混凝土及土石坝工程寿命与大坝安全工程经济效益(英文)

大坝安全与大坝结构的物理状态密切相关,而大坝的物理状态取决于维护及加固工程。在一定程度上,维修维护工程控制了大坝结构的使用年限。大坝安全措施带来的效益很大程度上取决于维护、监测及管理工程的投资。第一部分讨论了诸如老化、维护、缺陷的影响,以及可能使用年限内对混凝土和土石坝及其基础的设计要求;第二部分评价了有关大坝安全设计与安全措施的投资效益,如维护、监测及管理。结果表明,投资效益不直接源于货币收入,而是体现在良好的安全运行、原建筑物的投资保护、避免溃坝带来的经济损失等方面,同时提高了公众意识,降低了下游地区的风险。     

水库大坝蓄水位提高工程设计——台湾曾文水库案例研究(英文)

在对已建坝的加固过程中,必须考虑施工中的溃坝风险,权衡加固将产生的效益,考虑将风险降到最低程度的施工措施。在台湾省曾文坝水位抬高项目建设中,最大的施工风险是当坝顶因开挖而降低高程时洪水引起的漫顶。为了保证施工期的安全,根据渗流分析,超高复核,大坝动应力及稳定性分析,洪水演进分析等成果,权衡了大坝的性能、经济效益及加固工期等要素,提出了一个更为全面妥善的设计方案,而不是仅仅简单地在上下游铺设滤层。     

石门水库除险加固工程实录

对石门水库病险库出现的典型工程隐患和病害进行了总结,主要有:大坝和坝基的稳定性、渗漏、溢洪道堵塞、干渠病害、水库附属结构的混凝土裂缝和碳化问题、大坝原设计标准较低问题和安全监测不足等等,分别采取了坝坡、坝基加固、混凝土防渗墙加固、疏浚和改造溢洪道、干渠拓宽和加固、混凝土加固、修补原监测和补充新的监测设施等工程处理措施,经实践检验,水库病害和隐患得到了有效控制。     

基于FLAC^3D软件的土石坝应力应变分析

利用有限差分计算分析软件FLAC^3D对某土石坝坝体进行了应力与变形非线性有限差分计算,得到坝体在施工期与稳定蓄水期的应力与变形值,计算结果表明,在现有可能不利条件下,该坝坝体、坝基及复合土工膜的应力变形均在合理可控范围之内,大坝结构安全能够满足要求。     

Remedial measures to control seepage problems in the Kafrein dam, Jordan

The Kafrein dam, 480 m long and 30 m high, is located on the Wadi Kafrein, a few kilometres from the active Jordan Valley fault. The Jordan Valley Authority proposed raising the crest of the existing dam by approximately 7 m and extending the length of the embankment to 554 m, in order to increase its storage capacity by 6 million m³ to a total of 8.5 million m³. The paper discusses the likelihood that existing seepage problems will be exacerbated when the dam is raised and proposes some remedial actions to increase the safety of the dam and minimise both the amount of seepage and any adverse effects. Electronic Publication     

堤坝工程震害与监测指标研究综述

堤坝作为挡水建筑物,其安全性一直是专家学者所关心的热点问题之一,国内外已有很多堤坝失效引起灾害的例子。基于以上原因我们必须加强堤坝工程震后安全监控,正确地确定堤坝震害监测指标体系,根据监测值迅速判断大坝的安全状况,为下一步紧急预案提供理论依据。本文就现有的堤坝震害资料进行了总结,对堤坝两种主要震害：液化和滑坡的一些常用的监测指标进行了归纳总结并提出了一些不足。     

大溶溪尾矿堆积坝稳定性分析初探

根据大溶溪尾矿坝的勘探资料及土工试验数据,揭示了该尾矿坝坝体材料空间分布状态及其物理力学特性;坝体稳定性分析采用工程地质特征定性分析法与极限平衡定量分析法.定量分析时,可得到尾矿坝体在现有高程和不同运行情况下的稳定性安全系数.根据稳定性分析相关原理,对影响尾矿坝稳定性的主要因素进行了分析与探讨,为尾矿坝安全运行提出了一些建议.     

