土工膜缺陷对土石坝渗流特性的影响及控制措施

由于土工膜因缺陷导致的渗漏问题可能对土工膜防渗土石坝工程安全造成隐患,为此模拟不同的土工膜缺陷大小和位置,分别采用剔除单元法和渗透系数放大法对存在缺陷的土工膜坝面防渗土石坝进行饱和-非饱和三维渗流场有限元数值仿真计算,分析土工膜不同缺陷条件下大坝整体及局部渗流场变化规律。计算结果表明:土工膜缺陷渗漏仅对缺陷附近坝体局部渗流场分布产生较大影响,对大坝其他部位影响不大;土工膜缺陷位置越低,缺陷处水头越大,缺陷渗漏量增加越明显,并使缺陷处膜后坝体浸润线局部抬高。最后,针对土工膜缺陷渗漏提出了若干工程设计控制措施。     

土石坝防渗(复合)土工膜缺陷及其渗漏问题研究进展

在国内外众多土石坝采用(复合)土工膜防渗的工程背景下,分析了坝面或坝内土工膜缺陷的类型及产生缺陷的原因。归纳总结了国内外已有(复合)土工膜缺陷渗漏问题的研究成果,认为现有研究成果不适用于解决高土石坝复合土工膜的缺陷渗漏问题。同时认为高土石坝复合土工膜的缺陷演化规律、缺陷渗漏对坝体渗流场分布及对大坝安全的影响,以及如何采取有效的限渗减漏措施预防和减小缺陷渗漏量,已成为高土石坝复合土工膜防渗工程发展的瓶颈。为此,建议对复合土工膜的缺陷渗流特性进行试验研究,同时采用理论分析、数值模拟和工程实例反馈分析等手段对土石坝中复合土工膜的缺陷渗流及缺陷演化等相关问题进行系统研究,以便为复合土工膜防渗高土石坝的渗漏安全评判、预防及修复等方面起到理论指导作用。     

土工膜修复浆砌石重力坝渗漏的效果分析

针对某病险浆砌石重力坝坝体和坝基渗漏问题,提出了坝面布设土工膜联合坝基帷幕补强的渗漏修复方案,采用有限元法,对大坝开展多工况下渗流场计算,得到了大坝等水头线分布、浸润线高度、渗透坡降及渗流量,重点对土工膜和帷幕的防渗效果进行了论证分析。结果表明,大坝上游面土工膜削减水头显著,膜后坝体浸润线位置低,坝体渗流量小;坝基补强后的帷幕亦有较好的防渗效果,有效限制了坝基渗漏,帷幕渗透坡降小于允许坡降。采用土工膜联合帷幕补强修复浆砌石坝体渗漏是合理可行的。     

平原水库土工膜防渗特性分析

复合土工膜防渗措施是解决平原水库渗漏问题的有效手段。为了研究平原水库土工膜防渗特性,以山东省清源湖水库为例,采用数值模拟与现场实测相结合的方法,建立了基于饱和-非饱和渗流微分方程的土工膜防渗围坝渗流有限元分析模型,并将计算结果与实测数据进行了对比。研究表明铺设土工膜防渗后,非饱和区域显著增加,忽略非饱和区域会使得渗漏量计算值偏小、浸润线及溢出点高度计算值偏低,令设计者低估渗漏的严重程度,不利于坝体的渗流稳定;土工膜缺陷因素(如缺陷的位置、尺寸、数目及与其下垫层的接触情况)对渗漏量和围坝浸润线亦有较大影响;土工膜缺陷及土工膜与下垫层的接触情况主要取决于施工质量,在施工期对土工膜缺陷进行严格控制,可有效减少渗漏量,对平原水库的安全运行具有十分重要的意义。     

复合土工膜防渗体土石坝渗流有限元分析

基于复合土工膜的渗透机理，结合土体的渗流计算模型，采用有限元法，编写了土石坝渗流计算的程序，对某复合土工膜面板坝进行了渗流分析。应用实例的计算结果表明，用复合土工膜防渗的土石坝的渗流计算结果是合理的，与未铺设复合土工膜的土石坝相比，浸润线坡度趋于平缓，渗透坡降明显减小，渗透流量大幅度缩减。     

