深覆盖层上壤土心墙土石混合坝三维有限元应力变形分析

在深覆盖层上修建高土石坝,当采用两道混凝土防渗墙时,防渗墙与坝体、坝基的联合作用会使得防渗墙和心墙的应力和变形变得更为复杂。采用稳定渗流有限元分析,确定作用在心墙和防渗墙上的水荷载,建立坝体和坝基的三维有限元模型,采用非线性邓肯-张模型,计算了施工期和运行期坝体应力和变形,分析了深厚覆盖层上采用两道防渗墙的坝体和防渗墙的应力变形特性,评价坝体和混凝土防渗墙的稳定和安全,并提出该类防渗墙的施工建议。     

高土石坝建设的若干应用基础研究问题

筑坝材料的静、动力工程特性与土石坝静力和地震动力分析及评价方法研究是岩土力学的重要内容，岩土力学随土石坝建设的发展而发展。本文总结了高土石坝建设发展的一些新情况和新趋势，提出了若干需要重点研究的应用基础问题，包括：覆盖层工程力学特性研究；粗粒料工程力学特性试验模拟方法研究；复杂高应力下筑坝材料的变形和强度特性研究；土石坝堆石料长期变形问题研究；覆盖层与上部建筑物相互作用的数值分析方法研究；高土石坝综合评价方法和评价标准研究；覆盖层处理技术研究；高土石坝抗震研究等。     

混凝土防渗墙墙体材料及接头型式的研究

建在深厚覆盖层上的高土石坝，其防渗墙及接头型式是基础处理的关键技术问题之一。高强低弹刚性混凝土防渗墙墙体材料的３０、３５、４０、４５与５０ＭＰａ５个系列，经在冶勒水电站现场试验，完全满足深度１００ｍ的混凝土防渗墙浇筑工艺要求，具备在工程中初步推广应用的条件；低弹中强和低弹低强塑性混凝土，在小浪底工程上游围堰（深６８ｍ）应用成功；覆盖层上高土石坝的全弹塑性模型的有限元计算程序，在瀑布沟工程防渗墙接头     

深覆盖层上土石坝竣工期坝体及防渗墙应力应变分析

在深覆盖层上修建土石坝,坝基的渗流控制是首要问题,防渗体系的选择尤为重要,坝体填筑料与防渗墙材料往往不同,应力应变特性复杂。为此,本文以某深覆盖层上均质土石坝为例,采用三维有限元方法开展数值分析,模型中采用Duncan-Chang双曲线本构模型,对坝体及混凝土防渗墙进行模拟计算。结果表明:坝体最大位移出现在坝体中下部,坝体与防渗墙接触面顶部区域填筑料位移较小,防渗墙最大水平位移出现在墙体中下部;坝体均受压应力,坝体与防渗墙接触面应力变化明显,防渗墙最大应力出现在墙体中下部。     

高土石坝廊道与防渗墙定向支座连接型式研究

建在深厚覆盖层上的高土石坝,混凝土廊道与防渗墙的应力变形性状十分复杂,针对深厚覆盖层上高土石坝防渗体系的受力特点,提出对廊道与防渗墙之间可设置定向支座连接型式,并开展了有限元分析,研究了刚接、定向支座两种不同的连接型式以及定向支座接头嵌固时机对防渗墙应力变形的影响。结果表明:定向支座型式的主要优点是在完建期允许防渗墙能自由伸入廊道,与防渗墙顶端刚接廊道的传统结构型式相比,能充分减小上部坝体的巨大自重经过廊道传递给防渗墙的压应力;防渗墙顶端蓄水前受到一定的压应力是有益的,可避免防渗墙在水压力作用下产生较大的拉应力;提出对于定向支座连接型式,应在坝体填筑到一定高度后将廊道与防渗墙顶端嵌固起来,使得蓄水后防渗墙的拉压应力处于合理范围内。     

土石坝坝基塑性混凝土防渗墙应力变形分析

建造在透水深覆盖层上的土石坝,坝基常设有混凝土防渗墙,而现今塑性混凝土防渗墙越来越受到人们的关注.因此,如何确定塑性混凝土防渗墙的应力状态是一个很具有实际价值的问题.结合实际工程,根据塑性混凝土防渗墙自身的特点,采用非线性土体单元、面-面接触单元进行模拟,计算结果可为土石坝的安全设计提供依据.     

