瀑布沟大坝砾石土心墙施工期拱效应监测分析

 施工期高堆石坝心墙内部出现过高的拱效应,容易使蓄水期大坝发生水力劈裂而引起集中渗漏,分析评价高心墙坝施工期拱效应特征,对后期蓄水进度以及后续的国内高心墙坝建设具有指导性意义。以瀑布沟大坝施工期砾石土心墙应力监测资料为基础,结合实际变形监测资料,从实际施工过程和现场填筑进度出发,分别分析时间和空间对砾石土心墙施工期拱效应特征,发现施工期拱效应是伴随填筑和固结的发展而逐渐表现出来的,随着填筑高程的增加和时间的推移,拱效应越明显;心墙拱效应最强烈的部位在1/3坝高上下;除了心墙和砂壳两种介质接触面附近,心墙坝轴线处也表现出较强的拱效应。为降低心墙施工期拱效应,填筑过程中上下游坝壳应常洒水,并尽量保持心墙填筑高程略高于坝壳,河谷部位填筑高程略高于岸坡附近。     

大坝观测与土工测试

2000年第4期 题目　土石坝施工期的孔隙压力观测 ——关于《土石坝安全监测技术规范SL60-94》的讨论意见 作者　司洪洋(南京水利科学研究院　南京　210024) 摘要　简要讨论了土石坝施工期心墙孔隙压力的观测,非饱和土孔隙压力和成分与性质,孔隙气压力与孔隙水压力的观测,以及几个有代表性工程孔隙压力观测结果的评识,最后就土石坝施工期孔隙压力的观测提出见解和建议。     

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。     

高土质心墙坝坝顶裂缝模拟方法及应用

土质心墙坝坝顶裂缝是目前高土石坝建设及运行中常遇到的病险,其发生和发展大大增加了工程的安全风险。基于扩展有限元的位移模式提出了坝顶裂缝的模拟方法并将其运用到瀑布沟土心墙坝坝顶裂缝模拟中。首先介绍了坝顶裂缝模拟方法的基本原理,其后采用神经网络遗传算法对瀑布沟心墙坝典型监测点监测数据进行了反演,采用反演得到的模型参数同时考虑筑坝料湿化、流变及固结,进行了瀑布沟心墙坝坝顶裂缝模拟。结果表明:采用反演参数计算得到的坝体变形与监测资料较为吻合;蓄水后坝体最大沉降3.27m,向上游最大水平位移1.17m,上游堆石料湿化沉降最大达0.48m,上游坝壳的湿化变形作用导致了坝顶上下游的不均匀变形;模拟得到的坝顶裂缝首次发生在满蓄后,距离坝轴线4.75 m位置处,1个月内裂缝扩展至1.75 m深度(坝顶填土内,未扩展至心墙),运行10 a间坝顶裂缝未发生实质性发展;此外,不考虑上游坝壳湿化时坝顶未有裂缝产生,考虑湿化而不考虑流变时坝顶裂缝扩展深度最大为1.25 m,最大张开宽度为2.7 cm。相关成果可为类似特高土心墙坝工程预防坝顶裂缝的发生提供相关参照。     

碧口水电站土石坝壤土心墙孔隙压力的计算与观测

在碧口水电站土石坝壤土心墙的孔隙压力计算中,初始孔隙压力系数（?）与竖向正应力采用非线性关系,且在（?）与（?）间取值;采用差分法及有限单元法进行孔隙压力消散计算。观测采用渗压计。从初步成果看,（?）的取值是可行的;考虑心墙拱效应后,竣工时的孔隙压力计算值与观测值比较接近。     

考虑流固耦合作用的高土石坝动力分析

在土石坝施工、蓄水和遭遇地震时,流固耦合作用对土石坝的静动力响应有重要影响,应在计算分析中有所考虑。以糯扎渡高心墙堆石坝为例,选用莫尔–库仑弹塑性模型来描述坝料的力学性质,并采用流固耦合的方法对该坝进行了静动力分析。静力分析中模拟了大坝施工和蓄水过程,然后基于静力分析得到的初始应力场,采用完全耦合的非线性方法研究了大坝的地震动力响应。该分析方法能够更为合理准确地描述土石坝在地震动作用下残余变形的发展及超静孔压的累积和消散过程。计算结果表明:超静孔隙水压力随地震过程逐渐累积,最大值出现在心墙的底部;由于鞭梢效应,加速度放大系数在坝顶处达到最大;水平和竖直方向的永久变形同样都是在坝顶处达到最大值。     

