深厚覆盖层上高面板坝建基条件及防渗设计综述

覆盖层上修建混凝土面板堆石坝具有简化施工导流、缩短工期和节省投资等优点,但这类工程大坝防渗系统复杂,防渗系统的应力和变形控制是工程的关键。随着工程经验的积累和技术的发展,我国相继建成了那兰、察汗乌苏、九甸峡、苗家坝、老渡口等多个百米级趾板位于覆盖层上的高面板堆石坝,并有多座百米级深厚覆盖层上高面板坝处于在建和待建状态。覆盖层上高面板坝防渗系统应力变形特性与覆盖层的力学特性及防渗系统的设计关系密切,结合已建和在建的工程资料和研究成果,对覆盖层上高面板坝的建基条件和防渗系统设计进行总结,以期为类似工程设计提供借鉴,并为这一坝型的进一步发展提供技术支撑。总结分析结果表明,如果河床覆盖层变形模量达到40 MPa以上,覆盖层上百米级至150 m级面板坝防渗系统的强度和变形能够满足要求。     

堰塞坝溃坝数学模型研究与应用

针对堰塞坝坝体土石料的宽级配特性,引入与水流方向垂直的附加作用力来考虑粗颗粒对细颗粒的阻拦、遮蔽作用以及细颗粒对粗颗粒的包围、填实作用,提出了一个可模拟堰塞坝漫顶溃决过程溃口发展规律与流量过程的数值模型和相应的计算方法,利用该模型对唐家山堰塞坝泄流过程进行了模拟,得出的泄流槽发展规律与洪水流量过程与实测资料接近,验证了该模型和计算方法的合理性。进一步,利用笔者建议的数学模型及数值计算方法,比较分析了唐家山堰塞坝除险过程中泄流槽断面型式对堰塞坝泄流过程的影响,发现堰塞湖在采用泄流槽引流除险时,泄流槽深度与断面型式对其泄流过程具有重要影响,增加泄流槽深度,可明显提高泄流效率,但堰塞湖下游将承受更大的风险。对于同样深度的梯形泄流槽,如果将槽底部断面减小,形成复合梯形泄流槽,不仅可减少开挖工作量,而且没有明显降低泄流效率,同时后者的泄流过程更为平缓,最大洪峰流量减小,出现的时间滞后,堰塞湖下游承受的风险也将降低。     

考虑材料冲蚀性沿深度变化的堰塞体漫顶溃决模拟

合理预测堰塞体的溃决过程对于致灾后果评价和防灾减灾工作的开展具有至关重要的意义,但由于堰塞体结构和材料的复杂性,给预测工作带来了挑战。基于堰塞体的地质勘察资料和溃决机理,建立了一个可考虑材料冲蚀特性随深度变化的堰塞体漫顶溃决过程数学模型。模型主要包括水动力模块、材料冲蚀模块和溃口发展模块,并采用按时间步长迭代的数值计算方法模拟堰塞体溃决时的水土耦合过程。选择拥有实测资料的白格“11·03”堰塞体溃决案例对模型进行验证,模拟结果验证了模型的合理性。参数敏感性分析结果表明,堰塞体材料冲蚀系数对溃口流量过程具有重要影响,堰塞体材料临界剪应力对溃决过程影响较小;另外,开挖泄流槽可大幅降低库容较大堰塞湖溃决时的溃口峰值流量,是一种行之有效的减灾手段。     

PCC桩复合地基离心模型制备及桩土接触模拟

针对现有刚性桩复合地基离心模型试验技术的诸多局限性,综合考虑模型在材料、几何及桩土接触上的相似,首次设计了PCC桩复合地基离心模型试验并探讨了模型制备方法。配合专用切削、取土及回填试验器材,可以整齐高效地实现削土刮平、引孔取土、压桩就位和桩内回填操作,将常重力场下模型制备引起的扰动最小化,优化PCC桩复合地基离心模型制作过程。设计并开展反映本次离心模型中桩土摩擦接触特性的直剪试验,结果表明,离心模型中的桩帽与路堤砂、粗糙化的模型桩与软土层及下卧层的接触面摩尔-库伦摩擦角取值均在合理范围内,能够较好地代表PCC桩的桩-土接触特性。     

