浅析超高心墙堆石坝动力响应及极震破坏模式研究现状北大核心

总结了高心墙堆石坝动力分析方法与最新研究进展,给出了不同动力计算方法的优缺点及动力分析研究发展方向。研究表明,300 m级超高心墙堆石坝动力响应特性研究应包括坝体加速度反应、残余变形、心墙动强度及坝坡稳定等内容。结合文献研究成果分析,指出超高心墙堆石坝地震破坏模式为:首先坝坡面出现局部松动滚石、坝体产生变形及裂缝;坝坡累积的滑动变形逐渐加大,坝坡开始坍塌;心墙及上游反滤料动强度不足范围从坝顶向下逐渐加深,以致坝坡的整体稳定性进一步被削弱或塌滑。综合残余变形、防渗心墙抗剪强度、坝坡稳定等方面的极限抗震能力评价标准,表明我国300 m级超高心墙堆石坝能承受地震动峰值加速度0.45g^0.60g的动荷载。     

浅析超高心墙堆石坝动力响应及极震破坏模式研究现状

总结了高心墙堆石坝动力分析方法与最新研究进展,给出了不同动力计算方法的优缺点及动力分析研究发展方向。研究表明,300 m级超高心墙堆石坝动力响应特性研究应包括坝体加速度反应、残余变形、心墙动强度及坝坡稳定等内容。结合文献研究成果分析,指出超高心墙堆石坝地震破坏模式为:首先坝坡面出现局部松动滚石、坝体产生变形及裂缝;坝坡累积的滑动变形逐渐加大,坝坡开始坍塌;心墙及上游反滤料动强度不足范围从坝顶向下逐渐加深,以致坝坡的整体稳定性进一步被削弱或塌滑。综合残余变形、防渗心墙抗剪强度、坝坡稳定等方面的极限抗震能力评价标准,表明我国300 m级超高心墙堆石坝能承受地震动峰值加速度0.45g~0.60g的动荷载。     

窄陡河谷面板堆石坝坝肩摩擦接触问题研究

本文提出陡坡峡谷地区面板堆石坝坝肩摩擦接触模型。它采用可以沿接触面滑动的支座来模拟堆石与岸坡的接触，并假定与岸坡接触的堆石结点在岸坡的法线方向固定，而在沿岸坡的切线方向可以滑移。其接触面采用刚塑性模型，当剪应力小于等于剪切破坏强度时结点固定，而当剪应力大于剪切强度时，结点在切线方向可以滑移，并受到超值摩擦力的作用。由于堆石坝的变形在建成后若干年停止，因此对岸坡与堆石体之间的接触摩擦角采用衰减模式。文中用该模型对典型面板坝进行了变形分析，并对周边缝破坏的现象做出解释，表明所提模型合理可行。     

弱超固结黏土-混凝土接触面力学特性直剪试验研究

为探讨黏土的超固结比对黏土-混凝土接触面力学特性的影响,利用直剪仪对不同弱超固结黏土与混凝土的接触面进行直剪试验。试验成果分析表明：黏土的超固结比从1增加到2时,接触面的黏聚力增大40%,内摩擦角增大38%。弱超固结黏土与混凝土接触面尚未剪切破坏时,剪应力-剪切位移曲线符合双曲线模型;接触面剪应力达到抗剪强度后,接触面破坏,进入滑动摩擦不收敛状态。接触面的抗剪强度、初始切线劲度系数与破坏比随着超固结比的增大而逐渐增大;接触面的抗剪强度符合摩尔-库伦破坏准则。建立了黏聚力、内摩擦角、ΔL/τ-ΔL关系中的斜率和截距与超固结比的经验公式,结合摩尔-库伦破坏准则,又建立了简单的接触面本构模型。并用试验数据验证其合理性,可供相关工程参考。     

