沥青混凝土心墙坝力学性能数值模拟研究

针对新疆某沥青混凝土心墙堆石坝进行了有限元数值模拟计算,坝体主应力和心墙轴线主应力比的计算结果表明:堆石体坝壳大、小主应力最大值均出现在坝底部中轴线两侧;满蓄期上游坝壳的大、小主应力比竣工期小;随着坝高的增加,沥青混凝土心墙的主应力比有增大趋势。根据计算结果对心墙的水力劈裂进行了判别,结果表明:心墙竖向应力均大于水压力,沥青混凝土心墙不会发生水力劈裂。     

基于空间差异的沥青混凝土心墙水力劈裂数值模拟分析

水力劈裂是心墙土石坝设计研究中的关键性问题。文章以辽宁省拟建的双龙水电站沥青混凝土心墙为对象,利用考虑空间差异的随机有限元计算结果,对沥青混凝土心墙水力劈裂问题进行深入研究和分析。结果均显示,心墙不会发生水力劈裂,但是心墙的上部更容易发生水力劈裂,是施工质量控制的关键部位。     

沥青混凝土心墙坝水力劈裂发生机理及分析

土质心墙坝的水力劈裂问题对土石坝安全的影响已引起工程界的高度重视。本文分析了沥青混凝土心墙发生水力劈裂的机理,提出心墙碾压施工"松塔效应"产生的水平缝和沥青混凝土的低透水性是发生水力劈裂的重要物质条件,而过渡料与心墙相互作用产生的"拱效应"及强大的"水楔"作用是发生水力劈裂的力学条件。通过实例分析证明沥青混凝土防渗心墙与土质心墙一样也存在水力劈裂的风险,需引起水利界的高度重视,对于高沥青混凝土心墙坝应审慎研究并评价心墙的防渗安全可靠性。分析结果对沥青混凝土心墙坝的设计与施工有一定参考意义。     

河谷形状对沥青混凝土心墙坝变形特性的影响

将河谷形状与堆石材料的力学特性联系起来,定义了河谷宽度系数、河谷边坡陡缓系数和河谷非对称系数等3个动态参数来描述河谷形状。利用新定义的河谷形状参数研究其对沥青混凝土心墙坝变形特性的影响,结果表明:河谷宽度直接影响沥青混凝土心墙底部应力拱效应的强弱,河谷宽度系数越小,狭窄河谷地形导致的应力拱效应越明显,从而可能诱发心墙水力劈裂;河谷边坡的陡缓影响沥青混凝土心墙两侧拉应力的分布规律和量值大小,河谷边坡陡缓系数增大,沥青混凝土心墙左右两侧的拉应力区范围变小但量值增大;沥青混凝土心墙两侧的沉降差随河谷非对称系数的增大而明显增加,据此初步给出了区分河谷对称性的界限值;河谷形状对沥青混凝土心墙坝的三向位移均会产生一定约束作用,河谷宽度对坝体位移的影响最为显著。     

新疆某碾压式沥青混凝土心墙坝设计

某碾压式沥青混凝土心墙砂砾石坝建在新疆高寒地区,介绍了该沥青混凝土心墙轴线、心墙厚度、过渡层厚度的确定及心墙与坝基防渗体的连接方式,并对其进行了坝体三维有限元应力应变静力分析。结果表明:相对于浇筑式沥青混凝土心墙、土料心墙等坝型,碾压式沥青混凝土心墙坝宜选择较厚的过渡层,以利于心墙施工控制;心墙厚度主要取决于坝体高度和坝壳料可能的变形情况。经综合评价,该坝变形协调性良好,应力分布基本合理,沥青混凝土心墙不会发生水力劈裂和拉裂破坏,坝体结构布局较为合理。     

碾压式沥青混凝土心墙坝应力变形特性分析

基于邓肯张E-B非线性有限元,模拟沥青混凝土心墙坝变形情况。通过计算得出,坝壳料变形量较小,竣工期坝体剪应力水平值相对较低,表明坝体受力较为均匀。满蓄期时,上下游坝壳料均向下游产生一定变形,在上坝壳料与水平推力共同作用下,坝体剪应力水平有所上升,各高程沥青心墙竖向应力均大于对应水压力,表明坝壳料、过渡料与心墙料均满足设计要求,不会发生水力劈裂。为今后评价心墙是否发生水力劈裂提供借鉴思路。     

