超高心墙堆石坝长期运行应力变形研究

鉴于超高心墙堆石坝的长期变形规律对其正常运行维护具有重要意义,基于广义塑性模型,综合考虑坝料流变和湿化特性,采用三维固结有限元法对300m级超高心墙堆石坝进行变形和应力分析,分别讨论了循环水荷载、坝料流变及湿化特性对大坝长期变形的影响。结果表明,三维固结有限元计算得到的坝体变形满足安全要求,符合土石坝变形基本规律;统一广义塑性模型可反映坝体心墙在循环加、卸载作用下的塑性变形累积现象,流变对超高心墙堆石坝的长期变形有重要影响;大坝长期运行过程中,上游坝壳的湿化特性所引起的大幅湿陷变形是后期沉降的主要原因,同时会导致坝体向上游倾斜;竣工期大坝心墙内存在一定的孔隙水压力,水库蓄水运行后,随着大坝变形趋于稳定,坝体应力分布亦趋于稳定状态。     

非稳定状态下土石坝渗流及坝坡稳定分析

以云南省鱼龙水库为例,基于达西定律与渗流理论,并结合Geo-Studio有限元模块分析了上游正常蓄水位分别在10、15、20d内降落至死水位时坝体内部渗流场及临水坡面安全系数变化情况。结果表明,库水位在10、15、20d由正常蓄水位降落至死水位时,20d降落工况的坝体内部渗流场对坝坡稳定影响最小,坝体内部浸润线的降落速率与库水位下降速率密切相关,其浸润线分布密集变化缓慢,且该工况安全稳定系数最大为1.80,说明坝体内部渗流场变化越缓慢,土石坝坝坡安全稳定性越好。     

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。     

粘土心墙堆石坝应力应变有限元数值分析

采用平面应变有限元方法模拟分析了老君山粘土心墙堆石坝施工、蓄水过程中的应力应变,应用邓肯—张E-B非线性本构模型模拟粘土心墙、坝壳、反滤层材料,分级加载模拟了坝体的施工和蓄水过程。计算结果表明,加强施工填筑管理能确保大坝安全可靠。     

心墙构造特性对土石坝稳定性的影响分析

基于Geo-studio研究了粘土心墙防渗体渗透系数、心墙高度和心墙上游坡度变化等构造特性对土石坝渗流和坝坡稳定的影响,采用影响因素正交组合试验设置不同的心墙构造特性参数及其因素水平组合,以坝壳下游渗流流速、心墙浸润线逸出比降和上下游坝坡稳定最小安全系数作为评价指标筛选出心墙最优的特性组合。结果表明,对坝体渗流稳定影响的显著水平依次为心墙渗透系数心墙高度心墙上游坡度;对坝坡稳定影响的显著水平依次为心墙高度心墙渗透系数心墙上游坡度。根据心墙构造因素的显著性分析结果,方案4(A2B1C2)为最优心墙构造特性组合。     

张峰水库大坝初蓄期监测资料分析

山西省张峰水库黏土斜心墙堆石坝在初期蓄水后,上游坝壳及心墙受到上游库水和湿化作用产生了变形,同时,坝体的浸润面也将逐渐形成,对大坝初蓄期进行渗流和变形观测是保证大坝安全和验证坝体设计的关键。通过对坝高72.2 m的张峰水库黏土斜心墙堆石坝初蓄期坝体变形和渗压等观测资料的综合分析,探讨了大坝初蓄期监测资料分析总结的方法,证明大坝目前工作性态总体正常,可以进一步蓄水,分析结果对类似工程有一定的借鉴意义。     

降雨入渗对土石坝渗流场及坝坡稳定性的影响

基于多孔介质饱和-非饱和非稳定渗流理论,以那板心墙土石坝为例,采用有限元法模拟正常蓄水位时不同降雨强度、降雨历时条件下的土石坝暂态渗流场,然后将暂态渗流场与极限平衡法相结合计算坝坡的稳定性,为了考虑基质吸力对坝体材料抗剪强度的影响,计算中采用修正的摩尔-库伦（Mohr Coulomb）破坏准则。结果表明,降雨强度和降雨历时对土石坝暂态渗流场及坝坡稳定性有明显的影响。     

