面板堆石坝垂直缝失效后集中渗流特性研究

面板坝结构缝是大坝防渗体系的重要组成部分，也是最薄弱环节，其一旦失效对大坝安全影响巨大。以某面板堆石坝为例，运用有限元计算方法，对垂直缝失效位置、缝宽、缝长及垫层区渗透系数等典型特征进行模拟分析，分析了止水失效后渗流场规律及其渗透稳定性。结果表明，单缝失效时，垂直缝位置、缝宽、缝长及垫层渗透系数等与各渗流控制要素呈正相关，其中缝长及垫层渗透系数的相关性最显著；多缝同时失效时，开裂面板处流量可应用单缝失效结果求和计算而得，且结果偏于安全。同时，建议垫层渗透系数宜取1×10^-5m/s或略小。结果可为类似工程设计、施工提供参考。     

高混凝土面板堆石坝竖缝止水失效时坝前粘土铺盖防渗作用分析

为探讨某高混凝土面板堆石坝在强震等作用下竖缝止水失效时坝前粘土铺盖的防渗作用问题,采用饱和—非饱和渗流有限元法构建三维有限元模型,分析了不同竖缝失效后竖缝处渗透流量明显增大,粘土铺盖坡降增大,但均在允许范围之内,粘土铺盖在止水失效时起到了一定的防渗作用;随着粘土铺盖渗透系数的增大,粘土铺盖阻渗能力减弱,坝体浸润线逐渐升高至失效竖缝的顶端,浸润线抬升速度逐渐变缓,粘土铺盖渗透系数对整个坝体的防渗体系起到重要作用;在坝高100 m对应高程以下竖缝全长全失效情况下,若坝体浸润线高程渗透流量满足渗透稳定要求,就不必做防渗修补工作,面板坝仍能正常运行。     

基于子模型的高面板堆石坝周边缝变形分析

采用邓肯E-B模型模拟面板堆石坝体时考虑某高面板堆石坝面板分期施工与浇筑的特点,建立准确模拟面板特性的子模型,用接触面单元模拟坝体与面板的接触面及面板缝的相互作用,分析了该高面板堆石坝在稳定期、蓄水期和校核洪水期的面板周边缝变形规律,研究了周边缝随上游水位的变形规律,探究周边缝变形量和坝体整体变形规律,并与类似坝高的面板堆石坝结果进行比较。结果表明,该高面板堆石坝模型在不同时期的周边缝变形符合工程实际,在可接受范围内;靠近河床的面板的垂直缝基本上为受压缝,靠近两岸山体的面板垂直缝为张开缝;周边缝三向位移随上游水位的变化及顺坝轴向呈现一定的规律,与坝体沉降有一定的联系。     

不同面板缺陷下面板堆石坝渗透稳定性数值模拟研究

为研究不同面板缺陷联合库水位变动(库水位高程、库水位骤降速率、缺陷高程、缺陷尺寸)对面板堆石坝渗透稳定性的影响,以浙江省临海市某面板堆石坝为例,利用岩土软件Geostudio的Seep/w与Slope/w模块对含不同缺陷及不同库水位情况下的面板堆石坝进行了有限元分析,得到了渗漏量、面板后浸润线高程及上下游坝坡的安全系数变化规律。计算结果表明,库水位高程越高,面板坝坝后浸润线高程越高,坝体的渗漏量越大,上游坝坡安全系数越大,下游坝坡安全系数越小;当库水位高程低于缺陷高程时,完整面板坝与含缺陷面板坝的渗透稳定特性一致,当库水位高程大于缺陷高程时,库水位水平越高,面板坝后的浸润线高程越高,同时渗漏量也越大;库水位骤降下面板坝内部浸润线呈现先疏后密的规律,在库水位骤降经过缺陷高程时,坝体内部浸润线有个突然下降的过程;一旦面板发生缺陷,面板坝后的浸润线及渗漏量会出现较大的增长,安全系数下降幅度也较大,缺陷高程越高,面板坝后浸润线高程及渗漏量越大,安全系数也越小;缺陷尺寸越大,面板后的浸润线高程及渗漏量也越大,安全系数越小,但变化幅度较小,同时,上游坝坡的安全系数整体上要大于下游坝坡。     