深覆盖层沥青混凝土心墙坝及防渗墙动力特性分析

本文采用了有效的地震输入方式和等效粘弹性奉构模型，对深覆盖层（147．95m）沥青混凝土心墙土石坝进行了有限元动态特性分析，研究了强震区深覆盖层问题中坝体及防渗墙的应力和变形。分析结果表明：坝体在地震作用下不会出现严重地震破坏，但不能排除坝体发生局部裂缝的可能性；防渗墙存在应力集中区，应对这些区域进行局部加固。     

深厚覆盖层上超深防渗墙细部设计问题探讨

超深防渗墙细部设计是深厚覆盖层上修建土石坝防渗处理的关键性问题。为此,在归纳总结国内外已建工程中超深覆盖层上防渗墙设计和建设经验的基础上,提出坝基防渗墙的设计中几点需要关注的问题,包括采用刚性墙还是塑性墙问题、防渗墙上下游侧的处理问题、封闭式防渗墙入岩深度问题、防渗墙顶部是否布设钢筋问题。针对这些问题在设计中需要注意以下几方面:(1)应根据数值计算的应力和变形指标确定钢塑性选择标准,加大研究塑性混凝土墙并推广应用;(2)结合有限元数值计算,分析防渗墙顶部一定范围内与两侧覆盖层之间的应力状况,评价防渗墙的上下游设置固结灌浆的必要性;(3)入岩深度的确定要结合岩石的坚硬完整性或岩石的破碎程度考虑;(4)防渗墙应力指标作为防渗墙顶部墙内特定范围内是否设置钢筋笼的标准。     

深厚覆盖层上土石坝防渗墙损伤开裂精细化分析及防渗功能评价

混凝土防渗墙是覆盖层上土石坝坝基的关键防渗结构,由于防渗墙与覆盖层的刚度和尺度差异巨大,通常的数值分析方法难以保证精度,且现有基于强度的安全评价方法,无法适应防渗墙作为防渗结构而非承载结构的功能评价要求。本文提出了比例边界元-有限元耦合跨尺度离散、塑性损伤模型和内聚力模型分离描述压损伤和受拉开裂、破损后防渗功能目标评价的精细化分析方法,实现了深厚覆盖层上土石坝防渗墙的性态演化评价。研究结果表明：超深覆盖层上悬挂式防渗墙在两岸底部因近似垂直于岸坡的高压应力发生压损伤,类“外伸梁”的面内弯曲变形使靠近防渗墙两岸的顶部和底部区域产生坝轴向高拉应力导致槽段间出现竖向裂缝;在防渗墙两岸的上游侧局部设置辅助防渗措施,可有效降低防渗墙破损后的渗流量。本文方法揭示了混凝土防渗墙的损伤开裂模式,定位了防渗墙薄弱区域,评价了防渗墙损伤开裂对防渗功能的影响,量化防渗措施效果,实现了防渗墙从传统承载能力评价到功能性态评价的跨越,可为深厚覆盖层上土石坝防渗墙的安全评价和设计优化提供理论和技术支持。     

高土石坝坝基廊道实测钢筋应力监测成果分析

黄金坪水电站坝基廊道座落在深厚覆盖层上,作为坝基防渗墙与沥青混凝土心墙之间的连接体,其受力状态十分复杂。基于实测监测数据,对黄金坪水电站坝基廊道施工期及蓄水初期钢筋应力监测成果进行了分析和总结,并对高土石坝坝基廊道配筋设计及运行期监测提出了建议。     