复杂地形条件下土石坝心墙安全关键问题探讨

复杂地形条件下心墙与陡峻岸坡剪切渗流安全、岸坡突变引起的坝肩横向张拉破坏、狭窄河谷心墙应力安全及变形稳定是土石坝心墙安全关键问题。基于国内外最新研究成果,探讨了上述问题的形成原因及作用机理,揭示了工程建设需进一步深入研究的方向。结果表明,心墙与岸坡接触部位在发生大剪切变形后仍具有较高的防渗抗渗性能;受主应力偏转、不均匀变形以及低围压土体剪胀特性的影响,在心墙顶部20～30 m范围内的土体,蓄水后应力变形条件将变得十分复杂,是较易诱发心墙发生水力破坏或接触渗透破坏的薄弱环节,工程建设应引起足够重视。除了严格坝体变形控制措施外,建议在高土石坝左右坝肩易发生裂缝区域,可采用接触粘土代替砾石土料,必要时采取预埋灌浆管、降低水库初期蓄水速率等工程措施,进一步降低高坝大库蓄水运行风险。     

基于X射线断层扫描术的黏性土－混凝土接触面剪切－渗流机理研究

高心墙堆石坝心墙和岸坡混凝土垫层接触部位错切变形大,常通过设置接触黏土来增强这一位置的变形协调性和抗渗透破坏能力。已有试验研究表明,黏性土和混凝土接触面一般在大剪切变形下的抗渗透破坏能力增强,但其机理尚不明确。本文对这一机理展开研究。对黏性土-混凝土接触面进行了一组剪切-渗流试验,并对其中一个试样在不同阶段于接触面附近取样,利用X射线断层扫描术(即XCT扫描)试验对其进行微观结构扫描。通过图像处理软件对试样进行三维结构重建,并提取了在试验过程中不同相对位移下接触面附近土样的表观孔隙率分布。通过对表观孔隙率的分布及XCT扫描的典型截面图像分析,研究了黏性土-混凝土接触面在一定固结压力下发生大剪切变形后抗渗能力增强的机理。     

铜街子水电站外部变形观测设计

一、基本情况铜街子水电站装机容量60万kW,坝顶总长1084.6m,最大坝高82.0m。坝址工程地质条件比较复杂,坝基玄武岩内夹有凝灰岩和软弱夹层,左岸岸坡为抗剪强度较低的块碎石夹粘土层。枢纽布置从左岸到右岸依次为:1号碾压混凝土坝、左岸钢筋混凝土面板堆石坝、1～24号     

观音岩水电站心墙堆石坝施工质量强度检测

结合观音岩水电站河中碾压混凝土重力坝和右岸粘土心墙堆石坝组成的混合坝施工,分别对接头部位及坝纵1+020断面上的堆石料、反滤料、粘土心墙料与接触粘土进行了新型现场直剪试验,得到了现场实际施工条件下坝料的抗剪强度参数,据此对坝体的强度安全性进行了分析。结果表明,坝体应力水平均较低(最大为0.7),其最大值基本上出现在混凝土与土石坝接触部位,且越靠近岸坡,应力水平越小,说明观音岩水电站坝体处于安全状态。     

不同强度坝基与坝体接触面力学特性试验研究

为研究不同强度坝基与坝体接触面的抗剪强度特性，结合芝瑞抽水蓄能电站，采用NHRI-4000型高性能大型接触面直剪试验仪，通过直剪试验，对比研究了不同强度基岩与坝体接触面的力学特性。结果表明，坝基与坝体软弱接触面的应力-应变关系大体仍符合Clough等提出的双曲线接触面模型；随着接触材料由较硬基岩到软岩，接触面剪应力与剪切位移曲线由典型的软化型转变为硬化型，且采用双曲线接触面模型整理得到的坝体与坝基接触面的力学指标发生了急剧衰减。作为坝基与坝体的接触部位，坝基为软弱基岩、尤其是软弱覆盖层时，相关接触面的力学特性值得重视及进一步研究。     

沥青混凝土心墙堆石坝心墙拱效应研究

心墙拱效应是影响土石坝安全稳定运行的重要因素,心墙力学特性复杂且受众多因素的影响,复杂地形地质条件对心墙拱效应具有重要影响。首先对比了直心墙、斜心墙、下直上斜式心墙拱效应的差异,在此基础上选取岸坡坡度、河谷宽度、覆盖层厚度以表征坝体所处的地形地质条件。基于数值计算定量研究复杂地质条件对沥青混凝土心墙拱效应的影响规律。结果表明：心墙应力拱效应主要集中在心墙中部3/4坝高附近及靠近岸坡处;斜心墙应力拱效应相对较小,可以很好地改善心墙的整体受力状况;岸坡变陡,斜心墙整体的拱效应强度增加,应力传递的核心区域由心墙中部拓宽至心墙两岸坡;随着河谷宽度的增加,应力传递的重心逐渐由底部转移到心墙两岸及心墙中上部;斜心墙整体的应力拱效应并非随着河谷宽度的增加单调变化,当坝轴线长度与坝高比值增加到3～4时,河谷产生的河谷效应对斜心墙变形及拱效应的影响大幅下降;随着覆盖层厚度的增加,斜心墙底部的拱效应明显增强,底部的拱效应系数分布逐渐集中化、区域化,容易产生局部破坏。     