地基处理中孔隙水压力测定的若干问题

近年来,在地下水位较高的软土地基的处理中,广泛地采用强夯法、振冲法以及振动挤密砂椿法等。在施工过程中定量地测定土中孔隙水压力值,对于了解加固效果、研究加固机理以及指导施工都具有十分重要的实际意义。自1979年以来,我们曾使用电阻式渗压计,先后在山西太原、潞城等地的十项地基处理工程中进行了孔隙水压力的测定。通过多次测试实践,我们对地基在各种方法处理中孔隙水压力变化规律取得了一些资料,并对国产SZ型渗压计在测量孔隙水压力中的应用问题作了初步探讨。     

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。     

高土石坝的应力与变形

介绍了笔者近年来在影响土石坝应力变形计算的3个主要方面所做的工作:①剖析了邓肯E–ν和E–B模型的差异、对计算的影响、原因和适用条件,通过真三轴仪试验揭示土各向异性的一些规律,提出柔度矩阵性质来反映这些规律;②认为堆石体长期变形计算中应考虑晴雨引起的干湿循环作用,它可作为流变变形的一部分,提出了相应试验方法和计算方法;③提出两种心墙水力劈裂分析方法,一是有效应力与总应力相结合的方法,作施工期心墙的非饱和土简化固结计算,将孔隙水和气作为混合流体来建立固结方程,得出心墙的有效应力和水压力后叠加得总应力,与墙前水压力比较判别水力劈裂的发生,另一是近似反映施工期固结程度的总应力法,相应的本构模型参数用固结不排水剪试验确定。     

动力排水固结法加固吹填黏性土的机制研究

 以天津吹填黏性土为研究对象,利用自主研发的大比例尺试验装置进行室内模型试验,重点观察和分析夯击过程中孔隙水压力(简称“孔压”)的动态响应。室内模型试验表明,经过加固后土体的含水量降低,密度增大,抗剪强度明显增强。为弥补模型试验的不足,借助FLAC3D进行数值模拟,探讨冲击荷载下吹填土地基土体的动力响应特征,重点对夯击瞬间锤土接触应力、孔压长消和土体位移进行研究。室内模型试验和数值计算结果都发现,夯击瞬间孔压急剧增长,在夯击过程中孔压分为增长、稳定、下降3个阶段。数值计算还发现夯锤与土接触瞬间,锤土接触力并未达到最大,接触力在夯击过程中有多次弹跳;土体的孔压峰值和位移峰值随土层深度和距锤底中心径向距离的增大而逐渐滞后。     

群桩沉桩引起的超孔隙水压力的室内模型及试验分析

基于群桩模型试验,分别对单桩和群桩沉桩时引起的超孔隙水压力的变化情况进行量测,并对超孔压的分布、消散和施工顺序的影响给予分析。试验结果表明:随着沉入土体内桩数的增加,超孔隙水压力不断积累,但累积到一定程度后增幅变缓。沉桩顺序对超孔隙水压力有影响。在水平方向,随着测点至桩轴距离的加大而呈非线性减小,超孔压的影响范围约在5倍桩径内;在桩群范围内,超孔隙水压力沿深度是不断增加的,且外侧增加幅度大于桩群区域。超孔压的消散与土体的渗透性有关,消散要经过一个缓慢的过程,群桩施工时要注意采取能使孔隙水快速排出的措施,以减小沉桩挤土效应。     

湖积软土地基的处理方法

软土地基处理方法很多，不同方法的处理效果、费用、工期相差悬殊，往往不能兼顾。结合排水板(排水砂井)的逐级加荷法费用省、效果好，但工期较长。武山铜矿新尾矿库堆石坝施工中使用较大的单层荷载，以湖积软土地基孔隙水压力测试为主，结合其他测试方法控制堆载进度，既保证了地基稳定性，又使工期较短，达到了兼顾地基处理效果、工期和费用的目的，可供类似工程借鉴。     

