心墙水力劈裂机理的离心模型试验研究

针对土石坝心墙水力劈裂机理问题的研究，提出并采用了直立土柱试样结合离心模型试验的方法，对心墙发生水力劈裂的条件和过程进行了分析研究。试验结果表明，当土柱上游侧外水压力大于土体压力时，土柱将产生水力劈裂，并最终产生渗透破坏。因此，在心墙土石坝工程中，由于坝壳对心墙拱作用所导致的心墙土压力小于外部库水压力将是产生心墙水力劈裂的根本原因。     

心墙水力劈裂机理的离心模型试验研究

采用直立土柱试样进行离心模型试验的方法，对心墙发生水力劈裂的条件和过程进行了研究。试验结果表明，当土柱上游侧外水压力大于土体压力时，土柱将产生水力劈裂，并最终产生渗透破坏。因此，在心墙土石坝工程中，由于坝壳对心墙拱作用所导致的心墙土压力小于外部库水压力将是产生心墙水力劈裂的根本原因。     

心墙堆石坝的水力劈裂分析

水力劈裂的常用计算方法分有效应力法和总应力法，但其计算结果却常有很大差异。本文详细分析了它们产生差异的原因，认为应该用心墙外水压力是否超过心墙上游面处土中的中主应力来判别水力劈裂的发生可能。提出应用有效应力法计算心墙堆石坝初期有效应力和水压力，通过叠加得到总应力，再与心墙前水压力比较来判别是否发生水力劈裂。该方法可以反映心墙渗透性、饱和度、库水位上升速度等对水力劈裂的影响。这样，通过控制这些因素就可避免水力劈裂的发生。最后通过实例计算表明了该方法的合理性。     

高砾石含量心墙土的水力破坏试验研究

心墙水力破坏是高心墙堆石坝主要安全问题之一,采用中型应力路径三轴仪开展高砾石含量心墙土的水力破坏试验,研究了围压、砾石含量和注水速率等因素对其特性的影响,提出了砾石土内部组成的抽象模型和高砾石含量下水力击穿破坏的发生机理,并探讨了水力击穿演进过程及其与水力劈裂的联系。结果表明:试样在偏应力作用下固结后,通过试样中心预置的水流通道不断提高试样内部水压力,当内部水压力升至略高于围压时,试样出现水力破坏;以注入试样中的水量大幅度增加,但注水压力不增加时对应的内部水压力作为水力破坏压力,其与围压的比值随砾石含量的增大而减小,并随围压和注水速率的增大而增大;试验在高砾石含量范围内(砾石含量35%~50%),试样破坏时外表面有分散出水点,破坏路径在试样内部呈不规则线,水力破坏模式为水力击穿。     

新疆托帕水库沥青混凝土心墙坝应力变形分析

采用三维非线性有限元软件，用邓肯E-B模型作为坝体及心墙的本构模型，根据心墙模型参数室内三轴试验结果，对托帕沥青混凝土心墙堆石坝进行应力变形分析，模拟大坝施工和蓄水过程，分析坝体沉降过程及心墙水力劈裂可能性。结果表明：坝体在竣工期最大沉降值为26.8 cm,现场监测最大沉降为20.5 cm,计算模型准确；预测蓄水期坝体的沉降为27.6 cm,其占最大坝高0.45%,小于1%,坝体沉降符合规范要求；心墙与上、下游过渡料之间变形不协调，最大沉降差分别为5.4 mm和7.3 mm,导致内部存在拱效应，但其上游面最小主应力大于水压力，其发生水力劈裂的可能性极小。     

高土石坝心墙水力破坏机制研究进展

心墙是高土石坝防渗体系的关键部位,在高库水压力的作用下,心墙可能产生水力破坏从而造成过量渗漏乃至溃坝的严重后果。预防心墙水力破坏的关键在于揭示心墙中初始渗漏通道的产生机理和条件。水力劈裂曾被广泛认为是心墙中初始渗漏通道的产生原因,简要回顾了土石坝黏土心墙水力劈裂研究的进展,讨论了水力劈裂理论在解释土石坝黏土心墙水力破坏机制方面的不足。近年来,在心墙压实黏土的剪切渗流特性研究方面取得了新进展,发现严重超固结的压实黏土在剪切后会形成高渗透性剪切带的试验事实。在此基础上提出了高土石坝黏土心墙水力破坏的剪切渗透弱面机制。触发剪切渗漏弱面的应力条件较传统水力劈裂判别的应力条件更容易满足,并且预测的渗漏位置更符合工程实际,因此在实际工程设计中应更重视高渗透性剪切带的评价和处置。     

