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。     

覆盖层上沥青混凝土心墙堆石坝抗震安全性分析

修建在深厚覆盖层上的沥青混凝土心墙堆石坝，覆盖层会影响坝体动力反应，加剧鞭梢效应，防渗结构亦受到影响，尤其是坝基防渗墙和坝体沥青混凝土心墙，结构单薄，地震过程中容易产生拉裂破坏，是工程的薄弱环节。某沥青混凝土心墙堆石坝高85.5 m,坝基防渗墙深110 m,为了探讨整个坝体及其防渗系统的抗震安全性，在静力计算的基础上，采用子模型技术对防渗墙和心墙进行了地震时程分析。计算结果表明，地震作用对沥青混凝土心墙的顶部和岸坡部位、坝基防渗墙的两岸肩部都有很大影响，拉应力范围和拉应力值均有很大程度的增加，建议采取相应措施进行局部加固处理。     

浇筑式沥青混凝土心墙坝心墙性态的有限元分析

采用邓肯-张模型对浇筑式沥青混凝土心墙坝的应力与变形进行有限元计算,得到了浇筑式沥青混凝土心墙的温度和沥青用量对不同坝高情况下心墙工作性态的影响。发现在坝高较低时,心墙温度、沥青用量对心墙工作性态的影响很小;在高坝情况下,心墙温度、沥青用量对心墙位移的影响较小,但对心墙应力极值和应力水平极值的影响则较为明显。另外,通过对不同覆盖层厚度下心墙工作状态的分析,发现当覆盖层厚度较大时,浇筑式沥青混凝土心墙的位移及应力水平极值明显大于碾压式沥青混凝土心墙。     

深厚覆盖层上沥青混凝土心墙土石坝的应力变形特征

由于深厚覆盖层具有一定的可压缩性,修建在其上的沥青混凝土心墙坝坝体会发生沉降,且最大沉降位于距坝顶2/3坝高处;受坝体的影响,坝基深厚覆盖层也会向上、下游发生水平位移;沥青混凝土心墙存在明显的应力拱效应,蓄水后减弱.以在120 m深覆盖层上修建坝高100 m沥青混凝土心墙坝的有限元分析为例,探讨了沥青混凝土心墙上石坝在深厚覆盖层上的应力变形特性.     

河谷宽高比对高心墙坝黏土垫层剪切强度的影响

掺砾黏土高心墙堆石坝需要在心墙与坝基面接触部位设置纯黏土垫层, 以探讨心墙与坝基接触面处的应力状态和黏土垫层的剪切强度。三维有限元数值分析主要考虑了河谷宽高比的影响, 经计算得到心墙与坝基接触面处的应力分布, 并按莫尔-库伦强度准则评估黏土垫层的抗剪强度。结果表明, 心墙与岸坡接触面上剪应力和正应力大小随着坝高变化明显。正应力自坝顶向下大致呈线性增大, 在接近坝底附近达到最大值; 剪应力自坝顶向下先增后减, 最大值发生在坝底向上约1/5坝高处, 当岸坡角为45°左右时其值最大。根据抗剪强度准则, 心墙底面黏土垫层不会发生剪切破坏; 岸坡面中上部强度较低, 当岸坡角达到或超过45°时, 上部黏土垫层会发生剪切破坏。与对称河谷模型相比, 实际工程模型左岸岸坡中下部黏土垫层偏安全, 中上部以及右岸抗剪强度系数相近。据此, 给出了岸坡角45°临界值, 在岸坡坡角达到或超过45°的狭窄河谷中修建高心墙堆石坝时, 建议采取工程措施防止黏土垫层在相应部位发生大剪切变形以及剪切破坏。     

土石坝心墙拱作用影响因素研究

针对目前普遍存在的土石坝心墙拱效应现象,对某土质心墙坝进行了有限元分析,探讨了影响土石坝心墙应力拱效应的几种因素。计算结果表明,坝壳与心墙的弹模比、心墙泊松比、坝高等因素对心墙拱效应的影响比较显著;坝壳泊松比对拱效应的影响不大。计算分析结果可为今后类似土质心墙坝的设计提供参考依据。     

大石门水利枢纽沥青混凝土心墙砂砾石坝设计

大石门水利枢纽沥青混凝土心墙砂砾石坝,最大坝高130 m。该工程坝址区地震烈度高(基岩动峰值加速度为0.52g,抗震设计烈度为Ⅸ度),河谷狭窄,岸坡陡峭,地质条件复杂。结合工程地形及场地地震特点,对坝料分区、防渗结构、坝体结构形式、大坝抗震措施等进行设计研究,在保证设计方案可行、安全的同时,做到投资最优。     