土工膜防渗土石坝渗流特性分析

土工膜是一种新型防渗材料,在土石坝中已经得到了广泛的应用,但关于土工膜的渗流特性及防渗效果的研究还较少。基于土工膜的渗流机理,将发生在土工膜中的渗流分为土工膜本身渗透和土工膜缺陷渗漏两类,分别研究了影响土工膜渗透和渗漏的各种因素,总结了相应的工程措施,为土工膜的防渗设计提供依据。研究表明,精心的设计和高质量的施工是土工膜防渗工程成功的保证。最后介绍了电学渗漏位置探测法的原理及其在土工膜缺陷检测中的作用。     

土工膜防渗低水头平原水库渗流场及膜体稳定性

针对平原水库土工膜稳定及渗漏等问题,结合珠江三角洲某土工膜防渗平原水库实际工程,建立渗流有限元模型,模拟施工和运行过程中土工膜破损和缺陷情况,分析土工膜缺陷对库底土工膜膜体稳定性和渗漏量的影响。结果表明:平原水库库内未储水时,土工膜缺陷对平原水库渗流场和库底土工膜稳定性的影响甚微;当库内及外江水位均处于高水位时,缺陷处膜下压力水头最大,但土工膜仍可维持稳定;当土工膜缺陷距离排水盲管30m,且缺陷孔径为0.5~3.0cm时,孔径变化对缺陷处渗漏量的影响较小,但缺陷数量和位置对缺陷处总渗漏量影响显著。     

(复合)土工膜防渗土石坝饱和-非饱和渗流特性

分别采用完全饱和渗流及饱和 非饱和渗流有限元计算理论,对(复合)土工膜防渗土石坝进行渗流场仿真分析,重点研究土工膜等效处理时不同厚度放大倍数下大坝渗流场变化规律,同时结合坝体土石料不同渗透特性,计算得到大坝渗流量和浸润线与土工膜厚度放大倍数之间的关系,并比较了按完全饱和渗流理论与饱和 非饱和渗流理论计算结果的差别。结果表明:在坝体土石料渗透特性相同的情况下,土工膜不同厚度放大倍数时浸润线仅在土工膜等效区有较大差别,在膜后坝体部位基本保持不变;大坝渗流量与土工膜厚度放大倍数及坝体填料的渗透特性相关,按饱和渗流理论计算所得的大坝渗流量大于按饱和 非饱和渗流理论计算得到的渗流量。     

考虑土工膜缺陷的面膜坝渗透稳定性分析

为研究土工膜缺陷的面膜坝在库水位骤降情况下的渗流特性以及上游坝坡的稳定性,利用Geo-slope软件建立了破损土工膜有限元分析模型,对土工膜不同破损部位以及破损尺寸进行了渗流要素和稳定性分析。结果表明:土工膜破损位置越高,尺寸越大,浸润线抬升越高,渗漏量越大,但后者影响明显小于前者;当库水位高程降落至土工膜破损高程时,存在一个浸润线突然下降的“突变”初始稳定安全系数随着土工膜缺陷位置的变高和尺寸的变大而变小,安全系数总体上呈现先下降,后趋于稳定的规律,但在库水位高程经过土工膜缺陷处,存在一个突然上升的过程。研究成果为面膜坝运行过程中的稳定性评价和治理提供了参考。     

混凝土防渗墙截渗对土石坝边坡稳定的不利影响分析

在我国病险水库中,大坝渗漏和坝坡稳定是普遍存在的主要问题。为解决土石坝的渗漏和渗透稳定问题,混凝土防渗墙是一种行之有效的办法,它不但可以减少渗漏量,还能大大降低坝后渗透坡降。但是,进行防渗处理设计时往往容易忽视一点：防渗墙在解决了土石坝渗流问题的同时,也会造成上游坝体浸润线抬高,对水位降落工况上游坝坡稳定造成不利影响。     