黄金坪深覆盖层上沥青混凝土心墙堆石坝数值分析

采用三维非线性有限元数值分析方法对坐落于深覆盖层上的黄金坪沥青混凝土心墙坝进行应力变形计算,结果表明:在竣工期和满蓄期大坝的应力与变形都在规范允许范围内;位移分布规律基本合理;心墙不会发生水力劈裂,没有发生剪切破坏;沥青混凝土心墙与河床中央混凝土廊道和混凝土基座之间的错动变形较小;大坝结构设计是合理的。     

官帽舟水电站沥青混凝土心墙混合坝静力研究分析

官帽舟沥青混凝土心墙混合坝最大坝高109 m,坝体下游干燥区尽可能充分利用泄洪开挖利用料。根据筑坝材料试验参数,采用邓肯一张模型,进行三维非线性坝体静力研究分析,坝体最终沉降较小,坝体变形适度,沥青混凝土心墙顺河向位移很小,坝体的应力水平合理,沥青混凝土拉应力小于拉伸强度,说明沥青混凝土不会发生水力劈裂破坏。官帽舟沥青混凝土心墙混合坝能较充分利用泄洪开挖的软岩利用料,合理可行。     

粗骨料超径率对心墙沥青混凝土力学性能的影响分析

为了研究超径率对沥青混凝土力学性能的影响,本文以19~26.5 mm的颗粒含量(超径率)、填料浓度、沥青用量三因素进行三水平正交试验,通过测定沥青混凝土的马歇尔稳定度、流值和劈裂抗拉强度,并采用投影寻踪回归分析法(PPR)研究超径率、填料浓度、沥青用量对心墙沥青混凝土力学性能的影响规律。结果表明:随着超径率的增加,马歇尔稳定度和流值先减小后增大,劈裂抗拉强度先增大后趋于稳定;随着填料浓度的增加,马歇尔流值和劈裂抗拉强度先增大后减小,马歇尔稳定度逐渐减小;随着沥青用量的增加,马歇尔流值逐渐增大,马歇尔稳定度和劈裂抗拉强度逐渐减小;当超径率为40%、填料浓度为2.0、沥青用量为6.8%时,心墙沥青混凝土力学性能最优。     

心墙堆石坝的水力劈裂分析

水力劈裂的常用计算方法分有效应力法和总应力法，但其计算结果却常有很大差异。本文详细分析了它们产生差异的原因，认为应该用心墙外水压力是否超过心墙上游面处土中的中主应力来判别水力劈裂的发生可能。提出应用有效应力法计算心墙堆石坝初期有效应力和水压力，通过叠加得到总应力，再与心墙前水压力比较来判别是否发生水力劈裂。该方法可以反映心墙渗透性、饱和度、库水位上升速度等对水力劈裂的影响。这样，通过控制这些因素就可避免水力劈裂的发生。最后通过实例计算表明了该方法的合理性。     

国内沥青混凝土防渗技术发展中的重要问题

本文对国内当前沥青混凝土防渗技术发展中的热点问题进行了评述和分析,包括施工质量控制的关键问题、孔隙率控制中的马歇尔试件击实标准问题、低温抗裂和高温斜坡稳定的判定问题以及柔性试验标准问题.在沥青混凝土应用于高坝建设方面,提出应加强心墙与坝体相互作用设计、沥青混凝土本构关系、沥青混凝土抗渗机理、水力劈裂和自愈机理等问题的研究.沥青混凝土衬砌防渗在我国寒冷地区渠道中具有相当的技术优势,本文提出了应予关注的问题.     

高混凝土坝考虑水表面张力影响的水力劈裂研究

水力劈裂是200m以上高混凝土坝、高碾压混凝土坝需要重点关注的安全隐患。为深入研究高混凝土坝的水力劈裂机理,研发了一种新型混凝土高压水劈裂试件,利用该试件进行了相同条件下水力劈裂及气压劈裂对比试验。研究表明,在静态加压条件下,混凝土发生破坏的水力劈裂水压显著大于气压劈裂的气压,混凝土断裂过程区中水的表面张力对裂缝扩展有抵抗作用。基于试验,提出了水表面张力抵抗劈裂作用的表达式,利用混凝土断裂力学中的裂纹尖端应力强度因子法,构建了考虑水表面张力作用的混凝土水力劈裂模型,该模型计算结果与试验结果吻合良好。应用水表面张力模型分析200m级重力坝水力劈裂影响,可进一步改进考虑高压水劈裂的特高混凝土坝设计。     