基于混沌的大坝监测序列小波RBF神经网络预测模型

本文结合混沌理论、小波分解与重构,以及径向基函数(RBF)神经网络的优点,提出了一种基于混沌的大坝监测序列小波RBF神经网络预测模型。该模型主要利用小波分析将大坝监测序列分解为趋势项和细节时间序列,并利用RBF神经网络和基于RBF神经网络的混沌理论对两种时间序列进行预测,最后通过小波重构得到预测值。实例分析表明,本模型能够克服监测序列中的噪声干扰,反映大坝监测序列的多尺度特性,对监测数据的预测精度较高,可应用于实际工程。     

基于NWS BREACH的唐家山堰塞坝泄流过程模拟

NWS BREACH模型是目前国内外模拟土石坝或堰塞坝漫顶及管涌破坏最常用的数学模型。基于唐家山堰塞坝的实测资料,建立了唐家山堰塞坝漫顶泄流过程数学模型,并通过现场监测得到的流量过程和库水位变化资料验证了所建立模型的合理性。对模型中的重要参数进行了敏感性分析,研究了坝料平均粒径、冲蚀率、下游坝坡坡比3个参数对模型计算结果的影响,表明坝料冲蚀率和下游坝坡坡比对泄流过程影响显著。研究成果对堰塞坝除险和洪水风险评估具有指导意义。     

水库报废生态环境影响及其修复

为研究水库报废对生态环境的影响,将水库报废拆坝影响划分为三个层次:以水沙过程为初始影响,视社会和经济影响为最终效应,两者之间为次生影响,并揭示了拆坝影响的综合性、矛盾性、时空延续性及不确定性等特点。从物理、化学、生态三方面明晰了拆坝生态环境影响:物理影响体现对水文、泥沙和地形地貌的影响,拆坝可完全逆转建坝带来的水文影响,淤积的泥沙将重新运移,通过溯源侵蚀使大坝上下游河段逐渐达到相对稳定的坡降;化学影响主要表现为对河流水质的影响;生态影响即可能使水生生物的生境质量得以改善,也可能由于水质退化、物种入侵对水生生境产生负面影响。针对性地提出了拆坝生态修复对策和措施:应通过重新引入乡土植物群落、控制外来物种及顺应植被演替规律修复库区及下游河道濒水植被;清除或降低污染物对生态环境的不利影响;重建河流近岸水文、地貌环境,保护和恢复水生生物;通过生态环境监测,应适时对修复措施进行调整。研究所得成果为报废水库的生态修复提供参考。     

覆盖层上高面板堆石坝的极限抗震能力

针对地震作用下面板坝的非线性动力反应,为了准确评估大坝的极限抗震能力,从坝坡抗震稳定性、坝体震后残余变形、坝基覆盖层液化和面板接缝变形等方面探讨面板坝的地震破坏计算方法和评价标准。采用三维有限元法,对某覆盖层上高135 m的混凝土面板堆石坝进行极限抗震能力计算,结合多角度综合分析表明,大坝的极限抗震能力约为0.52g~0.54g,大坝具有较强的抗震能力。     

北疆地区砾石土岸坡冲刷破坏大比尺模型试验及其破坏机理研究

以北疆地区广泛存在的砾石土重建岸坡,开展砾石土岸坡冲刷破坏大比尺模型试验研究。引入新型观测方法——三维激光扫描技术,对岸坡冲刷破坏全过程进行观测,并详细分析获取的扫描数据。联合三维激光扫描和现场传统测量成果,依据不同阶段的破坏特征,将岸坡破坏划分为3个阶段,即冲刷破坏阶段、局部失稳阶段和整体失稳阶段,确定北疆地区砾石土岸坡的冲刷变形失稳过程与破坏模式。基于砾石土岸坡大比尺模型试验成果,推导建立砾石土岸坡稳定性计算公式和局部失稳破坏高度预测公式,并建立砾石土岸坡冲刷破坏阶段和局部失稳阶段的有机联系,以深入揭示砾石土岸坡失稳破坏机理。     

尾矿库安全评价存在的问题与对策

指出了目前尾矿库安全评价中在尾矿料物理力学性质试验、沉积尾矿料物理力学性质概化分区方法、尾矿料本构模型与固结理论、尾矿库防渗与排渗系统服役性能长期演化规律、尾矿库溃坝致灾过程研究等方面存在的问题,分析了产生上述问题的原因,提出了今后应重点研究的方向。