深覆盖层上混凝土面板堆石坝的离心模型试验研究

采用离心模型试验研究了新疆察汗乌苏砂砾石面板坝在施工期和蓄水期坝体及混凝土防渗墙的变形。针对混凝土面板堆石坝的特点和离心模型试验的要求,试验中采用等量替代方法对原型砂砾石材料进行了缩尺,并提出了根据弯曲相似原则确定混凝土面板和混凝土防渗墙的模拟方法。试验采用应变片和激光位移传感器对于40 m深砂卵砾石覆盖层中的防渗墙进行了观测,并与数值计算的结果进行了比较。研究表明离心模拟试验可以较好地揭示坝体和防渗墙在竣工期和蓄水期的变形特点,有助于验证数值分析结果并为设计和施工提供参考依据。     

河谷形状对深覆盖层上面板堆石坝变形的影响

采用非线性有限元分析方法,建立了坝体和坝基的三维有限元模型,通过改变岸坡坡度,对深厚覆盖层上面板堆石坝的坝体及面板变形的变化规律进行计算分析。研究了河谷形状和深覆盖层对面板堆石坝的变形特性的影响。研究结果表明:建在深厚覆盖层上的面板堆石坝,坝基覆盖层对上部坝体的沉降变形有明显的影响,坝体和坝基的沉降数值随着岸坡坡度的逐渐变缓而增大;面板底部的最大挠度较建在基岩上的有所增大,而且随着岸坡坡度的变缓,也呈现出逐渐增大的趋势。     

深覆盖层上面板堆石坝防渗墙应力变形性状影响因素的研究

采用数值分析方法对深覆盖层上混凝土面板堆石坝的防渗墙应力变形性状进行了研究。研究了覆盖层特性、防渗墙混凝土特性、防渗墙施工顺序、防渗墙与坝趾之间距离和防渗墙形状对于面板堆石坝防渗墙应力变形性状的影响。总结出一些规律并提出相应的工程建议。     

梅溪覆盖层上混凝土面板堆石坝流变变形反馈分析及安全性研究

在整理分析覆盖层上面板堆石坝变形观测资料的基础上,对坝体堆石料模型计算参数及流变模型参数进行反馈分析。根据反馈分析得到的计算结果,采用双屈服面弹塑性模型,用三维有限元法分析研究坝体、坝基、混凝土面板、防渗墙和趾板应力及变形的分布规律,得出了有价值的计算分析结果,论证了该坝运行期间的安全性。通过对该坝的流变计算,得出坝体、坝基流变变形较小,而且基本趋于稳定的结论。     

河口村水库面板堆石坝沉降时效特性研究

通过对河口村水库面板堆石坝沉降时效特性分析,探讨了坝基、坝体、大坝整体沉降变形特性,指出三者的沉降变形与坝基地质条件、填筑高程及时间密切相关,随着堆石坝坝高逐渐增加,最大沉降量约占坝高的0.72%,整体沉降变形量符合一般土石坝沉降变形规律。     

软土基坑施工优化离心模型试验

以上海五坊园三期基坑工程为依托,开展了两组不同开挖分区方式的基坑开挖离心模型试验,通过测定不同开挖分区和支护方式对应的基坑围护结构变形规律及周边地层变形规律,探讨了开挖分区和支护方式对基坑开挖扰动效应的影响。试验结果表明:不同开挖分区工况下围护结构变形均随开挖深度的增大而增加,墙后地表沉降呈现勺子形分布并随距离的增加而减小;开挖分区工况对围护墙的内力变形影响较大,分区开挖有效控制了围护结构以及坑外土层的变形,后期开挖基坑对先期开挖完成基坑的地下连续墙弯矩和变形影响较小。先期较大面积开挖产生的弯矩和侧向位移均大于开挖面积较小工况的值,且较小分区面积对于远处地表沉降约束较好。     

面板堆石坝深覆盖层处理技术研究及在河口村水库工程中的应用

深覆盖层上的面板堆石坝通常采用面板—趾板—连接板—防渗墙的防渗系统。由于连接板、趾板及坝体修筑在覆盖层上,填筑和蓄水期引起的覆盖层变形对防渗体接缝位移影响较大。因此,坝基覆盖层处理质量是保证工程安全的关键。针对坝基覆盖层处理问题,结合河口村水库工程,制定了固结灌浆、旋喷桩等多种坝基处理方案。采用非线性有限元法,系统研究了各坝基处理方案对坝体和防渗体接缝变形的影响。计算结果表明,对于固结灌浆和高压旋喷桩,两种方案均能满足设计要求。然而,固结灌浆方案实施困难,且效果不明显,很难达到预期的设计目标。最终选用高压旋喷桩方案,并提出了分区渐变式的新型布置形式。长期现场监测资料表明,加密区能有效降低防渗系统变形,处理后的覆盖层变形较小。     

深覆盖层上土石坝心墙与防渗墙连接型式研究

深厚覆盖层上建造的土石坝常采用封闭式防渗系统。当心墙坝防渗系统坝体采用沥青混凝土心墙、坝基采用封闭式防渗墙时,心墙混凝土基座、防渗墙与相邻土体之间将产生不均匀沉降,易引起基座混凝土断裂和坝壳及覆盖层土体剪切破坏。针对心墙坝坝体心墙与坝基防渗墙合理的连接型式问题,结合某水库工程,采用非线性有限元法,建立三维有限元模型,分析研究了心墙基座与防渗墙不同连接型式下坝体与坝基的变形和应力。通过坝体和坝基的变形协调分析以及心墙基座和防渗墙的应力分析,推荐了合理的连接型式,即深厚覆盖层上沥青混凝土心墙坝坝基采用封闭式防渗墙时,宜采用心墙基座与防渗墙间预留空隙的连接型式,其空隙大小与坝基覆盖层厚度及其力学特性以及防渗墙弹性模量有关,需经计算分析确定。     