高心墙堆石坝混凝土垫板应力分析及分缝设计

心墙堆石坝坝基混凝土垫板应力值较高,垫板有可能开裂而导致心墙与垫板接触渗流破坏。以高261.5 m的糯扎渡土质心墙堆石坝为模型,通过三维有限元计算分析,研究了高心墙堆石坝混凝土垫板的受力机理、应力分布规律及合理的分缝方式,得出垫板在顺坝轴线方向总体处于压应力状态而在垂直于坝轴线方向会出现明显拉应力,由此提出在反滤层与心墙交界部位及在顺坝轴线方向主动设置结构纵缝的工程措施,从而大幅降低垫板拉应力,避免了垫板开裂。     

克孜加尔沥青混凝土心墙坝应力变形研究

基于E-μ模型,并以克孜加尔沥青混凝土心墙堆石坝为例,采用三维非线性有限元法计算了竣工及蓄水期的应力变形,分析了参数的敏感性,探讨了心墙底部基座的布置型式对心墙应力及变形的影响。结果表明,克孜加尔心墙坝坝体及心墙应力变形均在合理范围内,并获得了心墙参数的取值与坝体应力变形的规律。     

JATIGEDE粘土心墙堆石坝及其溢洪道非线性动力响应分析

由于JATIGEDE粘土心墙堆石坝的溢洪道直接建立在散粒体上,同时边墙直接与粘土心墙相接,因此大坝及坝体与溢洪道接触面在地震荷载作用下的响应特性将影响大坝的安全运行。对此,基于E-B模型静力有限元计算,利用非线性动力有限元原理对JATIGEDE粘土心墙堆石坝进行动力响应分析,研究了其坝体动应力、动位移及接触面动力稳定性等。结果表明,在地震作用下,大坝整体地震响应并不强烈,但坝顶出现了明显的“拱效应”,需采取相应工程措施。     

张峰斜心墙堆石坝应力应变静动力有限元分析

针对张峰水库地质条件复杂、覆盖层含有软弱夹层的问题,采用三维静动力有限元法,基于邓肯—张非线性弹性模型和修正的哈定—德涅维奇模型,模拟了张峰水库粘土斜心墙堆石坝在竣工期、运行期的应力应变情况,得出了应力应变的分布规律.结果表明,备工况下的坝坡安全系数均大于规范允许值,坝基软弱夹层不影响大坝的稳定安全性;竣工期坝体最大沉降位移为33 cm(约为最大坝高的0.46％),运行期最大水平向位移为31.6 cm;竣工期和运行期坝体内部应力水平均小于1.     

某沥青混凝土心墙堆石坝变形特性分析

高坝大库水电站中沥青混凝土心墙堆石坝所处地形地质环境复杂、心墙单薄、荷载大、应力水平高以及大坝渗流与变形机理复杂,因而大坝的运行安全掌控与评价难度很大。为此,结合已建的某高沥青心墙堆石坝工程,研究原型观测特性及三维应力变形规律,并将数值模拟结果与原型观测数据进行比较。结果表明,坝体最大沉降为1.56m,发生在约为坝体1/2高程处,最大沉降约为坝高的1.2%;大坝变形特性符合心墙堆石坝变形的一般规律,大坝右岸沉降变形较左岸大,整体而言,大坝变形趋于稳定,数值模拟与原型观测数据基本一致。     

旱涝急转条件下土石坝渗流特性分析与安全控制

为分析旱涝急转条件下土石坝的渗流特性,基于非稳定饱和—非饱和渗流理论及其有限元方法,分析了长江中下游某粘土心墙坝在旱涝急转期间不同库水位上升速度下瞬时浸润线、等势线、渗透坡降等渗流要素的变化特性,建立了渗透坡降与库水位上升历时的经验关系,通过库水位上升速度判断坝体渗透安全性能,并计算了渗流安全控制条件下的临界库水位上升速度。结果表明,旱涝急转期间,随着水库水位抬高、上升速度增大,土石坝渗流场呈现规律性变化;利用库水位上升速度评价坝体渗流安全性能,对于旱涝急转条件下坝址区合理分洪调洪措施制定等具有重要意义。     

高心墙堆石坝应力应变分析

采用多种本构模型分别对300 m级高心墙堆石坝进行三维有限元计算,分析了本构模型、心墙和坝壳的弹性模量对坝体应力变形及拱效应的影响.结果表明,坝体变形及拱效应规律相近且符合一般规律,具有较高的参考价值.     