真实水荷载对混凝土强度影响的试验研究

为了了解混凝土材料在水环境中的力学性能，本文试验研究了混凝土在水中及三轴应力状态下的抗压强度特性。试验在大型多功能静动三轴仪上进行，混凝土试件采用Φ100mm×200mm圆柱体试件，试验中考虑了不同的水荷载作用方式、围压和湿度含量的影响。试验的水荷载作用方式分为机械围压(试件密封)和真实水围压(试件不密封)两种。围压大小分别为0、2和4MPa。为了确定湿度对混凝土强度的影响，进行了干燥和饱和两种湿度混凝土的三轴压缩试验，并进行对比。试验研究表明，试件密封条件下，干燥和饱和混凝土的强度均随围压增加且效应明显，但干燥混凝土比饱和混凝土的围压效应更显著；在试件不密封条件下，混凝土三轴强度比密封条件下的强度低。试件不密封条件下，饱和混凝土的三轴强度接近其单轴强度，但干燥混凝土强度降低较大。文中还基于混凝土内部孔隙水压力和外部水荷载的相互作用机理，对试验结果进行了初步解释。     

基于广义塑性模型的加筋面板堆石坝数值模拟

为研究地震作用对混凝土面板堆石坝采用的混凝土是否加筋有何影响,基于堆石料的静动力大三轴试验结果,构造了能考虑剪应力水平影响和堆石料颗粒破碎的一个简洁塑性模量表达式,建立了适用于堆石料的广义塑性本构模型。本构模型模拟曲线与三轴静动力试验曲线的对比结果表明:该模型能较好地模拟堆石料在低围压下的剪胀性和高围压下的剪缩性,以及在循环荷载作用下的滞回效应、硬化特性和循环致密性等复杂应力状态。此外,利用该模型的高面板堆石坝动力有限元计算结果表明:加筋前后地震加速度和永久变形的分布规律一致。加筋对大坝的地震反应加速度影响较小,却可有效地减小大坝的地震永久变形;加筋对顺河向地震永久变形的抑制作用大于震陷。加筋间距越小,大坝的地震永久变形越小,但地震永久变形的减小幅度逐渐降低。研究成果可为混凝土面板堆石坝的施工设计提供参考。     

近断层脉冲型地震动对深厚覆盖层上高土石坝动力响应的影响研究

近年来,近断层地震动引起了工程界的密切关注,水工方面的相关研究主要集中在混凝土重力坝,对高土石坝的研究甚少,尤其是近断层脉冲型地震动的影响尚不明确。因此,结合我国西部强震区一些已建和拟建在深厚覆盖层上的高土石坝,开展脉冲型地震动对高土石坝抗震安全的影响研究是十分必要的。采用弹塑性本构模型进行有限元计算,对比分析脉冲型与非脉冲型地震动作用下大坝的动力响应。结果发现,脉冲型地震动对深厚覆盖层上高土石坝的加速度响应有一定影响,并使坝体在极短的持时内产生较大的坝体变形,不利于大坝安全。因此,建议在强震区、深厚覆盖层上修建高土石坝时,将近断层脉冲型地震动作用下的大坝抗震安全评价作为一个关键环节。     

锦屏二级水电站围堰塑性混凝土防渗墙施工与质量控制

塑性混凝土防渗墙具有抗压强度低,弹性模量小,极限应变大的特点,在荷载作用下墙内应力和应变均很低,不仅能够适应外力作用下抗拉和抗剪应力带来的墙体变形,具有良好的力学性能,而且水泥用量小,具有较好的技术经济指标。因此,塑性混凝土防渗墙在国内外水利水电围堰工程中得到广泛应用。通过塑性混凝土防渗墙技术在雅砻江锦屏二级水电站拦河闸坝围堰工程中的应用,介绍了"钻劈法"成槽工艺、施工技术要点及混凝土质量控制重点。     

