考虑湿化作用的土石坝应力变形计算

针对坝体分期施工、蓄水过程,采用邓肯张E-B材料本构模型,在MIDAS GTS NX软件中实现了双线法考虑湿化作用的计算,对某砾石土心墙堆石坝进行有限元分析。对是否考虑湿化的作用对砾石土心墙堆石坝坝体和心墙的水平位移、竖直沉降、大小主应力进行比较。结果表明:是否考虑湿化作用对计算结果影响较大。双线法适用于土石坝的湿化计算,在土石坝应力变形计算中应该计入土石料的湿化效应。     

特高土心墙堆石坝坝基防渗体渗流-溶蚀特征研究

针对渗透溶蚀效应下特高土心墙堆石坝的渗流与溶蚀问题，构建了以孔隙水压力、固相钙浓度与钙离子浓度为自由度的水泥基材料渗流-溶蚀耦合模型。以长河坝工程为背景，研究了特高土心墙堆石坝的渗流溶蚀特征，探讨了渗透溶蚀效应下特高土心墙堆石坝的失效标准，预测了坝体的服役年限。渗透溶蚀效应降低了坝体的防渗能力，服役100 a后坝体浸润线逸出点将较初始时刻抬升1.95 m;随着服役年限的增加，覆盖层、副防渗墙的渗透坡降增加，心墙、主防渗墙和防渗帷幕的渗透坡降降低;水泥基材料固相钙溶蚀相对严重的区域集中在两道防渗墙中下部、固结灌浆靠下游侧及防渗帷幕，靠近复合土工膜和高塑性黏土的坝基防渗体溶蚀程度较低。从固相钙的分解率、渗透系数、渗流量、渗透坡降和边坡稳定等角度分析，认为考虑渗透溶蚀效应时长河坝的服役年限约为68.3 a，降低主防渗帷幕的初始渗透性可较为有效地延长坝体服役年限。特高土心墙堆石坝坝基水泥基结构渗透溶蚀效应不可忽视，其设计、运行及维护应充分考虑水泥基材料的渗透溶蚀效应。     

深覆盖层堆石坝静力三维有限元应力变形分析

巴底水电站沥青混凝土心墙堆石坝填筑在厚度达120 m的深厚覆盖层地基上,因此有必要研究覆盖层对坝体应力变形的影响。采用ANSYS软件对其进行静力三维有限元应力变形分析,但ANSYS中没有土石坝材料的本构模型,因此利用ANSYS提供的APDL语言二次开发平台,开发了在土石坝工程中应用广泛的邓肯-张E-B模型,对该堆石坝的应力变形进行了计算。通过计算,得到了该堆石坝的应力分布以及水平位移和沉降,经核算均满足要求。     

特高堆石坝心墙监测廊道设计关键技术初步研究

对于特高心墙堆石坝而言,受传统监测仪器适用性的影响,监测技术的可靠性亟待改善,坝体心墙监测廊道为问题的解决提供了一种新途径。以某特高心墙堆石坝(坝高315 m)为例,开展了心墙监测廊道的可行性及关键技术研究,提出了廊道结构自身安全性、刚性廊道与心墙土料及岸坡之间的变形协调性、廊道周边的防渗抗渗以及接缝止水系统的可靠性及耐久性等,是工程建设需重点解决好的关键问题。基于非连续接触算法的精细化有限元模拟方法,初步研究了廊道应力变形特性,并对今后需进一步深入研究的方向提出了建议。     

印尼某堆石坝坝体-溢洪道结构接触特性

印尼JATIGEDE黏土心墙堆石坝将溢洪道直接设置在由散粒体构成的坝体上,左右边墙直接与堆石坝黏土心墙相接,形成了国内外罕见的堆石坝坝型,坝体、溢洪道及坝体-溢洪道接触部位受力特性直接影响到工程的长期运行稳定性。基于三维非线性有限元法,在坝体渗流场分析的基础上,系统研究正常运行工况下堆石坝坝体、溢洪道结构以及坝体-溢洪道接触部位的应力、变形规律。结果表明:堆石坝坝体与溢洪道接触部位应力应变规律与常规心墙堆石坝有显著差异;坝体与溢洪道接触部位坝体土安全系数较低,应力集中明显,应力水平较高;坝体沉降、渗透比降、应力水平等均满足设计控制标准,大坝结构设计方案合理。     

