高土石坝变形破坏过程预测理论和防控技术创新

中国是世界上高土石坝数量最多的国家,复杂建坝条件和恶劣服役环境下高土石坝建设和长期安全保障面临严峻技术挑战。介绍了“十三五”国家重点研发计划项目“复杂条件下特高土石坝建设与长期安全保障关键技术”的主要成果：揭示了粗粒土颗粒破碎对高土石坝变形的影响机制、粗粒土加载变形和流变变形服从不同流动准则的规律,以及坝基深厚覆盖层原位结构损伤演化规律,建立了精准预测高土石坝坝体和坝基变形发展过程和分布规律的本构理论;基于计算接触力学理论建立了模拟高土石坝不同材料界面复杂接触问题的非线性数值计算方法和模拟高土石坝三维裂缝萌生—扩展全过程的数值计算方法;发展了实用的非饱和土固结理论,实现了高心墙坝全生命期变形与渗流耦合过程的精细模拟;建立了高面板坝面板太阳热辐射温度应力场和结构破损过程模拟计算方法;研发了适用于高土石坝填筑、蓄水、运行等全过程模拟的高性能软件平台;针对特高土石坝建设和运行过程中常见病害,提出了相应的特高土石坝变形破坏防控技术。     

土石坝的快速施工

土质心墙堆石坝现已成为世界高坝建设的主流坝型之一,随着新型土石方机械的大量投入及填筑施工工艺水平不断提高及筑坝材料试验研究的深入,极大地拓宽了土石坝的用料范围和用料模式,为土石坝更广泛地应用提供了有利条件,改变了土石坝长期存在着建设工期长、填筑强度低的不足,进一步加快了施工进度.笔者参加了不少土石坝的填筑,浅析填筑施工质量及安全运行,探讨土石坝的快速施工.     

水利水电工程土石坝施工方案漫谈

土石坝是水利水电施工中的重要环节,与其他坝形相比,土石坝无论是从经济性还是安全性而言都具有很大优势。随着我国水利水电事业的快速发展,土石坝工程也越来越重要。在人们对土石坝施工质量要求越来越高的背景下,加强土石坝施工技术的研究,成为了水利水电施工企业未来发展的必然选择。本文将重点探讨水利水电工程中的土石坝施工方案。     

非线性心墙坝渗流及坝坡稳定性分析

土石坝的坝坡稳定和渗流是影响土石坝安全和蓄水的重要因素,文中采用非线性极限法对本实例土石坝进行坝坡稳定和渗流分析。基于有效应力的方式,采取非线性离散结构土体,考虑了地震荷载和渗流作用建立极限分析的非线性规划模型。运用非线性迭代法对本实例土石坝进行非线性坝坡稳定及渗流模拟计算。得出非线性模型下土石坝坝坡滑移和渗流规律,对工程仿真分析有一定意义。     

土石坝漫顶溃坝过程离心模型试验与数值模拟

利用溃坝离心模型试验系统,分别对3种不同坝高均质土石坝（最大坝高达32.0 m）及坝高为16.0 m的黏土心墙坝开展了漫顶溃坝试验研究,清楚地揭示了其溃决机理、溃口发展规律。结果发现,对于均质土石坝,随着坝高的增加,溃口的纵向下切与溃口边坡的失稳坍塌速度明显加快,溃口流量过程线更为陡峭,峰值流量增大,且峰值流量出现时间更早,溃坝历时更短;黏土心墙坝与均质坝溃决机理与溃口发展规律明显不同,随着漫坝水流对下游坝壳冲蚀程度的增加,黏土心墙发生剪断破坏,溃口洪水流量迅速增大。基于上述试验结果,分别提出了描述均质土石坝和黏土心墙坝溃坝过程和计算溃坝洪水流量过程的数学模型,并建议了相应的数值计算方法。数值模拟与试验结果的对比证明了建议溃坝数学模型的合理性。     

水利水电工程中土石坝施工技术分析

随着水利水电工程的快速发展,土石坝在当前的坝工建设工程中得到了广泛应用。其在施工方面及经济方面的独特优势,使得土石坝成为了发展极为快速的坝型之一。本文在对土石坝优缺点进行分析的基础上,重点对水利水电工程中土石坝的施工技术加以分析。     