心墙水力劈裂的总应力法分析

固结排水试验参数是有效应力法计算模型参数,用作总应力法计算时,只适用于心墙内孔压完全消散的情况。实际上心墙在施工期内仍存在较大的孔压,如果采用现有的总应力法计算,由于使用了饱和土固结排水试验模型参数,夸大了心墙水力劈裂的可能性。为此,提出了用非饱和心墙料做固结不排水试验得出总应力法计算模型参数的改进方法。通过对水力劈裂机理的探讨,提出了一种新的水力劈裂判断标准,即用心墙内紧靠上游表面的单元的组合应力与心墙前库水压力进行比较来判定。通过双江口堆石坝非饱和掺砾心墙料的固结不排水试验,进行了总应力法计算及水力劈裂分析,验证了观点的合理性。     

心墙坝水力劈裂判别方法分析

水力劈裂对心墙坝的蓄水期安全有较大的影响,现在主要通过有效应力法和总应力法进行计算分析判定,本文结合瀑布沟心墙堆石坝,运用这两种方法对心墙进行分析,对比它们存在的差别。根据监测分析结果,总应力法更具有合理性,此外,心墙上游侧较大应力水平可能产生剪切破坏,加剧水力劈裂的影响。     

前坪水库大坝应力变形及抗水力劈裂研究

心墙土料与坝壳砂卵砾石料、堆石料模量差别较大,为研究大坝心墙拱效应对心墙的应力变形及抗水力劈裂的影响,根据大坝材料分区及坝基地质情况,考虑施工填筑及蓄水过程分级加载,采用非线性邓肯-张模型对大坝应力变形进行研究分析,对前坪水库心墙的应力变形、抗水力劈裂进行分析。计算结果表明,坝体应力和变形分布符合一般规律,坝体最大竖向沉降发生在1/2～2/3坝高范围内,考虑心墙拱效应后,心墙抗水力劈裂是安全的。同时,结合已建工程经验,在大坝易出现裂缝部位可采取填筑高塑性土等工程措施,防止因裂缝而引发集中渗流破坏,避免心墙与基岩面产生裂缝。     

沥青混凝土心墙坝力学性能数值模拟研究

针对新疆某沥青混凝土心墙堆石坝进行了有限元数值模拟计算,坝体主应力和心墙轴线主应力比的计算结果表明:堆石体坝壳大、小主应力最大值均出现在坝底部中轴线两侧;满蓄期上游坝壳的大、小主应力比竣工期小;随着坝高的增加,沥青混凝土心墙的主应力比有增大趋势。根据计算结果对心墙的水力劈裂进行了判别,结果表明:心墙竖向应力均大于水压力,沥青混凝土心墙不会发生水力劈裂。     

高混凝土坝考虑水表面张力影响的水力劈裂研究

水力劈裂是200m以上高混凝土坝、高碾压混凝土坝需要重点关注的安全隐患。为深入研究高混凝土坝的水力劈裂机理,研发了一种新型混凝土高压水劈裂试件,利用该试件进行了相同条件下水力劈裂及气压劈裂对比试验。研究表明,在静态加压条件下,混凝土发生破坏的水力劈裂水压显著大于气压劈裂的气压,混凝土断裂过程区中水的表面张力对裂缝扩展有抵抗作用。基于试验,提出了水表面张力抵抗劈裂作用的表达式,利用混凝土断裂力学中的裂纹尖端应力强度因子法,构建了考虑水表面张力作用的混凝土水力劈裂模型,该模型计算结果与试验结果吻合良好。应用水表面张力模型分析200m级重力坝水力劈裂影响,可进一步改进考虑高压水劈裂的特高混凝土坝设计。     