方溪面板坝面板缺陷渗流特性及静动力稳定性数值模拟研究

针对目前面板缺陷下的面板坝渗流特性及静动力稳定性研究较少的问题,以方溪面板坝为例,利用Geo-studio软件建立了面板及缺陷有限元计算模型,数值模拟了不同缺陷情况及不同库水位情况下的面板坝动静力渗透稳定性,得到了坝体内部浸润线变化及坝体上下游的静动力安全系数变化规律。计算结果表明,缺陷的产生使面板处出现了渗漏通道,较完整面板来说大大抬升了面板坝内部的浸润线,主要浸润线抬升部位在靠近面板处,在下游坝坡处浸润线区别则较小;缺陷尺寸越大且缺陷高程越高,浸润线的高程越高,坝体渗漏量越大,但缺陷尺寸的影响小于缺陷高程的影响;上游坝坡的静力安全系数整体上随库水位的升高而上升,下游坝坡则相反。库水位水平高于缺陷高程时,缺陷高程越高,缺陷尺寸越大,安全系数则越低,同时上游坝坡的静力安全系数大于下游坝坡的静力安全系数;缺陷面板遇上地震工况时,上下游坝坡整体安全系数明显下降,下游坝坡在部分工况下处于失稳状态。研究成果对于面板坝灾害防治有一定积极意义。     

董箐混凝土面板堆石坝地震响应特性研究

针对董箐混凝土面板堆石坝的抗震安全性要求,采用三维非线性动力有限元方法,考虑堆石料的动力非线 性及地震时坝体动水压力作用,采用等效线性模型求解坝体的地震反应,获得了该坝在EI-Centro地震波作用下及 峰值加速度时坝体和面板的加速度反应、位移反应、应力反应、垂直缝与周边缝位移反应及坝体地震残余变形等 地震动力反应特性,揭示了董箐面板堆石坝的地震反应规律与特点,分析了坝体的抗震安全性,论证了设计方案 的合理性。     

纳子峡混凝土面板堆石坝垫层及主堆石区渗透变形室内试验分析

根据大通河纳子峡面板砂砾石坝的工程特点和料场情况,对纳子峡水电站下游C1料场B、F区及河床的天然砂砾石土科做了筛分试验,绘制了土料的颗粒级配曲线,得出C1料场B、F区土料满足垫层设计要求,且F区土料更优；同理天然砂砾石亦满足主堆石区料设计要求.根据设计要求的颗粒级配、砂土的相对密度、压实度等,对垫层2A1、砂砾石料区3B1土料做了渗透变形试验,发现土料渗透变形破坏均经历了土样保持原状、细颗粒浮动、形成渗漏通道及土样完全破坏4个阶段,绘制了流速-渗透坡降双对数曲线图,据此求得了垫层2A1、主堆石区3B1土料的临界坡降,再根据现行规范取安全系数2 0,从而求得垫层2A1、主堆石区3B1土料允许渗透坡降分别为0.463、0.163.     

混凝土面板堆石坝三维非线性有限元应力变形分析

基于通用有限元分析系统ABAQUS的用户子程序二次开发实现Ducan-chang双曲线模型,对某混凝土面板堆石坝(CFRD)的填筑与蓄水过程三维非线性有限元仿真模拟,得到了坝体和混凝土面板的应力与变形、混凝土面板的垂直缝和周边缝沉陷、剪切和张开变形等结果,对工程坝体断面优化分区、接缝止水设计提供了参考依据。     

某抽水蓄能电站上库堆石坝防渗面板允许裂缝宽度分析

由于水库频繁的蓄泄循环作用，抽水蓄能电站面板堆石坝垫层应具有良好的排水性能，但当面板出现裂缝时偏低细粒含量的垫层可能存在渗透稳定问题。以某抽水蓄能电站混凝土面板堆石坝为例，开展反滤试验和渗流计算分析，重点研究垫层料和过渡料的反滤保护机制，并根据垫层料的破坏坡降确定面板的允许裂缝宽度。结果表明，适当优化垫层和过渡料的细粒含量，可满足反滤准则要求，并在保证垫层渗透稳定的前提下将面板的允许裂缝宽度提高30%。     

基于Autobank的苏家庄淤地坝防渗改造及渗流分析

淤地坝防渗加固改造对充分利用水资源、缓解山区用水困难具有重要意义。以苏家庄淤地坝为例,利用Autobank软件对淤地坝坝体浸润线、下游出逸点、出口渗透坡降及渗流量进行计算,并利用传统计算方法对模型进行验证,在此基础上,对该坝进行校核水位下的渗流分析,复核其渗透稳定性,进行上游坝坡粘土斜墙防渗改造及渗流分析,并对斜墙底部宽度进行优化。结果表明,该淤地坝出口渗透坡降大于容许渗透坡降,须对其进行防渗加固;顶宽为5m,底宽为15m的粘土斜墙为最优加固方案。研究成果可为类似工程提供参考。     