复合土工膜缺陷渗漏试验的饱和－非饱和渗流有限元模拟研究

介绍了复合土工膜缺陷渗漏量室内物理模型试验以及缺陷渗漏量的经验拟合公式等成果。应用非稳定饱和－非饱和渗流理论和Galerkin有限元法，建立了该试验的三维有限元数值计算模型，对试验工况进行数值模拟。根据物理模型试验试样的轴对称性，选取中心角10度的试样建立精细三维有限元模型，详细模拟了室内试验条件下不同压力水头作用的渗漏在砂土试样中不断发展的过程，并计算了稳定渗漏量。分析比较了数值模型计算成果与物理模型试验结果，两者变化规律一致。可见提出的数值模拟方法可以较好地模拟复合土工膜缺陷渗流场，计算缺陷渗漏量。     

高面膜堆石坝面膜局部顶破、刺破概率分析方法——高面膜堆石坝关键技术（六）

针对堆石坝面膜与垫层颗粒间接触状态存在较大的随机性和无序性的问题,结合土工膜材料力学强度与抗顶破、刺破能力之间的关系,建立了一种简化条件下计算土工膜发生局部顶破、刺破概率的方法,并分析了垫层颗粒不同粒径、不同压力与土工膜局部顶破、刺破概率之间的关系,同时以某面膜防渗堆石坝为例,给出了在土工膜整体受力变形条件下堆石坝面膜防渗结构安全概率的分布情况。分析结果表明:压力越大、颗粒粒径越大,土工膜发生顶破、刺破的可能性越高,并且由于局部土工膜所受到的不平衡力的方向的不确定性,所以土工膜发生顶破、刺破的概率与颗粒粒径和压力具有明显的两段函数关系。     

土工膜用于水库防渗工程的经验

分析近10年土工膜土石坝建设萎缩的主要原因:一是由于SL274—2001《碾压式土石坝设计规范》相关规定的限制;二是由于2005年错误批判北京圆明园荷花池铺复合土工膜防渗事件。结合工程实例介绍抽水蓄能电站上水库、水库全库盘、平原水库、河川水库等用土工膜防渗的成功经验,以及1座河川水库因铺膜施工不当而失败的教训。介绍了电力行业DL/T5395—2007《碾压式土石坝设计规范》(代替SDJ 218—1984《碾压式土石坝设计规范》),该规范规定坝高30~100 m的坝可用土工膜防渗,这必将推进土工膜土石坝的发展。     

土工膜界面动力剪切特性数值模拟及应用

利用改装的土石料大型剪切仪对土工膜-砂砾石界面开展循环剪切试验,获得土工膜界面在不同竖向压力下的滞回曲线、主干线和阻尼比曲线,建立相应的剪切劲度和等效阻尼比数学模型。在此基础上对循环剪切试验开展有限元数值模拟,所得计算结果与试验值总体吻合较好,合理反映了土工膜界面循环剪切过程的非线性和滞后性,验证了所建土工膜界面本构模型的正确性。进一步将模型应用于土工膜防渗土石坝的抗震分析中,计算得到的坝面土工膜的动位移、加速度、动主拉应变和动主拉应力符合一般规律,表明所建本构模型用于土工膜防渗土石坝抗震分析是正确可行的。     

复合土工膜缺陷渗透量试验观测

结合某复合土工膜斜墙坝工程材料实际情况，自行设计试验装置，进行复合土工膜缺陷渗透量试验研究，经长期观测得到复合土工膜在不同缺陷孔径、不同水头作用下的缺陷渗透量实测值。分析了复合土工膜的缺陷渗透作用机理及相关因素对其影响，为土工膜的防渗设计提供依据。     

泥岩掺量对筑坝粉土渗透性影响的试验研究

坝料渗透特性是土石坝渗流计算分析的重要参数。土石坝采用当地材料进行筑坝,是“就地取材”较为经济坝型,筑坝材料的性能决定坝型的选择与确定,挡水建筑物的关键是防渗,筑坝材料的渗透性是决定坝型选择的关键和主要因素之一。通过对当地材料粉土质砂掺入一定量的泥岩以提高粉土质砂的防渗性能,解决粉土质砂渗透系数大而不能满足规范对筑坝材...