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。     

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。     

库水位骤降下除险加固后土坝安全性态响应及评价

为了研究库水位骤降对土石坝工程安全性态的影响,基于土体的非线性特性及渗透特性,利用有限元法模拟水位变动下的坝体渗流场及稳定性的响应情况,将得出的孔隙水压力、水面线等结果应用于上游坝坡的稳定性响应研究中。计算结果表明,水位降速越大,浸润线最高点越高,逆流越明显,上游坝坡稳定性越差,恢复至稳定的时间越久;坝体渗透系数越小,临水坝坡浸润线上凸现象越明显;坝内渗流场的变化滞后于库水位下降的时间。即便是除险加固工程,也要合理控制库水位的降落,为水位骤降时边坡类工程的合理运行与管理提供了可靠的依据。     

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。     

库水位变动及降雨共同作用下心墙坝坝坡稳定性研究

为研究库水位变动和降雨共同作用对心墙坝上下游坝坡稳定性的影响,考虑渗流场和应力场的耦合作用,基于非饱和渗流原理,考虑不同降雨强度、不同降雨类型（4种）及不同库水位升降速率,对心墙坝遭遇库水位变动和降雨时的渗流和坝坡稳定性情况进行有限元模拟。结果表明,水位变动速率主要影响上下游坝坡安全系数趋于稳定的时间;降雨类型和降雨强度是影响心墙坝下游坝坡安全系数的主要因素,但对上游坝坡的安全系数变化影响较小;在下游坝坡安全系数〖JP2〗趋于稳定时,各降雨类型的安全系数大小为前锋型≥中锋型＞〖JP〗平均型＞后锋型;无论是水位上升阶段还是水位下降阶段,降雨都会降低下游坝坡的安全系数。该研究结果为心墙坝遭遇极端工况条件时进行风险分析和应急管理提供了参考依据。     

某土工膜防渗土石坝渗漏险情成因分析

随着土工膜广泛应用于水库大坝防渗,土工膜缺陷引起的大坝渗漏问题严重威胁着水库大坝安全和工程效益发挥。针对某土工膜防渗调蓄水库主坝渗漏问题,建立有限元计算模型,计算了土工膜缺陷位置、尺寸对主坝浸润线、渗流场位势等渗流特性的影响,分析了渗漏成因,并结合高密度电法、安全监测资料、补充地勘资料进行验证。结果表明,渗漏原因为主坝坝体填土压实度较低、部分具有湿陷性导致主坝沉降量大引起坝坡土工膜受拉破坏;随着土工膜缺陷位置上移,浸润线高程先增大后减小,且局部有凸起现象;膜后消杀水头随土工膜缺陷尺寸增大而缓慢减小,随缺陷位置上移先基本不变后显著增大;桩号0+070断面上游坝坡与库底交界处上方附近、桩号0+270断面上游马道附近土工膜发生破损。研究结果可为同类工程病险诊断、设计和运行管理提供参考。     

库水位降落作用下均质土石坝渗流场及坝坡稳定性分析

为研究某水库均质土石坝库水位降落作用下均质土石坝瞬态流场特性及其对坝坡稳定性的影响,基于饱和-非饱和非稳定渗流理论及极限平衡法,应用GeoStudio有限元分析软件中的SEEP/W及SLOPE/W模块进行库水位降落作用下的瞬态渗流场及稳定性数值模拟分析,探讨了不同速率库水位降落作用下的坝体内部渗流场及坝坡稳定性变化规律。结果表明,考虑非饱和渗流时,在库水位降落作用下,坝体浸润线变化滞后于库水位降落,且库水位降落速率越大,滞后现象越严重,上游坝坡内部形成倒流现象,产生指向坝坡外部的渗透压力;库水位降落作用下,坝坡稳定性呈现"降低—回升—平缓"的变化趋势,库水位降落速率越大,坝坡稳定性系数最小值越低,对坝坡稳定性越不利。研究结果可为土石坝边坡稳定性评价提供参考。     