考虑堆石料软化的坝坡随机地震动力稳定分析

地震尤其强震作用下,土石坝筑坝堆石料会逐渐呈现出软化特性,影响坝坡安全。为有效评估堆石料软化对坝坡稳定性的影响,结合地震动随机性,考虑不同地震强度水平,提出了基于等价极值分布和广义概率密度演化方法的坝坡安全概率分析方法,并基于坝坡稳定最小安全系数、安全系数超限累积时间、累积滑移量3个物理量,对242 m高的面板堆石坝进行随机动力响应分析和概率可靠度分析。结果表明:地震作用过程中,随着地震强度的增加,考虑软化与不考虑软化的计算结果差别逐渐增大,因为地震作用下,堆石料软化特性逐渐显现;同时,在地震激励下,堆石料软化是一个渐进过程。因此,考虑坝坡堆石料软化,对高土石坝抗震性能分析具有重要的意义。此外,单纯从最小安全系数角度考察土石坝坡稳定性,是不合理的,需要结合安全系数超限累积时间和累积滑移量,全面评估坝坡的安全性。提出的随机概率分析方法,可以对土石坝坡的可靠度给出较为准确的评价。     

大中型水库土石坝工程渗漏问题及处理方法分析

土石坝是大中型水库的重要组成部分,大中型水库的土石坝工程渗漏问题一直备受关注。本文简要分析了大中型水库土石坝工程的渗漏问题,并探讨了具体的处理方法,旨在为大众型水库土石坝防渗漏工作提供参考。     

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。     

考虑饱和-非饱和渗流的土石坝渗流及稳定性计算

以某土石坝为研究对象,依托Geo-studio软件的渗流计算和边坡稳定性计算模块,文章比较了仅考虑饱和渗流与考虑饱和-非饱和渗流两种状态下土石坝坝体的渗流和稳定性计算结果差异。计算结果显示,考虑饱和-非饱和渗流状态下的土石坝浸润线位置较仅考虑饱和渗流状态下的要高,单宽渗流量更大;与此同时,坝坡稳定性计算结果显示考虑饱和-非饱和渗流状态下的土石坝稳定性系数较仅考虑饱和渗流状态下的低。     

土石坝工程筑坝施工技术要点

土石坝是历史悠久的挡水构筑物形式,是大坝工程建设中应用最为广泛的坝型,施工便捷,结构简单,就地取材,维修成本低廉.因土石坝坝体材料以土料和石料或混合料为主,所以施工建设标准较高.基于此,文章结合土石坝施工建设经验,对土石坝工程筑坝施工准备工作进行分析,阐述了施工技术要点.     

土石坝失稳的尖点突变模型与临界条件

土石坝是一个复杂的非线性系统,其失稳过程的力学行为是一个不可逆的非线性动力学演化过程。根据土石坝的特点,应用突变理论,建立了一个考虑坝体材料应变软化效应和水致弱化效应的尖点突变模型,通过对模型进行平衡分析,获得了坝坡失稳的力学判据。通过对失稳判据的分析得出,土石坝发生突变失稳的必要条件,取决于坝体材料特性、库水位及库水位变化情况,高洪水位或由高水位骤降时因坝坡上部材料刚度降低而容易发生突滑失稳,是坝坡稳定的控制工况。最后,根据系统突变条件得出了坝坡失稳的临界位移和临界几何—力学参数,为土石坝稳定分析和安全评价提供新的途径。     

水利工程土石坝枢纽设计中的要点分析

我国水利工程建设发展速度越来越快,作为推动农业发展的重要基础设施,其工程质量与工程设计等方面均要以科学理论为主。在水利工程中土石坝枢纽是重要的坝体表现,利用自身的技术特点,不断促进水利工程稳定发展。要想更好的发挥土石坝枢纽的作用,则需要对土石坝技术全方面了解,特别是对水利工程土石坝枢纽设计中的要点更要熟悉掌握,以便更好的应用土石坝技术,本文针对土石坝枢纽设计中的要点进行分析,以期为水利工程建设提供参考。     

西藏山南地区某土石坝材料渗透性能试验研究

利用大型试验装置,研究了西藏山南地区某水库工程土石坝渗透特性,得到了坝壳料、过渡层及覆盖层渗透系数和水力破坏比降,研究结果为土石坝渗控措施设计及渗流稳定性分析提供了基础数据。     

