软岩筑沥青混凝土心墙坝的应力变形特性研究

随着沥青混凝土心墙坝的广泛应用和人们对生态环境更高的要求,利用软岩筑沥青混凝土心墙坝的情况将越来越多,该类坝的安全性也越来越受到重视。以西部某工程为例,采用非线性有限元计算方法,开展了软岩筑沥青混凝土心墙坝的应力变形特性研究。分析表明,与硬岩筑坝相比,当采用软岩筑坝时,坝体沉降变形偏大,约占坝高的1.06%,坝体与心墙变形呈明显的不均匀性,但沥青混凝土心墙防渗体发生剪切破坏、挠曲破坏和水力劈裂破坏的可能性不大,因此可认为本工程采用软岩筑沥青混凝土心墙坝是切实可行的。通过计算参数敏感性分析,表明软岩料Duncan E-B模量参数对坝体和心墙变形的影响较为明显,而对其应力影响有限。随着该参数逐渐降低,坝体沉降与不均匀变形进一步增大。据此,建议设计与施工时,应采取严格的变形控制措施,并尽量减少软岩料的变异性。     

超高心墙坝非稳定渗流三维有限元分析

水库蓄水和放空过程对土石坝渗流安全产生重要影响,300 m级超高心墙坝渗控方案是筑坝关键技术难题之一。结合300 m级砾石土心墙堆石坝工程,通过建立整体三维有限元模型,模拟大坝运行过程中水库蓄水和放空过程,分析库水位变化条件下心墙等区域的浸润面和渗透坡降变化,研究水位变化速率对坝体渗透稳定性的影响。数值模拟结果表明,蓄水时随着库水位的升高,自由面在心墙内形成陡降并自上游侧向下游侧不断发展。蓄水历时越短、水位上升速率越快,心墙内形成的浸润面越陡。放空时随着库水位的下降,心墙内水位下降有所滞后,自由面在心墙内形成凸形面。放空历时越短、水位下降速率越快,心墙内形成的凸形浸润面落差越大。     

基于微震监测的大岗山高拱坝坝踵蓄水初期变形机制研究

混凝土高拱坝坝踵是蓄水初期阶段拱坝安全的重点关注部位。通过构建国内首套高拱坝坝踵微震监测系统,实现对蓄水初期阶段大岗山拱坝坝踵区微破裂的实时监测,探究坝踵蓄水初期变形机制及其与微震活动性的关系。采用人工敲击试验确定坝踵等效P波波速为4 300 m/s,系统定位误差小于8 m。对系统获取的事件波形进行噪声滤除,并在自动定位基础上进行人工二次校核,提高定位精度,验证了微震监测技术应用于大体积混凝土工程的可行性。分析认为:蓄水初期阶段,大岗山高拱坝坝踵区微震活动性与库水位密切相关,微震事件聚集区实现从坝踵向坝趾的转移,坝踵压缩变形减小,而坝趾区变形量增加。此外,通过拱坝坝踵区微震变形演化过程,揭示了导流洞下闸蓄水前940 m高程基础廊道拱顶裂缝产生的根本诱因。研究成果可为混凝土高拱坝微震监测和真实工作性态研究提供参考。     

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。     

水泥-改性乳化沥青混凝土在大坝心墙防渗中的应用研究

改性乳化沥青混凝土是一种新型改性材料,加入水泥后,其各种力学性能优于普通乳化沥青和热沥青。通过静三轴试验、蠕变试验、渗透试验,研究水泥-改性乳化沥青混凝土在大坝心墙防渗方面的性能,其抗剪强度、变形特性、抗渗性能等满足规范要求,并具有污染低、抗渗好等优点,表明其应用于大坝心墙防渗是可行的。     