黏土斜心墙土石坝稳定性影响因素分析

以具体工程实例为研究对象,研究了黏土斜心墙防渗体在坝体中位置、上游坡度、渗透系数变化对斜心墙土石坝渗流和坝坡稳定的影响,以及坝高和黏土斜心墙高对坝体渗流及稳定性的影响,结果表明:斜心墙在坝壳内的位置、上游坡度和坝高对坝体渗透稳定的影响甚微,但斜心墙渗透系数对坝体渗透稳定的影响较大,是影响坝体渗透稳定的关键因素;坝高对上游坝坡稳定的影响幅度相对较大,是影响上游坝坡稳定的关键因素,斜心墙在坝壳内的位置、上游坡度、渗透系数对上游坝坡稳定的影响甚微;斜心墙在坝壳内的位置、上游坡度、渗透系数和坝高4组参数的变化对下游坝坡稳定安全系数虽然有影响,但影响甚微。     

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。     

狭窄河谷高面板堆石坝应力变形特性研究

河谷地形是影响混凝土面板堆石坝应力变形的重要因素之一。为研究狭窄河谷上200 m级高面板堆石坝应力变形特性,本文结合223.5 m高的猴子岩面板堆石坝,采用邓肯-张E-B模型三维非线性有限元,对该面板堆石坝竣工期和蓄水期进行应力变形分析。结果表明:竣工期和蓄水期坝体最大沉降所占坝高之比较修建在宽河谷上的高面板堆石坝小;坝体大主应力明显小于堆石体自重应力,存在明显的应力拱效应;蓄水期面板以向河谷中部挠曲变形为主,变形具有明显的空间效应;面板在左、右两岸和底部有一定的拉应力,在河谷中部存在较大范围的高压应力区。狭窄河谷上修建的高面板堆石坝除了关注面板拉应力外,应重视蓄水和后期运行过程中河谷中部高压应力区面板可能发生的局部挤压破坏。研究结果可为类似狭窄河谷上高面板堆石坝的设计提供参考。     

大石门水利枢纽工程坝型选择

大石门水利枢纽工程坝址区地震烈度高(地基岩动峰值加速度为0.52g,抗震设计烈度为Ⅸ度),坝址处河谷狭窄,岸坡陡峭,地质条件复杂,拦河坝高130 m,坝型选择至关重要。结合地形地质条件、工期及投资等多方面综合比选,最终确定推荐坝型为沥青混凝土心墙坝。     

超深覆盖层沥青混凝土心墙坝坝基防渗方案研究

坝基防渗方案的选择是超深覆盖层上高土石坝建设需要解决的关键技术问题之一。黄金坪沥青混凝土心墙堆石坝坝基为最大深度达133.9 m的强透水性砂砾料覆盖层,且河谷左右两岸地形不对称,为研究不同防渗墙和廊道设计方案对大坝变形与应力的影响,用三维有限元法对不同坝基防渗方案的大坝应力变形性状进行了数值分析。分析认为,坝基采用封闭式混凝土防渗墙、结合小尺寸廊道与沥青混凝土心墙相连的防渗方案,对坝体的应力和变形更为有利。     

反滤层对高心墙堆石坝拱效应影响研究

心墙与坝壳间不均匀沉降可导致心墙内产生拱效应,反滤层变形模量高于相邻的心墙料及过渡料致使拱效应强烈,分析心墙拱效应并通过合理措施降低其影响极为重要。以某心墙堆石坝为例,采用有限元法计算了反滤料变形模量及反滤层新结构对坝体应力应变及心墙拱效应的影响。计算结果表明:采用低变形模量反滤料或在反滤层内分级填筑高塑性黏土,均可增加反滤层沉降,有效减小沉降差,削减拱效应。心墙的沉降差、应力变化率、拱效应强弱呈现较高的一致性,皆在1/2坝高附近最大。拱效应系数最小值随反滤料变形模量降低而增大。内部填筑黏土可使反滤料最大沉降增加0.47 m,使心墙拱效应系数最小值提升至0.683,相当于反滤料变形模量降低25%时的模拟结果。因施工时难以获取低变形模量反滤材料,故提出的反滤层改善结构具有较高的工程应用价值。     