强震作用下特高土石坝多耦合体系损伤演化机理及安全评价准则

中国西部拟建多座坝高250～300m级别的特高土石坝工程,但西部地区地震频度高、强度大,地震的突发性和不确定性对这些特高土石坝的抗震安全构成了巨大威胁。高土石坝抗震安全评价是多系统、真三维、非线性、非连续的复杂问题。然而,传统高土石坝动力分析方法仍在弱非线性范围内,各种相互作用的影响大多被简化并孤立进行,难以对强震作用下特高土石坝动力破坏过程、耦合效应及其影响进行深入研究和科学认识。面向中国300 m级特高土石坝建设需求,依托RM、拉哇等特高土石坝,重点突破了筑坝材料强非线性、大坝-地基-库水动力相互作用、精细化建模和分析方法、自主高性能计算软件以及极限抗震能力评价方法和标准等方面的一系列科学问题和技术难题。研究成果为特高土石坝抗震安全设计提供了先进的评价方法和标准。     

滑坡堰塞坝坝体溃决机理与溃决实验研究综述

相对于人工土石坝,天然形成的滑坡堰塞坝缺少加固、防渗及泄洪等工程措施来稳定堰塞湖水位,坝体结构不稳定、基础资料缺乏,发生的溃决现象具有突发性强、几率高、危险性大、排险处理紧迫的特点,亟需深入系统的研究.作者结合国内外堰塞坝形成及其溃决问题的研究现状,介绍了滑坡堰塞坝与人工土石坝的溃决特性、滑坡堰塞坝的溃决模式及寿命特征,以及滑坡堰塞坝溃决特性的物理模型试验研究、原型观测及大比尺现场试验研究、梯级滑坡堰塞坝溃决特性试验研究进展.最后提出了关于堰塞坝溃决机理、堰塞湖处置、溃决模式、原型及模型试验比尺效应、溃决过程原型监测预警等方面建议的研究方向.     

高土石坝地震反应和破坏机理分析

应用动力弹塑性分析方法对高土石坝的地震反应特性和破坏机理进行了系统研究。通过研究地震动作用下坝体的剪应变、永久位移以及网格变形的变化规律,并与振动台模型试验的结果进行对比,说明了坝体上部1/5范围内变形较大,竖向地震动对坝坡稳定性影响明显,验证了FLAC程序模拟高土石坝地震反应的合理性;同时分析了坝高、坝坡和地震动峰值参数变化对大坝破坏形态的影响,研究结果为大坝的设计、安全评价和抗震措施研究提供理论基础。     

永平铜矿10号污水坝的防渗治理

江西铜业集团公司永平铜矿10号污水坝，库容量120万m^3，为普通土石坝。坝高26m，坝轴线长160m，建造时坝体使用粘土防渗斜墙。1984年完工开始蓄水后，发现有少量渗漏现象。随着时间的推移，坝体渗漏趋向严重，渗漏区域由坝体的中下部蔓延至中上部，坝体外侧斜面上的绿色植被已基本被渗漏的酸性水破坏。勘察报告显示：由于带有腐蚀性的酸性水(pH值为2．5～2．7)长期渗漏，使坝体内局部形成多处空洞，直接损害了坝体的安全与稳定，对周边的居民构成了严重的安全威胁。     

人工土石坝的分类及用途综述

人工土石坝是水利工程中常见的坝型,因其施工相对简单,经济成本要比其他坝型低很多,所以在工程建设中应用最为广泛。人工土石坝的施工所用材料一般采用就地开采,同时在施工中充分利用各种开挖料,包括当地土料、石料或混合料,土石坝的施工即是将这些材料经过抛填、辗压等方法堆筑成的挡水坝,故土石坝又称作当地材料坝,对于坝体材料以土和砂砾为主时,称土坝;以石渣、卵石、爆破石料为主时,称堆石坝;当两类当地材料均占相当比例时,称土石混合坝。     

黏土心墙坝漫顶溃决数值模型研究

国内外针对土石坝漫顶破坏机理和溃决过程开展了大量的研究工作,但针对黏土心墙这一土石坝主要坝型溃决机理及溃决过程的研究工作却开展的很少。研究提出能合理模拟黏土心墙土石坝漫顶破坏溃口发展时变过程数值计算模型对准确模拟黏土心墙坝溃决过程,正确评价其溃决致灾后果十分必要。从黏土心墙坝结构特征出发,根据实际溃坝调查和室内、现场溃坝试验资料,分析了黏土心墙坝漫顶溃决机理,在此基础上建立了一个描述黏土心墙坝溃口发展过程的数值模型。该模型较好地考虑了漫坝水流对下游坝壳冲蚀过程中黏土心墙滑动或倾覆失稳所引起的溃口间歇性增大现象。最后利用已发生溃决心墙坝的溃坝洪水资料验证了建议数值模型的合理性。