糯扎渡大坝坝料现场压实特性及心墙安全性研究

心墙拱效应是心墙堆石坝设计中需关注的重点问题之一,拱效应对心墙的应力变形及抗水力劈裂特性影响较大。在对糯扎渡高心墙堆石坝的坝料现场检测成果进行分析的基础上,对现场填筑坝料的工程特性进行了室内试验研究,根据试验成果拟定了心墙料与堆石料模量差别较大的计算参数,据此进行了大坝应力变形有限元计算,对心墙的变形、应力、抗水力劈裂安全性进行了深入分析,根据研究成果提出了对大坝设计及施工方面的建议。     

心墙相变砾质土工程特性及寒区冬季施工防冻控温研究

寒区砾质土心墙堆石坝冬季施工面临着心墙土料冻结与融化问题。通常冬季心墙填筑采用摊铺保温材料以防止土料冻结，但易干扰施工，导致有效填筑时间缩短。本文利用相变材料（Phase Change Material，PCM）的相变储放热性能，制备了心墙相变砾质土，用于寒区冬季砾质土心墙控温防冻。通过渗透试验、无侧限抗压试验、三轴试验、热常数试验及温控试验等，研究不同PCM掺量下心墙相变砾质土工程特性和防冻控温性能。试验结果发现，相变砾质土的无侧限抗压强度、抗剪强度和抗渗性能均随PCM掺量的增加而显著提高；随着PCM掺量的增加，相变砾质土导热系数及比热下降。在室内控温箱试验验证相变传热模型有效性的基础上，开展了心墙相变砾质土施工控温有限元模拟，分析了不同施工环境温度（最低温-5℃、-8℃和-10℃）工况下心墙相变砾质土的温控效果，发现6% PCM掺量的相变砾质土在最低温-5℃施工环境下保证土体不发生冻结；采用提高制备温度和上层铺筑联合控温措施，可保证最低温-10℃施工环境下心墙连续高效填筑；与常规砾质土相比，相变砾质土可延长心墙冬季施工时间，改善了心墙砾质土防冻性能，为心墙土料冬季施工防冻提供了一种潜在选择。     

沥青混凝土心墙堆石坝有限元数值分析

基于邓肯-张E-B材料本构模型,采用大型通用有限元软件ADNIA,对某沥青混凝土堆石坝进行了应力变形有限元计算,以便研究其应力应变特性.并在计算结果的基础上对沥青混凝土心墙的邓肯-张材料模型参数杨式模量、凝聚力、体积模量等进行了敏感性分析.坝体有限元计算结果表明:坝体上、下游坝坡附近小范围内出现拉应力;坝体应力在心墙附近有突变,出现了拱效应;各参数的变化对心墙的应力应变影响程度不一,其中杨式模量K、杨式模量指数n属于高敏感性参数,而体积模量指数m为低敏感性参数.为确保大坝安全,在上、下游坝坡采取必要的护坡措施,同时在大坝填筑施工时应适当提高上、下游坝坡附近坝体的压实标准;为保证心墙的稳定安全,适当调整沥青混凝土的配合比,并根据试验计算调整心墙的变形模量,使之和过渡料的模量协调一致,尽量减小沉降差异带来的不利影响.     

不同掺砾量对黏土心墙的影响

为考察西南地区某黏土心墙坝在不同心墙掺砾水平下心墙的工作性态与安全情况,进而确定心墙坝掺砾施工方案,采用三维有限元方法,在不同的掺砾量水平之下,充分考虑掺砾量的增加对心墙渗透性与变形强度的影响,采用双线法计算各掺砾方案下的湿化变形,研究了大坝完建期及蓄水运行时心墙水平与竖向位移的变化规律,同时采用拱效应系数分析心墙拱效应的变化情况。研究结果表明:当掺砾量控制在50%以下时,伴随掺砾量增加,心墙的沉降变形减少,顺河流向变形减少,使心墙拱效应得到改善;当掺砾量大于50%时,掺砾对心墙的沉降变形与拱效应的抑制作用减弱,同时心墙顺河流向变形量增加。鉴于对于黏土心墙工作性态的综合考虑,建议相应工程中心墙料掺砾量宜小于50%。     