狭窄河谷高面板堆石坝应力变形特性研究

河谷地形是影响混凝土面板堆石坝应力变形的重要因素之一。为研究狭窄河谷上200 m级高面板堆石坝应力变形特性,本文结合223.5 m高的猴子岩面板堆石坝,采用邓肯-张E-B模型三维非线性有限元,对该面板堆石坝竣工期和蓄水期进行应力变形分析。结果表明:竣工期和蓄水期坝体最大沉降所占坝高之比较修建在宽河谷上的高面板堆石坝小;坝体大主应力明显小于堆石体自重应力,存在明显的应力拱效应;蓄水期面板以向河谷中部挠曲变形为主,变形具有明显的空间效应;面板在左、右两岸和底部有一定的拉应力,在河谷中部存在较大范围的高压应力区。狭窄河谷上修建的高面板堆石坝除了关注面板拉应力外,应重视蓄水和后期运行过程中河谷中部高压应力区面板可能发生的局部挤压破坏。研究结果可为类似狭窄河谷上高面板堆石坝的设计提供参考。     

300 m级心墙堆石坝筑坝关键技术研究

双江口水电站是大渡河干流上游控制性水库,坝址位于两岸较陡的"V"形河谷中,大坝采用碎石土心墙堆石坝,最大坝高314 m,是世界在建的第一高坝。目前可供借鉴的300 m级心墙堆石坝筑坝经验极少,迫切需要在可研阶段对深厚覆盖层上300 m级心墙堆石坝筑坝关键技术开展全面、系统的研究。基于现有的水电工程大坝设计和科研技术,通过对筑坝材料特性、坝体及坝基变形与稳定分析理论和方法、坝体结构型式及分区设计、坝体动力反应分析及抗震措施、渗流分析及渗控措施5项专题、23个子题进行深入研究,取得一系列筑坝技术研究成果。此项研究为双江口水电站工程建设奠定了技术基础,并将进一步推动世界超高土石坝筑坝技术的发展。     

瀑布沟高心墙土石坝渗流分析

在深覆盖层地基上修建高土石坝,其防渗体系的可靠性是一项关键技术问题.防渗墙与土质防渗体连接处是抵御渗透破坏的关键部位.根据瀑布沟土石坝防渗体系的结构特点,利用有限元方法对瀑布沟土石坝进行了渗流分析.结果表明:坝体渗流与应力变形计算时,副防渗墙按40％承担水头较为合适;连接部位的渗透坡降是非均匀变化的,混凝土结构顶部的渗透坡降较大,心墙底部出口处的渗透坡降较小;坝体与两岸相接部位心墙底部渗流出口处的坡降最大.研究结论可以为类似工程提供参考和借鉴.     

水布垭水电站坝型比选施工规划

水布垭水电站位于中国湖北省醅长江支流清江上，是清江流域３级开发的第一个梯级。现正进行设计，规划１９９８年开工。水布垭大坝进行了混凝土面板堆石坝和心墙堆石坝进行了混凝土面板堆石坝和心墙堆石坝的坝型比选。混凝土面板堆石坝坝高２３３ｍ，为世界已建和在建同类型的第一高坝。心墙坝石坝坝高２２７ｍ，为中国已建和在建类型的第一高坝。大坝地处狭窄河谷，坝体高度大。挖方多，地质条件复杂，土料变化大。这些特点对施工规     

粘土心墙土石坝震后破坏机理的二维有限元分析

土石坝震后破坏机理研究是土石坝抗震研究中的关键问题之一.本文以新疆恰甫海粘土心墙土石坝为例,利用二维三角形常应变动力固结有限元程序,分析了地结束后粘土心墙土石坝坝体内部孔压场的时程变化规律及其对坝体稳定性的影.究表明,在粘土心墙土石坝震后固结过程中,受边界排水影响而产生的坝体内部压重分布以及孔压升高区域在坝体内部的迁移是导致粘土心墙土石坝发生震后坏的根本原因.本文研究结果可以为高地震烈度区粘土心墙土石坝坝体断面的合设计提供参考依据.     