重力坝坝踵裂缝水力劈裂耦合分析

大坝运行期间,重力坝坝踵裂缝在较高水头作用下易发生水力劈裂破坏。建立扩展有限元法框架下重力坝坝踵裂缝水力劈裂耦合数值模型,并采用扩展有限元法模拟水力劈裂耦合作用下重力坝坝踵裂缝扩展过程。计算结果表明:重力坝坝踵初始裂缝逐渐向坝基底部扩展,且裂缝扩展方向朝向下游;无水力劈裂作用下的裂缝开裂角大于水力劈裂作用下的,无水力劈裂耦合作用下的裂缝开裂角小于水力劈裂耦合作用下的;重力坝坝踵裂缝扩展前,裂缝内水压力基本与边界水压力相同,当裂缝开始扩展时,裂缝内水压力会降低,而后裂缝张开宽度不断增大,裂缝内水压力又会变成边界全水头;裂缝水力劈裂导致裂尖Ⅰ型应力强度因子增大,降低了重力坝裂缝的稳定性。研究结果可为重力坝坝踵裂缝水力劈裂防治提供理论依据。     

新疆某碾压式沥青混凝土心墙坝设计

某碾压式沥青混凝土心墙砂砾石坝建在新疆高寒地区,介绍了该沥青混凝土心墙轴线、心墙厚度、过渡层厚度的确定及心墙与坝基防渗体的连接方式,并对其进行了坝体三维有限元应力应变静力分析。结果表明:相对于浇筑式沥青混凝土心墙、土料心墙等坝型,碾压式沥青混凝土心墙坝宜选择较厚的过渡层,以利于心墙施工控制;心墙厚度主要取决于坝体高度和坝壳料可能的变形情况。经综合评价,该坝变形协调性良好,应力分布基本合理,沥青混凝土心墙不会发生水力劈裂和拉裂破坏,坝体结构布局较为合理。     

土坝水力劈裂的离心模型试验及其分析

本文介绍了深截水槽心墙砂壳坝的离心模型试验及其有限元数值模拟的结果，截水槽两侧的混凝土基座内设有水管。以模拟Ｔｅｔｏｎ坝基岩内裂隙的作用，数值分析用有效应力法，同时采用双屈服面弹塑性模型和损伤断裂模型，分析所得的应力和变形与实测值有一定出入，但两者的基本趋势一致，试验与分析结果均表明，虽然截水槽内拱效应很明显，但无水力劈裂迹象，由此得出结论，深截水槽心墙坝并不见得一定有水力劈裂的危险，流行的总应力     

裂隙岩体水力劈裂临界水压力试验研究

许多水工建筑物建于基岩上,天然岩体大多存在节理裂隙,在高水压力作用下易发生水力劈裂破坏。为研究裂隙岩体的水力劈裂特性,以水泥砂浆代替岩石、制作预制裂缝试样,研制了高压水密封装置和水压力加载系统,开展了不同缝长和缝宽的砂浆试件水力劈裂试验研究,测定了预制裂缝起裂临界水压力、水力劈裂临界水压力,分析了两者关系,提出了预测表达式。试验结果表明,试件水力劈裂临界水压力为0.441~1.542 MPa,相同条件下,试件水力劈裂临界水压力与初始缝长及缝宽呈负相关关系;预制裂缝起裂临界水压力与水力劈裂临界水压力比值为61.57%~64.17%,与预制裂缝初始缝长和缝宽无关。应用应力强度因子计算公式,综合试验结果,分析得到了考虑预制裂缝宽度影响的裂缝起裂临界水压力和试件水力劈裂临界水压力的计算表达式。     

沥青混凝土在剪胀条件下的水力劈裂模型试验研究

随着沥青混凝土心墙坝坝高的增加,在高压水下心墙是否会发生水力劈裂越来越引起工程界的重视。已有试验表明,沥青混凝土孔隙率很小且沥青不会传递水压力,所以沥青混凝土的水力劈裂一般可以不考虑。但在实际工程中,剪胀会导致沥青混凝土孔隙率的增加,由此是否会引发水力劈裂问题尚不清楚。本文针对某工程进行了孔隙率增大后沥青混凝土的水力劈裂模型试验,结果表明,在孔隙率增大及局部拉应力作用下有发生水力劈裂的可能,说明针对实际工程中沥青混凝土可能发生的缺陷进行水力劈裂论证是必要的。