考虑非线性强度指标的面板堆石坝坝坡稳定可靠度分析

采用非线性强度指标按简化毕肖普法给出的抗力弯矩和滑动弯矩定义坝坡稳定可靠度分析的功能函数,并应用一次二阶矩法计算可靠指标,提出了一种混凝土面板堆石坝坝坡稳定可靠度计算方法,以某面板坝坝坡为例进行了稳定可靠度分析。结果表明,各工况上、下游坝坡及深层滑动的最小安全系数均满足《碾压式土石坝设计规范》的要求,最小可靠指标除地震工况下游坝坡外都满足《水利水电工程结构可靠度设计统一标准》的要求;安全系数和可靠度计算结果的总体规律一致,但在某些情况下有较大差异。对于重要工程,建议同时进行安全系数和可靠度分析。     

库水位+降雨条件下四方井粘土心墙坝坝坡渗透稳定可靠度分析

针对粘土心墙坝坝坡稳定仅局限于确定性分析,考虑到尚缺乏研究坝体材料空间变异性的问题,以四方井水库粘土心墙坝为例,对库水位联合降雨工况下的坝坡渗透稳定性进行数值模拟,同时基于Monte-Carlo法分析了可靠度规律。结果表明,单纯的库水位骤降监测点孔压随时间呈单调下降趋势,库水位骤降速率越大,孔压下降速率越快。降雨联合库水位工况在降雨时刻孔压有一个突升的过程;库水位骤降情况下安全系数随库水位下降呈先下降后上升最终保持不变,库水位骤降速率越大,最小安全系数越小,出现的时间亦越早;不同类型降雨工况安全系数在降雨过程中有一个突降的过程,最终安全系数回升至初始值,其中后峰型降雨安全系数降幅最大,前锋型降雨安全系数降幅最小;降雨发生在库水位骤降后期最为危险,最小安全系数也越小;库水位骤降情况平均失效概率约为30%,不同类型降雨条件下平均失效概率基本小于10%,降雨发生在库水位骤降不同时刻下失效概率平均约为60%。对降雨发生在库水位后期的情况应加强监测,防止坝坡失稳灾害的发生。     

视声一体化渗漏探测技术在面板坝渗漏检测中的应用

面板坝建设常出现大坝渗漏、面板破坏、结构性裂缝、止水失效等问题,其中大坝渗漏是面板坝最突出问题之一。因面板坝防渗体位于坝体上游面,渗漏检测面临漏点分散、深水等难题。为提高面板坝渗漏检测效率,提出一种集声纳查漏、水下机器人高清摄像及喷墨示踪、连通性试验及水化学分析等多种手段融合的视声一体化渗漏探测技术,该检测技术在蓼叶水库渗漏检测中的成功应用,可为类似面板坝渗漏检测提供借鉴。     

水库堤坝渗流—动力稳定性分析

针对渗流-动力耦合下的堤坝渗流特性及稳定性研究不足的问题,以某堤坝工程为例,利用Geostudio软件中的SEEP/W、SLOPE/W、QUAKE/W三个模块进行渗流-动力耦合计算,对堤坝在地震作用下的不同测点超孔隙水压力、有效应力、位移、动力安全系数及永久位移进行了数值模拟。结果表明,地震作用下堤坝内部浸润线发生变化,变化高差为0.2m,其主要升高部位位于中密砂内部,粘质砂部位浸润线的变幅不大;堤坝内部中密砂上部及中部的有效应力变化剧烈,下部变幅较小,且临近上游侧的上部地震过程中堤坝有效应力降低为0,发生液化失稳;上下游坝坡安全系数在地震过程中均出现小于1的情况,最小安全系数分别为0.82、0.91,可见地震过程中上游坝坡更容易失稳。     

海马箐水库粘土心墙堆石坝渗流稳定有限元分析

为同时考虑粘土心墙堆石坝渗流场和应力场耦合作用,以海马箐水库工程粘土心墙堆石坝为例,采用有限单元法计算了正常蓄水位时坝体位移、应力特性及渗流时坝体边坡稳定性。结果表明,大坝在正常蓄水位下不会出现渗透破坏,心墙坝的应力〖CD1〗应变符合一般规律,坝体的应力和变形性态基本良好;在稳定渗流作用下,上、下游坝坡稳定,抗滑稳定安全系数均满足规范要求。     