高土石坝几个问题探讨

对影响高土石坝安全的几个关键问题进行了探讨,并介绍了近年来相关领域的研究进展。分析了筑坝粗粒料尺寸效应的影响因素,联合采用室内试验、数值试验及反演分析等多种手段,较为系统地研究了粗粒料变形特性参数的尺寸效应,提出了一种由室内试验参数预测粗粒料现场变形特性参数的方法;介绍了粗粒料长期变形特性的测试方法及其发展,深入研究了流变变形的时间发展规律,提出了可广泛适用于描述粗粒料坝长期变形发展模式的对数幂流变经验模型;分析了含砾心墙土渗透特性受密度等因素的影响规律,构建了含砾心墙土非线性渗透模型,在此基础上探讨了心墙高孔隙水压力的形成机制及其对大坝安全的影响;研究了高应力、高水头作用下砾石土心墙的水力破坏模式,首次揭示了水力击穿的破坏机理,提出的水力击穿破坏判据克服了传统水力破坏判据对应力方向的依赖性,为心墙渗透安全评估与控制提供了重要依据;探讨了心墙与坝壳相互作用的演变机制以及岸坡约束作用对大坝安全的影响,进一步深化了对高土石坝变形协调问题的认识。     

某黏土心墙砂砾石坝安全监测及工程性状分析

介绍了某黏土心墙砂砾石坝的安全监测成果。由于主坝左坝肩边坡陡峭,是该工程的重点薄弱部位,特采用TS型位移计和GKD型孔隙水压力仪观测防渗心墙与岸坡混凝土接触部位的变形和渗流状态。监测成果表明,尽管该大坝的边坡满足规范要求,但仍在左坝肩心墙与混凝土垫层接触面出现了较大的变形和渗流异常,因此,认为在进行心墙坝的岸坡坡度设计时,除了应满足规范要求外,确定什么样的边坡可以防止因防渗心墙的不均匀沉降而致产生裂缝应作专门研究,应加强心墙重点部位的渗流观测,在进行黏土心墙坝的有限元计算时,对施工期和蓄水期应分别选用非饱和及饱和两套土性指标。     

毛尔盖水电站大坝表面变形监测及其分析

对毛尔盖水电站大坝表面变形进行了平面监测和水准监测,监测结果表明:上游坝面观测墩变形与蓄水有较好关联性,即库水位上升阶段变形较大,库水位稳定阶段坝面变形量减小,而下游坝面变形和廊道变形与库水位上升无明显关联;大坝表面变形特征符合土石坝施工期和初蓄期变形特征。     

某土石坝安全计算分析与评价

本文针对某高土质心墙堆石坝进行了渗流、稳定和应力变形分析。结果表明,坝体、坝基的渗漏量和渗透比降很小,浸润线位置也很低;各工况坝坡最小安全系数均达到规范要求;各工况坝体小主应力均大于0,应力水平小于1,心墙在蓄水期和运行期不会产生水力劈裂,大坝结构设计和坝料设计合理,大坝整体安全可靠,但防渗墙和廊道应力较大,需加以注意。     

江垭水库大坝及近坝山体抬升发展趋势

江垭水利枢纽工程在水库蓄水后,大坝和附近山体发生大规模的抬升现象。为了研究水库运营期间库水位变化对大坝及近坝山体抬升变形的影响规律,预测这种变形的发展趋势,利用FLAC³D进行了详尽的数值分析,揭示了水库蓄水是导致大坝及近坝山体抬升的本质原因,说明循环的蓄水和排水过程中坝基和近坝山体没有显著的不可逆抬升变形,并且预测水库在未来运营期间,最大抬升量和目前最高库水位情形下的最大抬升量应该相当。     

高心墙堆石坝坝基廊道受力特性研究

在中国水资源最为丰富的西部地区,河床覆盖层厚达数十米甚至百米,一大批土石坝正在和将在这些大江大河上建设。坝体心墙与坝基防渗墙多采用廊道这种结构型式进行连接,廊道受力条件复杂,是工程成败的关键,但是有些已建工程却出现了廊道漏水的现象,廊道开裂和结构缝破坏成为亟待解决的问题。为了对廊道受力情况和开裂规律有一个清楚的认识,分析总结了几个工程廊道的监测资料,同时基于混凝土非线性本构理论,建立有限元模型对廊道进行了数值模拟。对监测结果和数值计算结果进行对比分析之后,探讨了廊道中的结构缝问题和廊道整体的受力规律,指明了廊道中需要重点关注的易开裂部位,为廊道合理配筋提供了指导,同时为类似工程的决策提供参考。     