Stability analyses of dam abutments by 3D elasto-plastic finite-element method: a case study of Houhe gravity-arch dam in China

This paper studies the stabilities of the abutments of Houhe gravity-arch dam using elasto-plastic finite element analyses and block theory. The gravity-arch dam is constructed by expanding the existing gravity dam. Due to the complex geologic conditions, the natural abutments do not meet the stability requirements. Engineering measures including concrete plugs and concrete backfills are thus designed to increase the safety of both abutments. The effectiveness of these measures is evaluated in this study. The paper performs three-dimensional elasto-plastic finite element analyses to obtain the stress and deformation characteristics of the abutments and the dam. The stabilities of sliding blocks on the abutments are then evaluated by incorporating the results of finite-element method analyses. It is found that the use of concrete plugs significantly increases the factors of safety against sliding for both abutments. Concrete backfills not only provide the sliding resistance, but also are effective in reducing the deformation of the abutments and improve the stress conditions along the base of the dam. The dam works under satisfactory conditions as the results of applying these engineering measures.     

Performance of a Fill dam Based on the Performance-Based Design Concept and Study of a Seismic Retrofitting Method

Fill dams have long been designed by conventional specification based design methods which stipulate details concerning dam body materials, structural calculation methods, and construction methods. There are irrational aspects to applying the specification based design method to a case subjected to large earthquake such as the 1995 Hyogo-ken Nanbu Earthquake, a type that rarely occurs. Thus, since the Hyogo-ken Nanbu Earthquake, the concept of performance-based design that treats performance of a structure as the only requirement has been incorporated, and conventional specification-based design is now being replaced by performance-based design based on required performance as the design method for structures. When an earthquake strikes a fill dam, water in the dam must not overflow the dam body causing a severe disaster in the area downstream from the dam. It is, therefore, necessary that settlement at a dam crest during an earthquake does not exceed a critical value, requiring that it be designed by an analysis method capable of accurately predicting the quantity of settlement produced. This report describes a design study of a fill dam, which requires a high level of seismic performance because of its location conditions and functions. Performed by applying the concept of ISO23469 to an existing fill dam, the study focused on ① setting performance criteria, ② evaluating safety of a fill dam during an earthquake, and ③ reinforcement method that satisfies the performance criteria and evaluation of its safety.     

尾矿坝稳定性分析的模糊随机可靠度模型及应用

针对传统可靠度及坝体安全系数计算方法存在的两个方面的不足:①实际工程中不可能给出设计变量精确的均值,而且这些均值在很大程度上受到许多客观因素或人为作用的影响,这些影响程度具有较大的模糊性;②传统的可靠度理论以Z=0作为度量坝体是否失效的界限,在零点两侧,结构的失效和安全状态是以突变形式转化的,但坝体从安全到破坏很难用明确界限划分,在可靠与失效之间有一个中间过渡状态存在,是一个模糊范围。在解决以上两个问题的基础之上,首次将模糊可靠度理论应用到尾矿坝的稳定性研究中,既考虑尾矿坝破坏事件的模糊性,又考虑主要变量和参数的模糊性,将模糊性和随机性相结合,研究尾矿坝工程的模糊随机可靠度分析方法。工程实例计算表明:计算结果与实际情况吻合良好,较传统坝体安全系数计算方法更加科学合理,更能反映尾矿坝的真实状况,为尾矿坝稳定性的计算提供了一条新途径。     

溪洛渡特高拱坝建设的岩石工程关键技术

 通过各设计阶段对溪洛渡特高拱坝岩石工程关键技术问题的不断深入研究,使得拱坝体型和结构设计很好地适应坝址地形地质条件;面对河床坝段基础地质条件的变化,通过建基面扩大开挖和上下游贴角设计,使得拱坝和基础相互协调,改善坝体和地基应力条件。三维地质力学模型试验和有限元分析表明,溪洛渡特高拱坝和基础具有良好的工作性态。监测成果表明,拱坝和基础实际工作性态符合规律。基于全寿命周期理论的溪洛渡“数字大坝”的建设与实践,为施工过程控制和决策提供了有力支持,进一步保证了拱坝在施工期和运行期各阶段的工作性态满足设计要求,保障了拱坝的安全可靠。     

Coquitlam大坝抗震能力提高设计(英文)