黏土心墙水力劈裂机理的离心模型试验及数值分析

采用与原型实际心墙边界条件、受力方式相同的土柱模型,进行了离心模型试验研究,同时采用数值计算分析的方法对土柱模型的应力变形特性进行研究以分析形成心墙水力劈裂的内在机理。分析结果表明：当心墙上游侧的库水压力大于心墙的土压力时,造成了心墙的水力劈裂破坏;该破坏是由于心墙在这种应力条件下,上游侧出现了有效应力拉应力区,并进而出现拉裂裂缝后所产生的;外部水压力大于心墙上游侧土压力是决定水力劈裂发生的重要因素。     

心墙水力劈裂机理的离心模型试验研究

采用直立土柱试样进行离心模型试验的方法,对心墙发生水力劈裂的条件和过程进行了研究。试验结果表明,当土柱上游侧外水压力大于土体压力时,土柱将产生水力劈裂,并最终产生渗透破坏。因此,在心墙土石坝工程中,由于坝壳对心墙拱作用所导致的心墙土压力小于外部库水压力将是产生心墙水力劈裂的根本原因。     

我国沥青混凝土防渗工程技术的发展与展望

本文针对国内沥青混凝土防渗技术发展中的热点问题进行了评述和分析,包括学习掌握国外先进机械化施工技术,以骨料高级配指数方法解决沥青面板高温流淌问题,以SBS改性沥青技术解决沥青面板低温抗裂问题,以及目前还处于探索研究阶段的沥青混凝土面板老化评估和修补技术研究,沥青混凝土的水损害评估和酸性骨料应用技术研究,沥青混凝土心墙的水力劈裂问题研究等。可以预见,这些技术的研究进步必将在未来进一步助力沥青混凝土防渗技术的发展。     

水工沥青混凝土强度双因素方差分析

水工沥青混凝土的质量控制性能指标很多,主要有力学强度、变形性能、孔隙率等.影响沥青混凝土性能的因素较多,本文在试验研究的基础上,采用可重复双因素方差分析方法,重点分析油石比和填料用量对沥青混凝土力学强度指标的影响,从而为实际工程合理选择水工沥青混凝土配合比提供参考.     

采用煤粉加热水工沥青混凝土矿料的可行性研究

国内已建的水工沥青混凝土工程中,仅内蒙古三座店水利枢采用煤粉加热沥青混凝土矿料。本文结合粉煤灰对水工沥青混凝土强度、耐水性能影响的研究,认为采用煤粉取代燃油来加热矿料是可行的。这一工程措施,对于节约工程成本,降低造价具有重要意义。     

特高重力坝考虑高压水劈裂影响的初步研究

本文设计了混凝土试件高压水劈裂模拟试验，可近似模拟无拉、压应力作用下混凝土结构的水力劈裂问题。用试验结果和断裂力学分析校正了有限元分析程序。通过对比分析和有限元计算，研究了大狄克逊重力坝(坝高285m)和假定的坝高216.5m重力坝考虑高压水劈裂的安全问题，结果表明，200m以上的特高重力坝除按无拉应力和抗滑稳定准则设计外，还应考虑高压水的劈裂影响。     

高砾石含量心墙土的水力破坏试验研究

心墙水力破坏是高心墙堆石坝主要安全问题之一,采用中型应力路径三轴仪开展高砾石含量心墙土的水力破坏试验,研究了围压、砾石含量和注水速率等因素对其特性的影响,提出了砾石土内部组成的抽象模型和高砾石含量下水力击穿破坏的发生机理,并探讨了水力击穿演进过程及其与水力劈裂的联系。结果表明:试样在偏应力作用下固结后,通过试样中心预置的水流通道不断提高试样内部水压力,当内部水压力升至略高于围压时,试样出现水力破坏;以注入试样中的水量大幅度增加,但注水压力不增加时对应的内部水压力作为水力破坏压力,其与围压的比值随砾石含量的增大而减小,并随围压和注水速率的增大而增大;试验在高砾石含量范围内(砾石含量35%~50%),试样破坏时外表面有分散出水点,破坏路径在试样内部呈不规则线,水力破坏模式为水力击穿。