3D analysis of the 174-m high Quxue asphalt-core rockfill dam in a narrow canyon

The site for the high Quxue Dam has a narrow canyon with very steep abutments and complex geology in Sichuan Province, China. Various types of embankment and concrete dams were considered and an asphalt-core embankment dam (ACED), 174 m high, was selected. The asphalt core is a slender impervious element in an embankment dam and some concerns have been raised about the reliability and safety of the asphalt-core type of dams (ACEDs). This paper presents the case study of the highest asphalt core dam ever built and presents measured and numerical analyses of the core deformations. A 3D non-linear FE analysis has been performed for the Quxue Dam, and the results have been compared with those computed by a 2D analysis to study the effects of the narrow canyon. The computed results are compared with the monitoring data from dam construction and first impoundment. The maximum settlement measured inside the embankment during construction was only about 0.7 m due to the good basaltic rockfill used and the heavy compaction in layers of only 1.0 – 1.2 m thickness. The results of the 3D analysis agree well with the measured downstream displacements and the deflected shape of the thin asphalt core during impoundment, while the 2D analysis overpredicted the maximum displacement by a factor of about two. At a reservoir level 3 m below full supply level, the maximum measured downstream core displacement was only about 80 mm due to the stiff rockfill and the restraining effects of the abutments in the narrow valley.The rockfill behaviour was modelled by the constitutive relationship proposed by Duncan and Chang (1970). The rockfill parameters were determined by laboratory tests prior to construction and were adjusted to better match field observations of vertical settlements during construction. As asphalt concrete exhibits pronounced visco-elastoplastic behaviour, the material modelling was based on long-term triaxial creep tests on samples drilled out of the dam core. The performance monitoring and numerical analysis results for the record-high Quxue ACED document that the concerns expressed about the asphalt core safety and behaviour is not warranted. The asphalt core type of dam is suitable even for high ACEDs in narrow valleys with steep abutments.     

300 m级高土石心墙坝流变特性研究

300 m级高土石心墙坝的流变特性对预判坝体竣工后长期变形及沉降具有重要的意义,对于研究防渗心墙能否适应坝体长期变形并正常工作亦至关重要。依托314 m高的双江口土石心墙坝工程,使用大型高压三轴仪对上、下游堆石料进行了流变特性试验研究,研究表明当最终的应力状态一致时,堆石料的流变按照分级加载和按照单级加载得到的流变曲线随着时间的发展差异性逐渐减小,最后基本趋于一致。在试验基础上,依据流变经验模型,得出了流变分析参数,并采用三维有限元法分析了300 m级土石心墙坝的流变特征。数值分析表明流变速率对坝体工后沉降幅度影响显著,由于试验中的流变速率较之现场坝料的实际流变情况明显偏快,因此流变速率的确定还有必要依据已建工程的反分析进行修正。     

西龙池下水库坝基坝料蠕变特性试验研究

 对西龙池下水库的坝体主堆石料和坝基覆盖层料进行蠕变试验研究,对其蠕变机制和模型进行探讨,并对蠕变模型参数的影响因素和取值范围进行分析。西龙池下水库主堆石料和覆盖层料的轴向和体积蠕变特性可以用幂函数来描述,式中的模型参数可根据试验得到的蠕变特性确定。主堆石料的轴向初始蠕变a随着应力水平的提高而增大,可以用指数函数描述,其轴向蠕变指数b随着应力水平的提高而明显减小,可以用线性函数描述。根据试验成果,给出其他参数的取值范围。     

宜兴抽水蓄能电站高重力挡墙稳定性综合评价

 受地形地质条件所限，宜兴抽水蓄能电站上库主坝为一修建在斜坡上的土石坝与高重力挡墙联合作用构成的混合坝型，这种坝型为国内外较少见，高45.9 m的重力挡墙在国内外也十分少有。高挡墙在土石坝堆石的强大推力作用下，如何在斜坡上保持稳定，一直为各方所关注。根据监测资料和三维有限元数值分析结果，得到作用在高重力挡墙后的土压力大小及其分布规律，确定典型剖面上土压力的作用位置和作用方向，验证太沙基关于挡墙后土压力不是作用在传统认为的下三分点，而是作用在0.4倍左右墙高位置的论断。在此基础上，根据设计和有关规范要求分析了高重力挡墙在水库运行条件下的抗滑、抗倾稳定安全度，同时，结合挡墙及其地基的内、外部变形和受力监测资料，对高重力挡墙的稳定性做出综合评价。     

