Seepage Failure Mechanism of the Gouhou Rockfill Dam During Reservoir Water Infiltration

The catastrophic failure of the 71-m high Gouhou concrete-faced rockfill dam in Qinghai Province, China, has drawn many studies. This paper aims at providing new understanding on the modes and process of this failure, which could be applicable to similar dam failures. The geometrical and hydraulic criteria for internal erosion in rockfill materials are assessed. Unsaturated-saturated seepage theory is used to analyze the Gouhou dam since the rockfill materials of the dam were unsaturated before reservoir water infiltration. The water infiltration is simulated by several cases of transient seepage analyses. According to the study, a perched-water table formed in the dam when the reservoir water infiltrated into the rockfill from the top of the concrete face. The perched water spread nearly horizontally along stratifications in the rockfill and exited from the downstream slope at a high elevation as observed before the breach of the dam. The hydraulic gradient of the perched water table was the highest near the wetting front, which might provide necessary hydraulic conditions to trigger internal erosion and piping failure. Based on the geometrical conditions of the rockfill materials and the hydraulic conditions in the dam, the susceptibility of internal erosion is evaluated and the possible modes and process of seepage failure of the dam are described.     

基于邓肯-张模型下砂卵石土固结排水剪切试验研究

通过对邓肯-张模型对砂卵石土固结排水剪切试验分析研究表明,实际粗粒土的抗剪强度与法向应力之间的比例关系不是一个常数,抗剪强度包线并非一条直线,为了计算上的简便,通常用一条拟合最佳的直线来代替,而没有考虑强度包线的弯曲。虽说与邓肯-张模型下砂卵石抗剪强度包线为直线有一定的出入,但其强度和切线弹性模量可根据邓肯-张模型来合理确定。     

Centrifuge Model Tests of a Rockfill Dam and Simulation Using Consolidation Analysis Method

A series of centrifuge model tests for a typical rockfill dam (central core zone type) was conducted in order to investigate behaviour of the dam due to cycles of reservoir water levels. The dam models consisted of comparatively well-compacted core zone and loosely compacted rock zone. A typical result among the model tests was also simulated by using a consolidation analysis method coupled with an elastoplastic model for unsaturated geo-materials. The main behaviour seen from the centrifuge tests was that large amounts of settlements due to wetting within the upstream rock zone were monitored; the crest of the dam at first moved toward upstream and then returned toward downstream in the first reservoir filling; and cracks along the dam axis were observed on the upper parts of the upstream and downstream slopes. A typical result of the dam model tests during reservoir filling was simulated. The simulation results showed that the settlements calculated agreed mostly with those measured; the settlements due to wetting could also be estimated within the upstream rock zone; the horizontal displacements toward upstream increased with the cycles of up-and-down water levels and they concentrated to a shallow region near the upstream surface; tension stresses were calculated at the places where the cracks were monitored in the model tests; and just after construction, arching actions in both the vertical and horizontal effective stress distributions could be seen on both the upstream and downstream boundaries between the core and rock zones but the arching action on the upstream boundary disappeared with water levels going up. The simulation method presented here provided an effective approach to analyze the behaviour of the rockfill dam during reservoir filling periods.     

新疆“635”水利枢纽粘土心墙坝坝体渗流稳定性分析

通过对“635”水利枢纽大坝渗流稳定性计算和渗流变形的分析,阐述了为确保大坝渗流稳定性设计采取的特殊方案,强调了大坝填筑施工应以关键部位、关键工序为重点,并严格按照施工规范进行填筑施工;否则,将会给大坝带来安全隐患,甚至导致事故的发生。     

地震时饱和砂土的失效概率

用Excel 2 0 0 0中的规划求解软件对大量的液化和未液化数据做了可靠度计算。由可靠性分析所得的液化概率 ,本文将其定义为失效概率Pf。以这些分析结果为基础讨论了加速度变量的分布和它的变异系数对失效概率的影响。对于给定的概率分布 ,失效概率在很大程度上与它的变异系数有关 ;但是 ,似乎与其分布关系不大 (随机变量的变异系数保持不变 )。同样 ,也以这些分析结果为基础 ,讨论了失效概率函数Pf=f(Fs)。Fs 为安全系数。本文着重指出 ,基于饱和砂土极限状态函数的可靠度分析 ,如果对随机变量的不确定性做了合理的考虑 ,则由可靠度分析所得的失效概率函数Pf=f(Fs)和Juang等人用Bayesian定理所得的液化概率函数PL =f(Fs)几乎是一样的。液化概率函数可为场地液化势的合理评估和工程风险设计决策提供依据。     