金佛山混凝土面板坝二维渗流计算分析

针对渗透水流对土石坝坝体、坝基的渗透破坏危害性极大问题,以金佛山水电站混凝土面板堆石坝为例,根据地质条件和渗流控制特点建立平面二维有限元计算模型,模拟了坝体在不同水位组合条件下的渗流场,研究了渗透破坏的可能性,并分析了防渗帷幕及坝基渗透系数的敏感性。计算结果表明,各种水位组合下混凝土面板及防渗帷幕起主要阻水作用,水力比降大,渗流场分布对防渗帷幕及坝基渗透系数不敏感,渗流流量相对敏感,为坝坡安全性和渗流稳定性评估提供了依据。     

土工膜缺陷引起的土工膜防渗砂砾石坝渗漏数值模拟

为研究土工膜缺陷对土工膜防渗砂砾石坝渗流场的影响,基于某土工膜防渗砂砾石坝的实际情况,应用饱和〖CD1〗非饱和渗流理论,构建了三维有限元数值计算模型,并对土工膜缺陷条件下坝体和坝基渗流场进行了数值模拟,拟定了不同缺陷部位、尺寸的计算方案,分析了在不同压力水头下复合土工膜发生不同程度的破损对渗流场的影响,获得了土工膜防渗砂砾石坝缺陷渗漏渗流场的特性。发现单个土工膜缺陷的发生部位和大小对砂砾石坝的渗流要素（浸润线、渗透坡降、渗透流量）影响不大,对缺陷附近局部渗流场的影响较大,随着缺陷处压力水头或缺陷尺寸的变大,局部饱和区变大。表明单个土工膜缺陷渗流影响区域仅为缺陷附近垫层内部较小区域。     

防渗墙裂缝对沥青心墙坝坝基渗流的影响

针对防渗墙在施工和运行过程中可能出现裂缝,高压渗水对坝基渗透稳定性造成影响的问题,以新疆大河沿水库工程为例,应用渗流有限元法,建立坝址区三维有限元模型,研究了防渗墙裂缝型式和裂缝宽度对坝基渗流场的影响,并分析了裂缝出现后土体渗透破坏的范围。计算结果表明,防渗墙完好情况下,坝基渗透稳定满足要求;防渗墙出现裂缝时,坝基土体可能会发生渗透破坏,并且上部横向裂缝比竖向裂缝对坝基渗流场影响更大,同时裂缝宽度也会对坝基渗透破坏范围产生较大影响。     

考虑非饱和区的复合土工膜防渗坝渗流分析

针对传统的渗流分析主要考虑饱和区的渗流而不考虑非饱和区的渗流存在一定的安全隐患问题,基于饱和—非饱和渗流理论,结合复合土工膜防渗坝设计了四种不同的水位组合,分别计算了饱和渗流量及饱和—非饱和渗流量,并分析了正常蓄水位下考虑与不考虑非饱和区的渗流速度场等变化规律。结果表明,考虑非饱和区后单宽渗流量有了明显下降,出溢点的渗流溢出坡降变小,且渗流路径变的较为陡直,靠近上游部分区域的渗透坡降相对较大,水压力在土工膜中的降低相对减小。     

乌鲁瓦提面板堆石坝二期坝体垫层料及坡面施工测量控制

混凝土面板堆石坝中过渡料、垫层料和面板的几何尺寸及施工质量直接影响着观体的防渗效果和坝体的安全运行。在乌鲁瓦提面板堆石坝的施工中，对各科区、边坡及面板的施工进行了严格的测量监控，取得了一定的成效。     

高分子聚合混凝土作为高堆石坝防渗膜垫层的液胀抗渗及渗漏排水试验

针对高堆石坝防渗膜垫层选用颗粒和水泥无砂混凝土在水压力作用下存在的不足,采用高分子聚合混凝土作为高堆石坝防渗膜垫层,通过液胀抗渗试验和缺陷渗漏排水试验,分析了土工膜的液胀抗渗性能影响因素及土工膜存在缺陷时的渗漏量。结果表明,高分子聚合混凝土垫层存在破损时对土工膜的变形影响最大,其透水性能满足缺陷渗漏的排水要求。     

尾矿坝土工席垫三维有限元模拟及效果分析

为了快速有效地降低尾矿坝浸润面,结合某尾矿坝加高扩容工程,根据其初期排渗系统已部分失效的现状,拟定了后期扩容加高中土工席垫的排渗布置措施,为简化计算,建立包含土工席垫及其排渗管的尾矿库精细准三维渗流有限元分析模型及等效渗流分析模型,研究了土工席垫的等效模拟方法及相应的等效渗透系数,并将简化成果应用于尾矿坝全库整体模型的三维渗流计算分析,模拟土工席垫排渗措施的排渗效果,并研究其部分失效工况的尾矿坝渗流场。结果表明,采用土工席垫排渗措施后,可增大浸润面埋深,有效控制浸润面;土工席垫部分失效后,排渗效果稍微减弱,建议土工席垫由铺设3排改为铺设4排,其余保持不变,以更好地保证尾矿坝渗流稳定性。