖层坝基中常存在厚度不均和不连续的弱透水层,弱透水层的厚度、不连续形式及开口大小对坝基渗流场有一定的影响,其规律需要深入研究。基于非饱和土渗流理论,借助Seep/w进行渗流求解,探讨中间位置处弱透水层的厚度及连续性对单宽渗流量和出逸坡降的影响规律,并结合工程实例进行对比分析。研究表明:单宽渗流量和出逸坡降都随着中间位置处弱透水层厚度的增加而降低;弱透水层厚度对采用半封闭式防渗墙控渗时的渗流场影响最大,悬挂式防渗墙次之,全封闭式防渗墙最小。开口在上游的弱透水层与防渗墙形成的半封闭式联合防渗体系的控渗效果最好,开口在下游的弱透水层次之,防渗墙上下游都存在开口时效果最差。单宽渗流量和出逸坡降随弱透水层上游开口长度的增加而增大,但开口长度对渗流场影响不显著,其原因在于各防渗体系下上游弱透水层仅起到微弱的隔水作用。建议防渗墙和下游弱透水层形成半封闭式联合防渗体系,避免防渗墙上下游弱透水层均存在缺口的不利情况。基于监测值和模拟值得出的误差满足规范要求,表明采用的计算方法和得出的结论皆可靠。     

高压旋喷灌浆法在截污防渗治理工程中的应用

介绍了防渗堤坝的修筑方法及坝基防渗处理方案的选择，阐述了高压旋喷法的设计及施工流程，重点说明了高压旋喷的施工技术要点，有效地解决了基岩上部覆盖土层的渗漏问题。