粗粒土的湿化变形规律研究

为了研究粗粒土的湿化变形规律,给土石坝蓄水后的变形计算提供依据,在综合分析前人“单线法”湿化试验成果的基础上,将湿化轴向应变分为由围压引起的应变和由偏应力引起的应变两部分,同样也将湿化体积应变分为由围压引起的应变和由偏应力引起的应变两部分,总结相应的规律,提出湿化变形计算公式。然后,结合不同学者的试验数据对文中提出的湿化变形计算公式进行验证。结果表明,堆石料湿化变形计算中,围压引起的湿化轴向应变与围压成幂函数关系,围压引起的湿化体变为轴变的 3 倍,偏压引起的湿化轴变与应力水平成双曲线关系,偏压引起的湿化体变与轴变成比例。通过数据拟合可知,文中提出的湿化变形公式与试验数据符合较好,可用于土石坝湿化变形计算中。     

深埋锦屏大理岩力学特性与能量演化研究

与浅层岩体相比,深层岩体赋存环境更为复杂,导致其力学特性与常见的浅部岩体存在较大差异。锦屏二级隧洞工程最大埋深超过2 500 m,其引水隧洞最高地应力达70 MPa,开展高应力条件下硬岩的力学特性研究,具有重要的理论价值和现实意义。采用四川大学MTS815岩石力学试验系统对取自2 400 m深的锦屏大理岩开展单轴和三轴压缩等系列静态力学试验。试验结果表明:锦屏大理岩的单轴抗压强度为180.43 MPa,随围压的增长,大理岩表现出“脆-延-塑”力学特征,围压32.0 MPa为分界点;同时,起裂应力、损伤应力和峰值应力均具有相似的增长趋势,所定义的脆性指标的下降趋势逐渐趋于平缓;低围压下,弹性能在峰前占主导,而高围压下,耗散能增长更为显著,弹性能峰前峰后差值减小,表现出更为明显的塑性特征。研究结果为准确描述深层岩石力学行为、确保深部工程稳定性提供了一定的理论基础。     

塑性混凝土双轴受压性能与破坏准则

基于塑性混凝土立方体试件的双轴压缩试验,研究了塑性混凝土的双轴受压性能和破坏准则。结果表明:当应力比较小时,塑性混凝土双轴受压破坏形态与单轴受压相似;随应力比增加,双轴受压破坏面龟裂现象明显;双轴受压下的塑性混凝土抗压强度显著提高,是单轴抗压强度的1.77~4.72倍;随应力比的增大,塑性混凝土抗压强度先增大后减小,应力比0.75时抗压强度的提高最大;单轴抗压强度越高,双轴受压时塑性混凝土抗压强度的增长越小。塑性混凝土八面体正应力应变曲线、剪应力应变曲线的斜率随应力比的增加有增大的趋势,其变形随抗压强度的增加有所降低。双轴受压各应力比下的八面体剪应力与正应力之间均具有线性关系,其斜率随应力比的增加逐渐降低。通过对试验结果的分析,建立了双轴受压下塑性混凝土抗压强度的包线方程以及双参数、三参数及考虑加载路径影响的破坏准则。     

塑性混凝土立方体和圆柱体试件的力学特性数值模拟研究

为研究塑性混凝土立方体和圆柱体试件力学特性的差异,采用 FLAC3D 有限差分软件模拟了塑性混凝土单轴压缩试验,数值模拟得到的塑性混凝土单轴应力 - 应变关系与试验结果基本一致,说明采用 FLAC3D 开展塑性混凝土力学特性数值分析是可行的。在此基础上,分别开展了立方体和圆柱体塑性混凝土试件的三轴试验数值模拟,获得了塑性混凝土试件应力 - 应变曲线、峰值强度和峰值应变,并分析了两种试件位移云图。研究表明在相同参数下立方体试件峰值强度普遍比圆柱体试件偏大,峰值强度随着围压近似线性增长。     

多轴受力下混凝土强度和变形的试验研究

为模拟二滩高拱坝混凝土的复杂受力状况,利用研制的多功能真三轴加压装置,进行了混凝土试件的双轴、三轴受压,一轴受拉另一轴或另二轴受压下的强度和变形的试验研究。根据试验成果建立了双轴、三轴各应力问关系的回归方程及应力与应变关系式。本项研究为校核二滩高拱坝混凝土的安全度、为高拱坝设计中考虑混凝土的力学特性提供了数据。