沥青混凝土心墙堆石坝地震变形评价方法及其可靠度分析

沥青混凝土心墙堆石坝可就地取材,工程造价低,在我国西部强震区被广泛应用。因其工作条件复杂,且筑坝材料具有非线性特性,故其地震安全评价问题一直受到工程界的关注。因此开展地震作用下沥青混凝土心墙堆石坝的可靠度分析具有理论意义和工程应用价值。本文以坝体裂缝作为坝体地震变形破坏的判断依据,将坝体地震变形倾度作为地震安全的控制指标,建立了基于倾度法和中心点法的沥青混凝土心墙堆石坝地震变形可靠度分析方法。以某98 m高的沥青混凝土心墙堆石坝为例,进行了地震变形的可靠度分析。结果表明:基于本文沥青混凝土心墙堆石坝地震变形可靠度分析方法,获得的大坝设计基准期内的年计地震变形失效概率py=2.156×10~(-6),对应的可靠指标β=4.6,满足规范要求;采用倾度法和中心点法相结合,可以考虑坝体材料分区的影响,获得较为准确的土石坝地震变形失效概率结果,对土石坝具有普遍适用性。本文提出的土石坝坝体地震变形可靠度分析方法,可为沥青混凝土心墙堆石坝抗震设计、地震风险分析以及风险等级的建立提供依据。     

狭窄河谷中的高面板堆石坝长期应力变形计算分析

根据已建面板堆石坝的竣工后沉降变形规律和室内大型三轴流变试验结果,提出了堆石体长期变形流变模型.对建设在狭窄河谷中的九甸峡混凝土面板堆石坝进行了三维应力变形分析,考察了三维效应、堆石体流变等因素对大坝长期应力变形特性的影响.结果表明,狭窄河谷岸坡对坝体存在拱效应,减小坝体应力,同时,由于右岸坡度缓于左岸,右岸侧坝体较左岸侧存在更大的朝向河谷中心的位移.拱效应也阻碍了面板的弯曲和沉降变形,使靠近岸坡的面板接缝拉开和错动,并可能导致河床段面板中上部发生挤压破坏.坝体流变变形增大了面板挤压破坏的可能性.库水推力导致面板在挠曲的同时发生顺岸坡向拉伸,坝体的后期流变变形则可减小或改变面板的拉伸状态.     

土石坝工程领域的若干创新与发展

我国高土石坝数量居世界之首,保证高坝大库建设与长期运行安全是国家经济和公共安全保障的重大需求。系统总结了长江科学院近年来在土石坝工程领域的若干创新与发展。提出了基于“旁压模量当量密度法”的粗粒料级配相似理论试验方法;介绍了研发的系列CT三轴仪,实现了粗粒料组构要素的定量测量;提出了三轴试验中加载板与试样之间由滑动摩擦变为滚动摩擦、整体式接触变为分散式接触的减摩新方法,研发了相关减摩装置;研制了大尺寸、高压力、微摩擦、刚柔复合加载的土工真三轴仪;揭示了粗粒料真实三维应力条件下的强度与变形变化规律、湿化与蠕变变形特性;构建了粗粒料三参量非线性K-K-G剪胀模型、六参数湿化模型、九参数蠕变数学模型及相应的参数确定方法;基于当量密度法的原创思想,提出了利用旁压试验间接确定超百米级深厚覆盖层现场密度的试验方法。上述研究成果可为高土石坝工程建设提供重要科技支撑。     

峡谷地区200m级高面板堆石坝筑坝技术研究及应用

针对已建的2座200 m级高面板堆石坝出现的坝体变形大、面板裂缝多、渗漏量偏大等问题,结合洪家渡坝河谷狭窄且不对称的特点,开展了筑坝技术研究,取得了坝体变形控制集成技术、接缝止水新结构和新材料、堆石碾压和检测新工艺3、10 m高陡坝肩窄趾板新结构、安全监测新技术等一系列技术成果。大坝经4年蓄水运行考验,坝体变形小,面板裂缝少,渗漏量不大,应用效果良好。     