Coquitlam 大坝建于 1913 年,坝高 30 m,为吹填土石坝。大坝位于加拿大 BC 省高地震危险带。风险人口数以万计。根据现行标准,大坝的抗震能力不符合要求,坝体冲填土和某些部位地基土松散,容易液化。在中度至重度的地震情况下,大坝将会遭受严重的损坏,并有可能溃决。提高大坝的抗震能力很有必要。选择最高设计地震为里氏7.5 级地震,地震地面水平峰值加速度 0.66g。在设计中,还需要对以下一些提高抗震能力的设计方案进行评估,包括结构修复、大坝重建、限制水库运行及退役。在综合考虑技术、社会、环境和经济因素的基础上,选择了兴建一座新的下游堤坝以提高其抗震能力,减少 Coquitlam 大坝的地震风险。新建坝包括一座土质心墙堆石堤坝和一个位于左坝肩的混凝土过渡带。新建堤坝大部分是建在具有承载力的淤泥土上,而混凝土过渡带则完全建在基岩上。由于现场和施工条件的限制,座落在现有大坝下游坝壳部分的新建堤坝上游坡的下部一小部分为沿原河道的液化砂砾石冲积层。先进的地震稳定性和变形分析结果表明,由于有足够的超高、厚厚的反滤体以及过渡带,大坝所产生的变形是可以接受的。为了控制基础渗流和出逸坡降,设计采用了塑性混凝土防渗墙、帷幕灌浆以及在下游增设一套减压井相结合的方案。为了监测新建坝的性态,在施工期和运行期的仪器监测设计中采用了基于破坏模式的方法。主要介绍了 Coquitlam新建堤坝的设计,包括大坝安全监测系统的设计。     

小型水坝的地震安全(英文)

大多数用于灌溉和供水的坝为高度小于 15 m 的土坝,并称之为乡村坝。国际大坝委员会所辖大坝的坝高都在15 m 以上,这些小型水坝并不在委员会管辖范围之内。通常,乡村坝由地方社区或水坝工程建设经验不足的组织资助修建起来的,印度尤其如此。例如 1 月 26 日发生在印度古茶拉底省的 Bhuj 地震,波及到 240 座水坝。显然这些坝的质量远比不上水电站大坝的质量,然而小型水坝的事故将会影响到整个大坝行业的前景,所以这些乡村水坝也应该满足基本的设计与安全准则,以免对整个大坝行业造成负面影响。     

Interpretation of concrete dam behaviour with artificial neural network and multiple linear regression models

The safety control of large dams is based on the measurement of some important quantities that characterize their behaviour (like absolute and relative displacements, strains and stresses in the concrete, discharges through the foundation, etc.) and on visual inspections of the structures. In the more important dams, the analysis of the measured data and their comparison with results of mathematical or physical models is determinant in the structural safety assessment.In its lifetime, a dam can be exposed to significant water level variations and seasonal environmental temperature changes. The use of statistical models, such as multiple linear regression (MLR) models, in the analysis of a structural dam’s behaviour has been well known in dam engineering since the 1950s. Nowadays, artificial neural network (NN) models can also contribute in characterizing the normal structural behaviour for the actions to which the structure is subject using the past history of the structural behaviour. In this work, one important aspect of NN models is discussed: the parallel processing of the information.This study shows a comparison between MLR and NN models for the characterization of dam behaviour under environment loads. As an example, the horizontal displacement recorded by a pendulum is studied in a large Portuguese arch dam. The results of this study show that NN models can be a powerful tool to be included in assessments of existing concrete dam behaviour.     

关于可靠度理论应用于混凝土坝设计的问题

水荷载和自重可作为定值考虑,没有必要按随机变量处理,渗透压力、温度、地震等荷载,确有较大变异性,但问题较复杂,很难确定它们的统计参数。机口取样的混凝土强度试验资料较多,但混凝土的平仓振捣、冷缝、裂缝等因素,对坝体抗力的影响更大,而对于这些因素,可靠度理论是无能为力的。对混凝土坝安全影响最大的是基础内部的软弱结构面,由于埋藏地下,仅靠钻孔和少量探硐资料,很难用可靠度理论进行分析。混凝土坝设计以采用总安全系数为宜,安全系数的取值,主要依靠长期以来国内外实际工程的经验,而不是可靠度理论。     