地震输入角度对抽水蓄能高面板堆石坝动反应影响研究

本文采用三维有限元计算方法和沈珠江动本构模型,研究某高烈度区大倾角坝基上高面板堆石坝的动反应特性。首先,讨论了地震波水平输入角度对面板堆石坝动反应的影响,以地震过程中坝顶峰值加速度,坝体最大动位移与最大动应力,面板最大变形值及最大动应力五个指标作为主要评判标准,对比地震波在八个不同水平输入角度下坝体动反应的大小,发现水平输入角度每改变45°,五个指标均随之变化,呈现"W"型变化规律,180°为最不利输入角度,各项指标都处于峰值点。然后,针对处于大倾角坝基上的抽水蓄能高面板坝进行了坝体动反应和坝坡稳定性分析,获得了堆石坝反应加速度随着坝高的增加而增大,以及震后存在残余变形等地震反应特性。最后验证了该工程坝体在地震反应过程中的安全性。研究结果可为高烈度地区倾斜坝基上高面板坝的动反应设计提供参考。     

河谷坡度对高面板堆石坝应力变形特征的影响

以玛尔挡水电站面板坝工程为例,建立了不同河谷坡度方案下的面板坝三维有限元模型,研究不同河谷坡度下高面板堆石坝坝体的静动位移和应力分布情况,分析了河谷坡度对坝体应力变形特征的影响,探讨了地震工况下河谷坡度对坝体结构稳定性的影响。结果表明:河谷坡度为50°时堆石体内部将会出现较明显的应力拱效应现象,河谷边坡陡缓临界值近似为50°;坝体沉降与坡度变化之间呈负相关关系;地震作用未对拱效应存在下的坝体产生显著的不利影响。     

基于非线性抗剪强度指标的面板堆石坝坝坡稳定有限元分析

面板堆石坝坝坡稳定分析的关键是如何合理选择堆石材料的抗剪强度指标,以及如何选用能合理反映坝坡失稳破坏机理的抗滑稳定分析方法.本文结合工程实例,以面板堆石坝坝坡稳定安全系数为研究对象,通过与按线性抗剪强度指标计算结果的比较,研究论证了采用非线性抗剪强度指标的合理性.在采用非线性抗剪强度指标的前提下,通过与传统的刚体极限平衡法计算结果的比较,分析说明了有限元法计算结果的准确性与合理性.结果表明,对于面板堆石坝的坝坡稳定问题,采用基于非线性抗剪强度指标的有限元方法可以获得更为合理的结果.     

积石峡面板堆石坝复杂渗流场有限元精细模拟

运用自主研发的三维渗流有限元可视化分析软件GWSS,对积石峡面板堆石坝的坝体（包括面板、过渡层、排水层、堆石料等）、坝基、防渗帷幕以及泄洪洞和底孔排沙洞等结构进行了精细建模。在此基础上采用求解有自由面的改进截止负压法、隧洞子结构法和求解大型稀疏矩阵的预处理共轭梯度算法对积石峡面板堆石坝复杂渗流场进行了数值模拟。重点研究了面板和防渗帷幕联合作用下渗流场分布特征和防渗效果,以及泄洪洞和底孔排沙洞对大坝渗流场的影响等。计算结果表明,在正常运行条件下,面板结合防渗帷幕能够起到很好的防渗作用,坝体内自由面较低,左岸底孔排沙洞和泄洪洞也起到了很好的排水作用,大大降低了左岸山体的地下水位,有利于大坝和岸坡的稳定。     

基于强度折减法的土石坝边坡稳定分析与探讨

在传统的土石坝边坡稳定分析中,通常采用简化毕肖普法或瑞典圆弧法,分别计算上、下游边坡的滑动安全系数,然后根据规范评判边坡的稳定性.本文应用有效应力原理,以初始应力方式将渗流场导入到位移应力分析中,基于强度折减法对坝体整体进行弹塑性分析;分别采用塑性区贯通和位移突变失稳判据,得到坝坡的最小安全系数,并将其与简化毕肖普法计算结果相比较.研究表明:采用强度折减法进行土石坝边坡稳定分析虽然是可行的,但仍存在一些问题.最后,对强度折减法在土石坝边坡稳定分析中存在的两个问题进行了初步的探讨.     