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。     

百米级胶凝砂砾石高坝的参数化建模

胶凝砂砾石坝的模拟仿真难度大,故限制了其发展应用。为此,以百米级胶凝砂砾石高坝的参数化建模为例,介绍了坝体尺寸与上下游水位的参数化界面定制、坝体与坝基材料属性的参数化界面定制,通过改变界面中参数大小,可随意改变模型中坝体高度、坡率、上下游水位、不同分区材料属性;针对实际建模过程中常遇到的材料分区界线属性划分困难、扬压力施加存在错误的问题,提出了胶结材料边界、坝基面(线)的节点耦合技术,给出了关键点参数化的命令流。研究结果可为胶凝砂砾石高坝的应用提供理论基础。     

填筑密实度对某均质土坝渗流及稳定性的影响分析

为分析填筑密实度对某均质土坝的影响,通过高密度电法检测结合钻探资料分析了坝体填筑缺陷,根据检测结果确定坝体不密实区域,采用数值方法计算了填筑密实度对大坝渗流及水位快速下降时稳定的影响。结果表明,该大坝表面存在雨水入渗通道并延伸至坝体内部,且在一定深度以下存在松散填筑土体,该松散区域的存在会削弱大坝整体防渗性能,抬高坝体浸润线,并在填筑密实度存在差异的部位产生过大的渗透坡降,且在水位骤降时上游坡抗滑稳定安全系数较小,滑移深度增大。     

复杂水力条件下的坝坡渗流及稳定性分析

针对库水位变化和降雨会使坝坡稳定性分析更为复杂的问题,基于非饱和渗流理论,借助GEO STUDIO软件对某土石坝进行数值模拟,研究了该坝在水位骤升、水位骤降及降雨情况下坝体内的渗流情 况,以极限平衡原理和MorgensternPrice条分法为基础分析了坝坡产生滑移的最小安全系数变化规律 。结果表明,复杂水力条件下不利于坝坡的稳定性,且坝坡安全系数变化呈现出一定的规律性。     

虹吸井对尾矿坝地震液化的影响分析

为了解虹吸井对尾矿坝地震液化的影响,以东北地区弓长岭尾矿坝为例,通过在坝体施加虹吸井的方法进行动力计算,比较了排渗措施失效后与施加虹吸井后对坝体及库区液化区分布的影响,并通过有限元方法和拟静力法计算了坝坡的安全系数。结果表明,排渗措施失效后液化区主要分布于坝体溢出点以下区域及尾矿库库区内,坝体安全系数不符合规范要求,且尾矿坝不安全;施加虹吸井后液化区显著减小,仅分布于尾矿库库区内,库区水边线附近分布区域最大,且坝体安全系数能满足现行规范要求,尾矿坝安全稳定。     

土石坝饱和砂土地基地震液化及加固措施数值模拟研究

为研究不同库水位及土石坝上下游坝脚有无设置压重对地震作用下饱和砂土坝基可液化土层的影响规律,以某中型平原水库土石坝为工程背景,利用岩土软件Geo-slope模拟分析了不同工况下坝基可液化土层的液化分布规律、坝体典型节点的加速度响应及上下游坝坡的稳定性。计算结果表明,正常蓄水位下,上下游坡脚设置压重后,坝脚处的液化区域明显减小,但远离上下游坝脚处的可液化土层的液化范围较无压重情况下几乎无改变。死水位情况下,上下游坡脚设置压重后可液化土层的液化区域变化规律与正常蓄水位下相似,但上下游远离坝脚处的可液化土层液化面积较无压重情况下相差无几,上下游坝坡的稳定性较为一致,但设置压重一定程度上增加了坝坡的稳定性。坝体的典型节点处的加速度出现不同的放大效应,其中坝顶的放大倍数最大,出现鞭梢效应。     

某斜墙坝上游坝坡滑坡机理及防治措施

为分析某斜墙坝上游坝坡滑坡变形机理并提出针对性治理措施,结合现场勘查及数值计算分析滑坡形成过程及发展趋势,确定诱发上游坝体滑坡的主要原因为土工膜破坏、降雨入渗、历史填土碾压缺陷等。根据坝体滑坡成因机制,结合大坝工程地质条件,比选上游坡压重与增设抗滑桩方案,发现采用抗滑桩进行支挡不仅能有效提高坝坡抗滑稳定安全系数,且经济性良好、可实施性强。