混凝土防渗墙在土石坝防渗加固施工中的应用

土石坝的渗流是当前施工质量安全中一个十分严重的隐患,大坝能否安全运作它起着决定性的作用。混凝土防渗墙可以作为挡水建筑物强化的一种加固措施,防渗效果是目前比较认同和接受的。文章针对施工材料和施工工艺进行了一系列的探讨,同时也指出了存在的一些问题,以及由于一些不当操作所带来的巨大影响,结合当前混凝土防渗墙在土石坝防渗处理上的优势以下就土石坝防渗加固中混凝土防渗墙的设计、施工方法等问题进行初步总结。     

透水坝渗流流量计算模型的选择

透水坝是针对平原河网地区的地形特点以及农业非点源污染的时空不均匀性而开发的面源污染控制新技术,它既可以拦蓄径流,也具有一定的净化效果.透水坝的过水能力与其几何参数及渗透系数密切相关,可以通过联立渗流方程和达西定律进行计算.一般来说,在渗流量不是很大的情况下,可用矩形模型进行计算,而在贴坡流不可忽略的情况下则应采用梯形模型精确计算渗流量.通过现场试验,实测渗流量与理论值符合较好.     

高填方路堤沉降模型现场试验

通过单点沉降现场实测数据对软土地区兰永一级公路高填方路堤沉降规律进行分析,建立了指数模型、乘幂模型、双曲线模型、对数模型4种沉降预测模型,并将这4种模型的预测值和实测值进行对比,在此基础上,利用最小二乘法建立了指数与双曲线模型的组合模型。结果表明:4种模型中指数模型和双曲线模型的预测精度相对较高,利用指数与双曲线组合模型得到的预测曲线与实测曲线吻合良好,使误差平方和减小到22.789 mm²,能够满足工程要求;高填方路堤工后沉降在730 d左右的时间内基本完成,预测最终沉降量为60.44 mm。     

松散富水砂卵石层注浆模拟试验及其工程应用

针对古交矿区斜井工程掘进过程中遭遇松散富水砂卵石层,决定采用超细水泥浆液进行超前注浆施工。自主设计了室内注浆模型试验装置,基于正交试验的方法探讨了不同地层含水率、水灰比、注浆压力等因素对扩散半径、注浆量和强度增长率的影响规律。结果表明:超细水泥浆液与砂卵石层胶结良好,对于扩散半径和注浆量,含水率、注浆压力的影响特别显著,而水灰比影响较小,但水灰比和含水率对强度增长率影响特别显著,注浆压力影响显著。通过对试验数据的回归分析得出了拟合公式,最后将其应用于注浆工程设计与施工中,同时进行了效果评价。     

土石坝坝坡稳定分析浅议

土坝稳定分析的目的是保证土坝在自重、渗漏压力、孔隙压力和其他外荷载的作用下,具有足够的稳定,不致发生通过坝体或坝基接触面的整体剪切破坏。本文详细论述求解土石坝坝坡稳定过程,明确坝坡抗滑稳定求解的意义和目的。     

土石坝渗流稳定分析浅议

土石坝剖面尺寸初步拟定后,必须进行渗流分析和稳定分析,可为确定经济、可靠的坝体剖面提供依据。本文通过对土石坝坝体渗流稳定计算的详细论述,明确渗流计算的目的和过程,对类似工程的计算具有指导和借鉴意义。     

基于Forchheimer渗流的土石混合体单向固结模型研究

土石混合体回填土的渗流属于非达西渗流,不符合Terzaghi固结理论的前提。因此,土石混合体回填土的固结沉降问题难以依靠Terzaghi固结理论解决。经验证Forchheimer 渗流模型符合土石混合体的渗流特性,基于Forchheimer 渗流模型并加以理论推导,建立了欠固结饱和土石混合体回填土线性单向固结模型。利用MATLAB软件编制有限差分计算程序,将有限差分解与达西解析解以及固结压缩试验结果进行对比,验证有限差分解的有效性。结果表明:基于Forchheimer渗流模型推导得到的线性单向固结模型能够较好地预测分析土石混合体的固结沉降,对西南地区欠固结土石混合体回填土固结沉降问题具有理论指导意义。     

海塘渗透破坏数值模拟及渗透特性

为研究海塘的洪水渗透规律和渗透破坏机制,提出了可考虑土体渗透性随渗透破坏而变化的饱和非饱和/非稳定渗流分析模型,编制了相应的程序.选取实际海塘进行了洪水渗透过程的数值模拟,并将计算结果与现场监测试验结果进行了对比,表明所建立的分析模型和计算程序是正确的.工程实例分析结果表明,海塘洪水渗透过程是一个涉及土体渗透性变化的饱和非饱和/非稳定渗流过程,塘身浸润线变化经历4个阶段,海塘渗透破坏是大渗流比降下洪水长时间渗透所导致的.因此海塘的洪水渗透破坏涉及破坏区土体渗透性的变化以及饱和-非饱和/非稳定渗流,按中国现行规范应用稳定渗流分析方法进行计算是存在问题的.     