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。     

砂土ＵＨ模型在土石坝有限元分析中的应用

利用砂土ＵＨ模型对两岔河水库工程心墙堆石坝进行了应力变形三维有限元计算,分析了坝体在竣工期和满蓄期的应力变形特性。结果显示:坝体在竣工期和满蓄期的最大沉降分别为７３．８ｃｍ和７７．７ｃｍ;坝体在竣工期和满蓄期的大主应力、小主应力均存在拱效应,大主应力的拱效应更显著,心墙内小主应力均为正,未出现拉应力;竣工期和满蓄期防渗墙左右两侧小主应力出现了拉应力区,防渗墙最大拉应力和压应力均在混凝土强度容许范围内。大坝应力变形的计算结果符合心墙堆石坝应力变形一般规律。有限元计算结果均在合理范围内,表明砂土ＵＨ模型在土石坝工程中有较好的适用性。     

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。     

小浪底土石坝心墙拱效应分析

结合小浪底大坝监测资料,基于有效应力算法,采用一个能表征心墙拱效应强弱的评价指标,对大坝心墙拱效应进行计算。结果表明:施工期拱效应系数变化较稳定,竖向范围内坝体上部的拱效应比下部显著,同一高程拱效应系数中间部位最小,向上游和向下游逐渐增大,土压力呈马鞍形分布,心墙中部附近土压力最小;运行期同一高程拱效应从上游到下游依次减弱,拱效应系数主要受库水位和土体固结排水因素的影响,短期内受库水位影响大,长期则受土体固结排水的影响,拱效应系数的变化与库水位变化正相关,从总体趋势看,拱效应系数在缓慢减小;所有测点拱效应系数均大于零,说明坝体处于安全状态。     

300m级超高斜心墙和直心墙堆石坝应力变形分析

为了优化设计和安全评价,对某300 m级超高直心墙堆石坝和作为比较方案的斜心墙堆石坝进行了三维有限元应力变形计算。对坝体堆石料采用邓肯张E-B非线性弹性模型,对高塑性黏土与混凝土结构接触面采用Goodman单元模型,分43级荷载对坝体的施工和蓄水过程进行模拟,比较分析两种坝型在蓄水期坝体和心墙的应力和变形性状。结果表明,相对直心墙方案,斜心墙方案计算所得坝体的最大水平位移相对较小,垂直沉降较大。斜心墙方案下心墙两岸坝肩处高应力水平区域有所减小,可以适当改善心墙上游面单元的应力和变形条件。斜心墙方案下心墙的拱效应相对较弱,其抗水力劈裂的性能稍好。     

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。     

300m级超高土质心墙坝的长期变形特性研究

 目前国内即将列项修建的 300 m 级高土质心墙坝,在高应力状态下,坝料的长期变形特性对坝体的沉降影响大。为研究 300 m 级超高土质心墙坝的长期变形特性,采用长江科学院九参数幂级数流变本构模型及其试验参数,对 300 m 级高土质心墙坝填筑过程及流变过程进行数值模拟。计算得到的流变位移约为 47 cm 左右,考虑了流变后的变形会更真实反映实际坝体的运行状况。     

反滤层对高心墙堆石坝拱效应影响研究

心墙与坝壳间不均匀沉降可导致心墙内产生拱效应,反滤层变形模量高于相邻的心墙料及过渡料致使拱效应强烈,分析心墙拱效应并通过合理措施降低其影响极为重要。以某心墙堆石坝为例,采用有限元法计算了反滤料变形模量及反滤层新结构对坝体应力应变及心墙拱效应的影响。计算结果表明:采用低变形模量反滤料或在反滤层内分级填筑高塑性黏土,均可增加反滤层沉降,有效减小沉降差,削减拱效应。心墙的沉降差、应力变化率、拱效应强弱呈现较高的一致性,皆在1/2坝高附近最大。拱效应系数最小值随反滤料变形模量降低而增大。内部填筑黏土可使反滤料最大沉降增加0.47 m,使心墙拱效应系数最小值提升至0.683,相当于反滤料变形模量降低25%时的模拟结果。因施工时难以获取低变形模量反滤材料,故提出的反滤层改善结构具有较高的工程应用价值。     

基于变异粒子群算法的大坝土料流变参数反演——以观音岩混合坝为例

观音岩水电站混合坝在竣工后发生了较大的流变变形,导致土石坝坝段在蓄水一个月后出现了裂缝。为分析坝体裂缝产生的原因,采用并行变异粒子群算法,根据观音岩混合坝竣工后的坝体沉降观测数据反演了筑坝堆石料和心墙料的流变参数。进一步根据反演参数进行了坝体的三维有限元计算,分析和预测了大坝在蓄水期和运行期的变形特性。结果表明,较大的蓄水期不均匀沉降及较大的坝体流变变形是坝体产生裂缝的主要原因。     

金平水电站沥青混凝土心墙堆石坝设计

金平水电站沥青混凝土心墙堆石坝坝高91.5 m,坝址覆盖层很厚,设计中对坝基进行振冲碎石桩加固,采用一道全封闭混凝土墙防渗.坝坡稳定采用毕肖普法和瑞典圆弧法计算,坝体和坝基的应力和变形采用三维有限元增量法计算.     