锦屏高拱坝整体安全度评估

锦屏高拱坝是目前世界上拟建的最高的双曲薄拱坝,水压力巨大,其设计和分析都超出现行规范。锦屏一级拱坝的环境条件存在明显的不对称特点：一是两岸地形不对称;二是两岸地质条件明显不对称;三是坝体的坝面受日照时间不对称。这些不对称性和高水压使锦屏高拱坝的安全性成为锦屏拱坝建设中最重要的关键技术问题之一。运用三维非线性有限元数值分析方法,研究锦屏拱坝在多种工况下的应力场和位移场以及左、右岸不利地质构造对拱坝工作性态的影响。坝体的应力和位移分布存在比较明显的左右不对称,引起不对称的原因除两岸地基刚度不对称外,拱坝坝体的不对称也是重要原因,因此应进一步优化拱坝体型。确定锦屏拱坝地基系统在不同破坏模式下的整体安全度：上游水压力超载引起系统失效的整体安全度约为5.0;坝基岩体抗剪强度降低使系统失效的整体安全度约为3.0;地震灾害引起系统失效的整体安全度约为6.0。根据屈服破坏区的分布,指出坝基加固处理的重点部位为左拱端下游侧1 800 m高程以上和右拱端上游侧1 630～1 800 m高程之间。     

土石坝安全实时评价系统研究与开发

大坝安全管理的实时性与风险特点越来越明显,工程安全是水库防洪调度安全的基础,也是发挥大坝防洪减灾与洪水资源利用的根本保障。针对水库防洪调度实时性需求,对大坝的实时安全性进行了分析,研究提出了大坝工程安全实时评价的分析框架及系统设计要求,就工程结构的实时计算方法进行了实现,并成功应用于青山水库防洪安全调度中。     

垃圾填埋场重力式垃圾坝的工程设计

结合承德市垃圾填埋场工程,探讨了垃圾坝的结构设计原则、主要计算公式、设计参数以及设计计算中存在的常见问题,并对重力式垃圾坝的结构设计提出了优化措施.通过科学设计保证了砌石垃圾坝的新旧坝嵌套工程的安全性和可行性.     

提高大坝安全性能的一种方法——溢洪道维修案例分析(英文)

瑞典新的洪水设计及大坝安全指南对全国水库大坝的安全提出了更高的要求。指南对每一条河流情况进行了复核并找到了较好的解决方案,即储水和提高溢洪道泄洪能力相结合的方案。为了符合指南的要求,瑞典全国上下都在实施一个大坝安全计划,对大量的水库大坝提高其安全性能,以满足更高的洪水设计(及其它方面)的要求。技术方案包括大坝加固、溢洪道泄洪能力提升和临时储水设施。Stenkullafor 水库大坝设有一个 2 闸控制的敞开式溢洪道。该水库修改后的设计洪水将比现有溢洪道泄洪能力提高 40%。根据成本效益分析,提高溢洪道泄流能力的主要措施是降低其中一个闸门顶高程,以适应需要提高的泄洪能力。通过水工模型试验,一方面优化溢洪道顶部轮廓,另一方面降低溢洪道顶部改造和新闸门的成本。溢洪道右侧闸门底高程降低 4.3 m,并新安装一扇更高的闸门。现在,大坝的安全性能已得到提高。对水工模型试验和施工时的洪水风险,施工过程及其遇到的困难进行了介绍,并对坝体加固、上游坡新的侵蚀防护、下游消能及下游行洪渠道等工程措施进行了描述。     

白鹤滩水电站上坝线左拱座楔形体安全性能分析

 白鹤滩水电站上坝线左拱座底部岩体被陡倾断层切割成多个楔形体,坐落于拱坝底部及其下游,其稳定性直接影响到坝基和拱坝的安全。考虑楔形岩体各滑动面上复杂的渗透压力进行拱坝及楔形体安全性能分析,在FLAC3D中编制多种形式水压力施加程序,并以概念模型进行验证。根据数值计算结果,通过分析所选取结构面的典型节点位移变化,研究楔形体的稳定安全度、面安全系数及超载条件下屈服扩展状况,对其安全性能进行综合分析。研究表明：楔形体滑面考虑裂隙水压力和扬压力作用下,底部LS331滑面的安全度低于坝基接触面,上游右岸坝踵处开始出现局部屈服的超载安全系数为1.5,楔形体不能正常运行的超载安全系数为3.1,坝基不能正常运行的超载安全系数为3.3,坝基岩体整体破坏的超载安全系数为5.5。