大角度折线型高面板堆石坝坝体和面板的应力与变形规律

为深入探索折线型高面板堆石坝的变形机理,针对某拟建水库大坝,采用有限元数值模型模拟了3个坝轴线布置方案的堆石体应力与应变、面板应力与变形及结构缝变形,分析了上述变化规律与坝轴线折角之间的非线性关系,初步探讨了大角度折线型面板堆石坝的坝体变形机理。结果表明,坝轴线转折点周边面板出现的拉应力会随着折角的增大而产生不同程度的增强;坝轴线转折处的地形条件及坝体对称性对坝体受力变形影响较大;结合地形地质条件,合理选择转折点和折角大小是折线型面板堆石坝设计的关键。     

水布垭面板堆石坝流变初步分析

工程实践表明,堆石体的变形除与应力有关外,还与时间有关,即堆石体具有流变性;进行计入时间效应的应力应变分析,将有助于人们更加全面了解面板堆石坝的性态.运用神经网络技术,通过对西北口面板坝的反馈分析获得了堆石体流变参数,并用于水布垭面板坝流变分析.结果表明,用神经网络技术对已建面板坝长期实测资料进行反馈分析是可行的;水布垭流变分析虽然仅是初步的,但其结果是比较合理的.堆石体流变对水布垭面板坝应力变形状态有一定的影响.     

高土石坝粘土心墙和复合土工膜防渗性能研究

高土石坝在静力情况下的应力、变形特性和防渗性能一直是高土石坝设计和施工的关键问题。以一座高为127.5 m的高土石坝为例,通过室内试验和三轴试验测得坝体材料的物理性质指标和邓肯张E-B模型参数,采用有限元计算方法,计算竣工期和渗流稳定期复合土工膜高土石坝坝体应力、应变和变形以及大坝渗流量,并和粘土心墙防渗计算结构进行对比,并对复合土工膜心墙是否发生水力劈裂进行判断。结果表明:由于堆石体材料的流变性,引起了坝体的竖向位移和水平位移。复合土工膜心墙与粘土心墙相比,复合土工膜对降低坝体浸润线、减小坝体孔隙水压力均有显著作用,减小幅度在50%左右,且复合土工膜不会发生水力劈裂等不利问题。     

高土石坝地震安全评价及抗震设计思考

介绍了国内外几座典型土石坝的震害表现,并对这些土石坝,特别是紫坪铺混凝土面板堆石坝的震害原因进行了详细分析.结果表明,地震导致的坝体附加变形以及坝体不同部位变形的不均匀和不协调是土石坝发生震害的主要原因,土石坝的各类不同材料的接触带以及河谷地形突变处是发生震害的主要部位,在大坝设计施工时需特别予以关注.最后,对高土石坝安全评价和抗震设计方法提出了若干建议,并特别指出,考虑到地震的随机性和高土石坝安全的绝对重要性,有必要研究高土石坝的极限抗震能力.     

基于库盘变形的高混凝土拱坝变形分析方法研究

在常规混凝土高拱坝变形性态研究中,对远坝区库盘变形影响考虑不足,导致坝体变形计算结果与监测数值存在差异。通过建立大范围的库盘有限元模型,在研究合理建模范围的基础上,提出了库盘变形作用对坝体变形性态影响的分析方法。以某高混凝土双曲拱坝河床坝段为研究对象,联合库盘有限元模型和近坝区有限元模型模拟了库盘变形对坝体变形的影响。研究结果表明：当库区基岩岩性较差时,高坝大库工程的库盘变形对坝体变形影响明显,而且考虑库盘变形作用而得到的坝体变形值更接近实测资料。     

高土石坝中接触问题研究进展

从试验研究、本构模型和数值模拟3个方面对国内外高土石坝接触问题的主要研究成果及不足之处进行简要总结和回顾,简要分析了高土石坝接触问题研究中应重点关注的问题。在此基础上,建议今后对高土石坝接触问题研究应注重高应力循环荷载作用下的试验研究、整体离心模型试验研究、渗透破坏试验研究及基于直接约束的接触力学分析方法。