折叠液压坝支撑结构工作特性有限元分析

为了探究折叠液压坝支撑结构在坝体升降过程中的工作特性,结合某实际工程,采用三维有限元法,研究了加固后的折叠液压坝支撑结构在不同面板启闭角度下应力的变化规律,分析了坝前泥沙淤积高度对支撑结构工作特性的影响。结果表明:该工程在导致液压坝破坏的实际溢流水头作用下,支撑连杆主应力最大值随着面板启闭角度的增大先增大后减小,其最危险的开启角度为45°;支撑连杆座主应力最大值随面板启闭角度的增大先减小后增大,最后再减少,其最危险的开启角度为0°;地锚螺栓最危险截面平均拉应力在面板开启角度45°时出现峰值59.46 MPa,平均剪应力在面板开启角度0°时出现峰值75.56 MPa,平均应力值均大幅低于加固前值,且均能够满足安全要求,表明加固后的折叠液压坝支撑结构安全可行;坝前泥沙淤积对折叠液压坝支撑结构稳定性具有不利影响。     

小南海水电站左岸溢流坝抗滑稳定分析

小南海水电站左岸溢流坝坝基内发育有层间剪切带、地层挠曲、顺河向的长大裂隙等,使其存在抗滑稳定问题。经分析该坝段的工程地质条件,确定坝基中可能出现的深层滑动破坏模式后,分别运用刚体极限平衡法和基于FLAC 3D的强度折减法计算坝基抗滑稳定安全系数,对比分析两种方法的计算成果。由强度折减法计算所得的安全系数均高于混凝土重力坝设计规范中规定的安全系数1.10,表明坝基的可能破坏模式不会发生,而刚体极限平衡法所得安全系数较强度折减法偏小,表明坝基的双斜滑动失稳模式可能发生,需要引起注意。但是对于不同的下游反向缓倾角裂隙倾角,两种方法所得安全系数的关系曲线变化趋势是一样的,倾角为40°时安全系数最小。     

宜兴抽水蓄能电站上库主坝堆石料的特殊研究

针对宜兴抽水蓄能电站上库主坝建在倾斜基础面上的实际情况,对坝体堆石料特性进行了两项特殊研究.现场试验研究表明各种堆石料与基岩面之间的抗剪强度均小于该种堆石料本身的抗剪强度,加大基岩面的粗糙度有利于提高该项抗剪强度.对砂岩夹泥岩堆石料浸水后变形特性的室内试验研究表明其湿陷特性指标处于一般堆石料常见值范围内;评价堆石料浸水饱和后的表现,不能只看堆石料软化系数的大小,还要考察堆石料饱和抗压强度等力学性能指标.研究成果为充分利用上库库盆开挖料筑坝并降低工程投资提供了科学依据.     

水布垭水利枢纽页岩风化料击实和渗透特性试验研究

设计中中的清江水布娅水利枢纽大坝为２２７ｍ高的心墙堆石坝，其心墙防渗料的主要料源为页岩风化料。由于风化料、砾质土较之纯粘土具有更高的强度、变形模量和抗渗透破坏的能力以良好的施工性能，将其用作高土石坝防渗心墙材料已是世界上的坝工的潮流。结合水布娅水利枢纽的坝址比选，对页岩风化料工程性质进行了试验研究，研究成果表明，页岩风化料的级配具有宽组配，不连续、不稳定的特性，页岩风化料的击实性能良好，以全风化和     

芹山面板堆石坝周边缝新型止水结构研究与应用

针对芹山面板堆石坝坝高１２２ｍ、左岸岸坡陡峻，计算剪切变位大（４５ｍｍ）的特点，对面板坝周边缝的止水结构进行了优化改进。通过分析研究和模型试验，将中间的ＰＶＣ止水提至表层，采用表层波形止水结构，这在国内外尚属首例，从目前应用情况看，这种止水结构效果较好。