某公路挡墙路堤失稳原因分析

复合地基在提高软土承载力、控制工后沉降等方面具有良好的应用效果,可以保证路基的竖向变形。但在公路设计中,填方路堤的稳定性问题也同样重要。当前,工程界对刚性桩复合地基的稳定性分析.尚没有明确可靠的理论公式和经验方法。通过对路堤塌方事故的分析,探讨了复合地基稳定性计算中存在的问题,以期为类似工程提供借鉴。     

水库大坝坝基渗透稳定性分析

设置混凝土防渗墙,采用混凝土防渗墙的实施方案,与已建成的混凝土防渗墙衔接,对整个透水坝基进行“全封闭”,彻底有效解决坝基渗流控制问题。     

青海沟后水库溃坝原因分析

沟后坝于１９９３年溃决。在国际坝工历史上高于７０ｍ、在海拔３２８０ｍ以上的面板砂砾坝溃决还是首例。本文概括介绍了该坝工程情况、坝的运行性态及溃决的原因。还对坝的破坏机理作了分析和讨论，并总结了该坝设计、施工和管理等方面的主要教训。文末就面板砂砾坝的有关安全技术提出了意见，这对未来的坝工将是有益的。     

磷石膏尾矿坝渗流场与稳定性分析

针对大峪口磷石膏尾矿坝的实际情况,设定多种运行工况。运用饱和-非饱和渗流理论,分析磷石膏尾矿坝在各种工况下的渗流场。渗流场分析结果表明,干滩长度变化以及排渗垫层的淤堵程度对浸润线的影响十分明显,干滩长度越长,坝体浸润线越低;排渗垫层淤堵越重,浸润线越高。在渗流场分析的基础上,运用饱和-非饱和边坡稳定性分析方法,对坝体进行稳定性分析,得出不同工况下坝坡的安全系数。坝坡稳定性分析结果表明,在当前实际运行坝高180m时,最小安全系数为2.27,坝体是稳定的。不同工况下的安全系数均满足技术规程的规定。     

地下水扰动作用下地基土体渗透破坏试验研究

为分析近年来中国西南地区频繁发生的“天坑”形成原因,从渗流破坏理论出发,通过自主设计循环变水压渗透试验装置模拟地下水扰动过程,研究了地下水扰动作用下地基土体的变形破坏机制.首先通过现场和室内试验获得土样的基本物理化学性质,排除由碳酸盐溶洞导致地表塌陷的可能性.在此基础上,为模拟地下水循环扰动对土体的渗透破坏作用,采用饱和土渗流理论,设计了1种变压型常水头渗透试验装置,通过自动循环地改变水头大小模拟地下水扰动对土体的破坏机制,分析实验前后土样级配组成、水头变化和土样变形破坏特性,试验表明土样在地下水扰动作用下细颗粒明显减少,土体级配结构发生改变,土体承载力降低并最终导致土体塌陷.变压型常水头渗透破坏试验研究表明,该方法较好地阐明了该地区“天坑”形成机制.     

某复杂边界形态尾矿库坝体三维渗流稳定性分析研究

基于FLAC3D数值计算软件构建某"V"字型沟谷内存在多条支沟的复杂边界形态尾矿库数值计算分析模型,对尾矿库在库区正常水位及洪水位工况尾矿库坝体三维渗流分析模式下的尾矿库坝体及库区周边山体的位移场、速度场、剪切应变增量、位移破坏场进行分析,圈定存在失稳破坏区域,揭示尾矿库坝体在干滩长度变化的三维渗流分析模式下坝体稳定性安全系数变化规律,评价尾矿坝基和坝体的稳定性,为尾矿库坝体继续加高、闭库设计、安全生产提供技术参考。     

基于集对分析理论的土石坝风险分析

由于土石坝风险评价指标具有复杂性和关联性,文章选用基于集对分析和熵权赋值的评价方法分析土石坝风险,选取防洪能力、变形性状、渗流态势、生命损失、经济损失、社会环境影响、基础设施水平、管理水平等参数进行集对分析,计算成果对土石坝风险分析有很强的指示意义。应用该方法来评价门楼水库除险加固工程效果,取得了明显的实际效果。