高混凝土面板堆石坝流变机理及长期变形预测

对于面板堆石坝,面板的变形主要取决于堆石体变形,如果堆石体变形过大,就会使面板产生裂缝,从而影响其防渗性能,甚至危及坝体的稳定。由于堆石体流变变形的复杂性,影响的因素很多,因此仅仅通过室内试验很难从本质上反映其流变机理和特性,除了试样尺寸与现场的巨大差异引起的缩尺效应误差之外,就是平行试验成果间也会出现差异。回顾了近年来关于堆石体流变机理方面的一些研究进展,介绍了揭示堆石体流变细观机理的两个流变模型,即基于组构理论的流变模型和基于随机散粒体不连续变形理论的流变模型。最后结合正在建设中的水布垭高面板堆石坝进行了流变分析,预测了大坝完建后的流变变形,计算结果表明,考虑流变效应的最大沉降为2.53m,此值基本处在设计的预测范围之内。     

高砾石土心墙坝心墙料加工技术

砾石土心墙堆石坝已逐渐成为世界高坝建设的主流坝型之一,砾石土心墙料加工是大坝施工的关键环节之一。从砾石土的筛分、级配骨料的加工、心墙料的掺合三个环节介绍了高砾石土心墙坝心墙料加工技术．对于高砾石土心墙坝施工具有指导意义。     

高砾石土心墙坝心墙料加工技术

砾石土心墙堆石坝已逐渐成为世界高坝建设的主流坝型之一,砾石土心墙料加工是大坝施工的关键环节之一。从砾石土的筛分、级配骨料的加工、心墙料的掺合三个环节介绍了高砾石土心墙坝心墙料加工技术,对于高砾石土心墙坝施工具有指导意义。     

新疆EDG水库沥青混凝土心墙坝三维有限元分析

采用邓肯-张E~μ模型对EDG水库大坝进行了三维非线性有限元静力分析,通过对沥青混凝土心墙坝的应力与应变分析,研究满蓄期砂砾料坝体的应力、位移分布。结果表明:大坝变形量值和分布规律基本合理,应力应变均在合理范围,大坝安全稳定。     

两河口水电站心墙防渗料掺砾试验

为改善作为心墙防渗料的含砾低液限黏土的强度和变形性质,对两河口水电站300 m级心墙堆石坝防渗料进行掺砾研究,分别进行了击实试验和力学性质试验。试验结果表明:随着掺砾比增大,心墙防渗料的最大干密度逐渐增大,最优含水率逐渐减小;掺砾比为40%的心墙防渗料的变形和强度性质较好,临界水力梯度最高;掺砾比为30%和40%的心墙防渗料的渗透系数更接近规范要求。推荐两河口水电站心墙堆石坝心墙防渗料的掺砾比为40%。     

基于施工全过程参数的堆石坝掺砾土心墙压实质量实时评价

料源参数和施工参数是影响掺砾土心墙压实质量的重要因素。针对当前研究中料源参数被局限于掺砾土,且施工参数考虑不全面,缺乏掺拌参数,不能客观实时评价仓面压实质量的问题,提出了一种基于双向极限学习机(Bidirectional extreme learning machine, B-ELM)算法,综合考虑施工全过程参数的掺砾土心墙压实质量实时评价模型。研究模型将掺砾土心墙碾压填筑施工过程中土料参数、石料参数等料源参数,掺拌参数、碾压参数等施工参数和气象参数作为模型的输入参数,采用B-ELM算法构建压实质量实时评价模型,将该模型嵌入堆石坝碾压施工质量实时监控系统中,可以实现压实质量的实时评价。结合西南某在建的掺砾土心墙堆石坝,采用本文提出的压实质量实时评价模型,实现了对碾压施工单元压实质量的实时评价。此外,将该模型与基于掺砾土料源参数的压实质量评价模型进行对比,结果表明,二者在精度上具有一致性,该模型在鲁棒性上具有优越性,并且可以实现压实质量的实时评价;与现场实测压实度比较分析,该模型对压实度评价更为准确和稳定。研究成果可为碾压堆石坝施工技术和设计工作提供参考。