紫坪铺面板坝加速度地震反应振动台模型试验研究

混凝土面板堆石坝的加速度地震反应是其设计和运行中参考的主要依据之一。由于数值方法难以准确模拟土石填筑材料的复杂特性,振动台模型试验被应用于高面板坝坝体的加速度地震反应研究。本文通过对紫坪铺面板堆石坝的大型振动台三维模型试验,得到不同地震动工况下加速度在坝体中的分布以及加速度放大倍数沿坝高的分布。研究发现,在输入加速度幅值较低时坝体的加速度放大倍数最大值出现在0.8倍坝高左右,放大倍数随着输入地震动幅值的增大而减小,并且放大倍数极值出现位置逐渐上移到坝顶。相同高程测点的加速度反应,下游坡面最大,坝体内部加速度小于坝体表面加速度。     

高面板堆石坝施工期上游坡面变形规律研究

结合龙背湾水电站混凝土面板堆石坝工程施工实际情况,采用三维有限元分析方法模拟面板坝施工过程中挤压边墙的变形发展过程,分析研究面板堆石坝施工期坝体变形规律和受坝体变形而导致挤压边墙变形的发展规律。依据监测资料,对施工期挤压边墙变形进行了系统分析,并通过对比大坝三维仿真分析计算结果及实测数据,验证了对大坝进行三维仿真分析的合理性。根据大坝三维计算的结果对大坝填筑方案进行了优化,计算结果表明优化坝体填筑顺序后,施工期挤压边墙的变形有明显减小。     

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。     

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。     

洪家渡200m级高面板堆石坝变形控制技术

针对已建200 m级高面板堆石坝出现的问题,结合洪家渡坝工程特点,开展了坝体变形特性及控制技术研究。探讨了200 m高坝变形规律与特点,从筑坝材料选择、堆石结构分区及填筑施工等方面进行坝体变形控制,提出了堆石预沉降控制量化指标,提高堆石压实度、坝内陡边坡整形与设增模碾压区、填筑施工总体平衡上升等变形控制集成技术,并应用于洪家渡坝,取得了坝体变形小、面板无结构性裂缝和坝体渗漏量小的良好效果。     

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。     

面板堆石坝性状的初步统计分析

在很多情况下面板堆石坝已经成为优选坝型,但其设计很大程度上仍然依赖于工程经验。目前很少有文献基于大量工程实例数据对面板堆石坝的性状展开研究。收集和统计过去50 a已建的87个面板堆石坝的建设信息和性状监测记录,从统计学的角度分析面板坝性状特征。基于工程实测数据对填筑完工后坝顶沉降、面板挠度和应力、竣工时坝体最大沉降进行统计分析和规律总结。重点讨论了堆石母岩饱和状态抗压强度、地基特性、河谷形状和渗流对大坝性状的影响。结果可以进一步加强对面板堆石坝性状的深入理解,同时为面板堆石坝的设计、施工和运行管理提供指导和参考。     

岩坡开挖形态对贴坡型堆石坝变形与应力的影响

 为充分利用地形优势并减少坝基开挖量,将混凝土面板堆石坝建于条形山脊上,依天然坡面分别贴岩坡填筑堆石料,使原山体成为坝体一部分,形成贴坡型混凝土面板堆石坝。贴坡型堆石坝在岩坡与堆石料接触部位易产生应力集中,以及下游坝体位移相对较大,易导致下游坝体整体滑动,影响大坝的安全。采用下游岩坡开挖成阶梯形态来改善坝体下游的应力与变形性状,并用有限元法数值分析对坝体下游阶梯型岩坡与直线型岩坡的应力与变形性状进行分析比较。论证坝体下游开挖成阶梯型岩坡替代直线型岩坡的技术合理性,建议贴坡型混凝土面板堆石坝采用下游岩坡开挖成阶梯型更为有利;同时探讨坝体下游坝坡采用阶梯开挖时坡角对坝体应力与变形的影响。     

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。     

高沥青混凝土心墙受拉特性的简化力学分析方法

目前,沥青混凝土心墙受力变形特性研究尚缺乏简化的分析方法。针对高沥青混凝土心墙存在严重的受拉现象,探讨了心墙产生拉应力的机理,结合拱结构的特殊传力机制,提出了减小心墙拉应力的构想,即将直线型心墙堆石坝设计成曲线型心墙堆石坝;基于Winkler弹性地基直梁和曲梁理论,构建了直线型心墙和曲线型心墙的简化力学分析模型;借助该模型分析了坝高和堆石料模量对直线型心墙的挠曲变形和拉应力(弯矩)的影响,考察了曲线型心墙减小其内部拉应力的效果。研究表明,建立的简化力学分析模型能够较好地反映心墙的受力变形特性;直线型心墙端部存在较大的拉应力,坝高越高和堆石料模量越小,心墙端部的拉应力越大,心墙产生拉破坏的风险越大;曲线型心墙借助挠曲变形使其轴线缩短和将横向荷载部分转化成轴向压荷载以减小弯矩以及增大轴向压力达到减小其端部拉应力的目的,曲线型心墙相较于直线型心墙拉应力减小约42.7%,显著改善了心墙的受拉特性,增强了心墙的安全性。