混凝土面板堆石混合坝性状的预测

对宜兴抽水蓄能电站上水库主坝施工期性状进行了监测,基于原型观测资料采用反分析对本构模型及其参数进行了验证,在此基础上,采用数值分析、土工离心模型试验和原型观测相结合的方法预测了带有坝趾挡墙的混凝土面板堆石混合坝的应力变形性状和抗滑稳定性。结果表明:混凝土面板堆石混合坝是一种适合于复杂地形条件的、特别是适合于抽水蓄能电站上水库条件的理想坝型。     

数字化施工下高心墙堆石坝结构性态精细数值模拟研究

为考虑实际施工质量对堆石坝结构性态的影响,提出了数字化施工下高心墙堆石坝结构性态精细数值模拟分析方法。首先,基于数字化施工技术估计得到了大坝任意位置处的坝料压实质量。其次,通过室内试验,建立了坝料压实质量与力学模型参数的回归关系模型,从而实现大坝任意位置处模型参数的空间估计。在此基础上,通过程序开发,实现了任意单元计算模型参数的精细赋值。最后,采用精细有限元模型实现了高心墙堆石坝应力变形的数值模拟,并采用精细扩展有限元模型实现了心墙蓄水期可能水力劈裂的预测模拟。计算结果显示该方法可以更好地反映大坝施工过程的变形情况,提高了计算的准确性。该方法充分考虑了大坝实际施工质量下坝料力学参数在空间上的差异性,克服了传统方法采用同分区相同坝料力学参数而导致的计算精度不足的弊端。     

影响沥青混合料振动压实的主要因素分析研究

沥青混合料的振动压实对沥青混凝土结构的形成起着至关重要的作用,是保证沥青混凝土防渗性能的重要环节。结合土石坝沥青混凝土心墙工程实例,介绍了沥青混合料的振动压实原理、各项工艺参数,并对影响沥青混合料振动压实的各种因素逐一进行分析。     

两向地震波作用下沥青心墙坝受力研究

地震荷载对沥青混凝土心墙坝体结构力学性能的影响是尤为突出的。本文利用势流体理论模拟水位对大坝的压力作用,并且在两向地震荷载作用下提取堤坝的位移、加速度和应力。受力分析表明：在两向地震波作用下大坝的位移、加速度和应力均有明显增加,最大位移和应力均发生在沥青心墙的中部,产生了地震沉降,心墙中部位置是受力薄弱环节,需要加固处理。     

Seismic Analysis of the Garmrood Embankment Dam with Asphaltic Concrete Core

The seismic behaviour of asphaltic concrete core dam under earthquake loads has been studied. The study consists of three parts; element tests on asphalt concrete, numerical analysis and some model tests. In the first part, a series of triaxial monotonic and cyclic tests were performed at the Norwegian Geotechnical Institute (NGI)'s laboratory to determine the geotechnical parameters of asphalt concrete. Then, numerical analyses were carried out for Garmrood dam in Iran with a height of 110 m. The different stages of construction and impounding were analyzed using a hyperbolic stress-strain model. The dynamic analysis was then performed using two different models; nonlinear elasto-plastic material model and an equivalent linear method followed by the Newmark approach to estimate the permanent displacements. Finally, some 1-g model shaking table tests were performed on a typical rockfill dam to have a qualitative picture of the modes of seismic behaviour of an asphaltic concrete core rockfill dam. Element tests result shows that the asphaltic concrete is resistant to earthquake excitations and the earthquake has to be very strong to cause any detrimental cracking or material degradation of the properties of a ductile asphaltic concrete. In addition, the obtained results from numerical analysis and model tests show the appropriate response of the dam during and after earthquake caused shaking.