官帽舟沥青混凝土心墙混合坝应力变形分析

根据四川官帽舟水电站工程实况,建立了沥青混凝土心墙混合坝的三维非线性静力有限元分析模型,对大坝填筑和水库蓄水过程进行了仿真模拟,研究了坝体和沥青混凝土心墙在竣工期和蓄水期的应力变形特性.考虑实际施工影响,分析了坝体材料参数的敏感性.计算分析表明,符合100 m级堆石坝竣工期的沉降规律,坝体填料和心墙材料强度满足要求.     

耿湾淤泥堆场粘土斜墙坝稳定渗流场有限元分析

耿湾粘土斜墙坝防渗体系的效果直接影响坝体安全稳定,根据耿湾堆场粘土斜墙坝设计剖面,构建了渗流分析数值模型,采用固定网格有限元非饱和渗流分析方法,计算了坝体稳定渗流场,分析了其防渗体结构、筑坝材料渗透系数对坝体渗流场的影响,并建议采取反滤防护工程措施保护下游可能出现的出逸面坝坡。计算结果表明,坝体防渗体系有效可行。     

非稳定渗流条件下含类泥质互层面板堆石坝稳定性分析

国外某水电站混凝土面板堆石坝施工期间,坝体分层碾压时层面形成类泥状物质,因无法彻底清除,从而导致堆石区80cm/10cm的互层。为分析类泥质互层对面板堆石坝坝坡稳定性影响,建立了含类泥质互层三维坝体渗流及二维坝坡稳定性分析模型,分析了非稳定渗流条件下坝体渗流场,研究了渗流作用下坝坡的稳定性。结果表明,蓄水及泄放洪期,类泥质互层对坝坡稳定性影响较大;滑弧底部基本是沿着类泥质夹层层面滑出;泄放洪期,水位骤降引起内水外渗,易导致坝坡失稳,因此提出控制水位下降速率以保证坝坡稳定性。     

潘口水电站面板堆石坝施工度汛断面坝坡稳定性分析

在对潘口水电站面板堆石坝施工期洪水作用下坝体与坝基渗流场进行有限元模拟的基础上,采用线性和非线性强度参数分析了施工度汛断面坝坡稳定性。结果表明,潘口面板堆石坝临时度汛断面在施工度汛期内渗流稳定性及上下游坝坡稳定性均满足现行规范要求,汛期安全性有保障;度汛期内临时断面采用挤压边墙和垫层料联合防渗的方案是可行的;与线性强度参数相比,非线性强度参数更符合堆石料的抗剪强度特性,其稳定性计算结果更合理,从而为潘口水电站面板堆石坝施工度汛断面的设计方案提供了技术支持,也为混凝土面板堆石坝施工期临时度汛坝体的坝坡稳定安全问题提供了一种有效的分析方法。     

高心墙堆石坝坝基廊道结构型式深化研究

刚性坝基上高心墙堆石坝的研究重点常在筑坝材料特性及坝体变形控制等方面,对坝基廊道的研究相对较少。对此,通过有限元数值计算,对某310m高心墙堆石坝坝基廊道嵌入地基和凸出心墙内两种布置型式进行深化研究,计算结果表明,廊道嵌入地基的隔水作用较好,导致帷幕顶部渗透坡降大于廊道凸出心墙方案;廊道凸出心墙使心墙底部中心位置渗透坡降大于心墙下游侧出逸位置;廊道朝向对坝体的变形影响不显著,但对心墙底部和廊道应力影响较大。廊道嵌入地基方案对心墙应力有利,廊道凸出心墙内方案对廊道应力有利;施加渗透力荷载与心墙上游面施加水荷载的方式相比,在蓄水期施加渗透力使得坝体位移和廊道拉应力明显增大;廊道嵌入地基方案中,顶拱厚度对廊道应力影响不明显。     

库水位升降对那板心墙土石坝渗流场及坝坡稳定性的影响

以那板心墙土石坝为例,基于多孔介质饱和—非饱和渗流基本原理,采用有限元方法对该坝在不同库水位升降速度条件下的瞬态渗流场进行了数值模拟,并将瞬态渗流场与极限平衡法相结合分析了坝坡的稳定性。结果表明,坝体渗流场的变化相对于库水位的变化具有明显的滞后性,该滞后性对库水位快速下降条件下的上游坝坡的稳定极为不利,而对库水位快速上升条件下的上游坝坡的稳定有利,为库水位变化对土石坝渗流场及坝坡稳定性分析评价提供了参考依据。