线性堆载下软黏土一维电渗固结理论与试验分析

 考虑线性堆载下水流和电流的相互作用以及孔隙水压力的消散情况,通过将单向渗流固结过程的普遍方程推广到电渗领域,建立线性堆载下软黏土一维电渗固结方程,并给出阴极排水、阳极不排水和阴阳极都排水2种情况下孔隙水压力和平均固结度的解析解。通过参数和试验分析,研究最大堆载和加载速率对孔隙水压力消散的影响,以及电压对理论固结度和试验固结度的影响,绘制不同最大堆载和加载速率时,单面排水和双面排水下孔隙水压力消散曲线、不同电压下理论固结度和试验固结度变化曲线。结果表明：最大堆载和加载速率越大,孔隙水压力消散得越快,同时最大堆载和加载速率对双面排水的影响要比对单面排水的更大;电源电压越大,理论固结度和试验固结度的增长速度都越快,在相同时间段内试验固结度的变化幅度小于理论固结度的变化幅度。     

孔隙水压力测试和分析中存在的问题及对策

针对目前几种常用的孔压计封孔方法存在的问题,提出一种新的孔压计封孔技术,并在广州南沙一真空预压加固软基工程中进行对比试验。实测结果表明,采用传统塌孔方式封孔埋设孔压计难于封堵,上下孔压计容易连通,不同深度的孔压差几乎一致,测试结果误差较大;采用新的封孔装置可有效地防止孔压计上下连通,不同深度的孔压差变化呈现明显的差异性,测试结果较为准确,且施工方便,孔压计定位准确。同时,还分析土体压缩和地下水位的变化对孔隙水压力的影响:土体压缩和地下水位变化越大,对孔隙水压力的影响就越大。土体压缩和地下水位变化对孔隙水压力的影响可达20kPa,因此在研究孔隙水压力消散规律或超静孔隙水压力分布模式时,须扣除因土体压缩和地下水位的变化而引起的孔隙水压力变化值。     

深厚覆盖层上高土石坝的动力稳定分析

在高地震烈度区修建深厚覆盖层上的高土石坝面临许多新问题,如大坝的动力稳定、坝基液化问题等。以直粘土心墙及坝基截渗墙土石坝为例,采用三维动力固结有限元方法,研究强震区深厚覆盖层上的高土石坝的动力稳定问题。三维动力固结有限元程序以动力固结方程为基础,采用能够反应土体非线性、滞后性以及不可恢复性动变形特性的拟等效弹塑性本构模型,放弃了动孔压上升模式,在震动全过程中跟踪孔隙水压力产生、扩散和消散的发展变化,实现了动力渗流与动力反应分析的真正耦合,可较好地反映土体在地震过程中的实际性态,避免了动本构模型与动孔压模型有时难以合理搭配的问题。计算结果表明,深厚覆盖层上修筑的直心墙土石坝的静应力和静位移均较大,但它的动应力、动位移及加速度的反应值却均较小,且坝底的孔压比也较小,可满足稳定性要求。     

海堤荷载下海积软土沉降的现场测试和数值模拟

 海积软土在海堤荷载作用下的沉降变形往往是堤防建造和围海造地等重大工程中的关键环节,为研究海积软土的变形特性,在室内单元体试验的基础上,由修正Cam-clay模型改进来的软土模型中加入海积软土固有的结构性特征。结合实际的工程项目,建立相应的数值分析模型,并研究大面积均匀堆载和新建海堤不均匀荷载作用下海积软土的长期沉降和超静孔隙水压力消散特性,分析中考虑竖井地基处理和海堤填筑进程的影响。通过与原位监测数据的对比发现,该模型能够很好地反映海堤下方处和厂区大面积回填处的地基沉降和侧向变形,同时能较好地考虑填筑过程中地基不同深度处超静孔隙水压力的累积和消散过程。     

土石坝的动态反应：离心机模型试验与数值模拟

为评估LIQCA程序是否能合理分析台湾仁义潭土石坝在地震时的反应,进行3个土石坝离心机模型试验,并对相同的土石坝与振动历时进行LIQCA动态数值分析。通过动态数值分析与离心机模型试验结果,探讨土石坝受震时超孔隙水压力的激增以及土体加速度在坝体不同填土区的变化,并评估LIQCA程序耦合在仿真土石坝受震时的可靠性。     

冲击载荷下饱和砂土中超孔隙水压力的建立与消散过程

对落锤冲击造成饱和砂土中的冲击压力进行了测量。通过测量得到了冲击时饱和砂土中超孔隙水压力的建立和消散过程。分析了多次冲击对超孔隙水压力建立的影响。得到了一次冲击就能使饱和砂土达到完全液化的冲击强度临界值．