九甸峡水利枢纽工程安全监测设计

土石坝安全监测是了解大坝运行状态的重要手段,通过监测布置及数据分析,可以直观地了解建筑物的工作状况,保证工程的安全运行。九甸峡水利枢纽工程混凝土面板堆石坝最大坝高136.5m,坝址区地形地质条件复杂,坝基建在河床覆盖层上,岸坡陡峻,河谷狭窄,大坝受力条件复杂。针对工程特点,重点布置了大坝变形监测、面板应力应变监测、趾板缝变形监测、河床覆盖层变形监测、防渗墙应力应变监测等,以对大坝进行全面的监控。     

高心墙堆石坝坝基防渗墙与心墙连接方案研究

深厚覆盖层坝基上的高心墙堆石坝越来越多地采用两道防渗墙的设计方案。防渗墙与土质防渗体连接处是抵御渗透破坏的关键部位,该部位的混凝土结构设置方案优化是防渗设计的重点内容。阐述了瀑布沟电站心墙堆石坝混凝土防渗墙与土质心墙几种连接方案的设计比选过程,重点研究了防渗墙和廊道完全被高塑性黏土包裹和仅顶部被高塑性黏土包裹两个优化方案中心墙底部的孔隙水压力和渗透坡降的性状,表明这两个方案都是可行的。连接部位的渗透坡降是非均匀的,混凝土结构顶部的渗透坡降较大,心墙底部出口处的渗透坡降较小;坝体与两岸相接部位心墙底部渗流出口处的渗透坡降最大;高塑性黏土仅设置于混凝土结构顶部有利于心墙变形和施工进度,推荐设计采用。     

300m级超高斜心墙和直心墙堆石坝应力变形分析

为了优化设计和安全评价,对某300 m级超高直心墙堆石坝和作为比较方案的斜心墙堆石坝进行了三维有限元应力变形计算。对坝体堆石料采用邓肯张E-B非线性弹性模型,对高塑性黏土与混凝土结构接触面采用Goodman单元模型,分43级荷载对坝体的施工和蓄水过程进行模拟,比较分析两种坝型在蓄水期坝体和心墙的应力和变形性状。结果表明,相对直心墙方案,斜心墙方案计算所得坝体的最大水平位移相对较小,垂直沉降较大。斜心墙方案下心墙两岸坝肩处高应力水平区域有所减小,可以适当改善心墙上游面单元的应力和变形条件。斜心墙方案下心墙的拱效应相对较弱,其抗水力劈裂的性能稍好。     

胶结砂砾石在大石峡面板坝增模区设计中的应用

大石峡水利枢纽工程坝址区地形地质条件复杂,河谷狭窄,两岸陡峻,坝前发育规模较大的变形体,河床布置35 m高的高趾墩以避免河床趾板槽开挖对变形体稳定性的影响。河床面板搭在高趾墩顶部,必然在河床面板底部形成堆石体厚度向上和向下喇叭形渐变,该处堆石体的变形梯度如不受控制将直接影响河床面板底部的应力变形和周边缝接缝变形,设计在高趾墩下游和两岸陡峻岸坡设置了胶结砂砾料增模分区;经三维有限元静力计算分析,对河床面板的应力变形和周边缝接缝变形改善效果明显,此项措施可在高面板坝变形控制方案中推广应用。     

瀑布沟高心墙土石坝渗流分析

在深覆盖层地基上修建高土石坝,其防渗体系的可靠性是一项关键技术问题.防渗墙与土质防渗体连接处是抵御渗透破坏的关键部位.根据瀑布沟土石坝防渗体系的结构特点,利用有限元方法对瀑布沟土石坝进行了渗流分析.结果表明:坝体渗流与应力变形计算时,副防渗墙按40％承担水头较为合适;连接部位的渗透坡降是非均匀变化的,混凝土结构顶部的渗透坡降较大,心墙底部出口处的渗透坡降较小;坝体与两岸相接部位心墙底部渗流出口处的坡降最大.研究结论可以为类似工程提供参考和借鉴.     

狭窄河谷陡边坡高面板堆石坝应力变形研究

目前堆石坝有限元应力应变计算大多采用固支模拟岸坡处堆石与岸坡的连接。对于狭窄河谷陡边坡地区面板堆石坝,堆石可能沿岸坡面将发生滑移,此时采用固支模拟与实际情况不符。为研究狭窄河谷陡边坡对面板堆石坝应力变形影响,选用无厚度的goodman单元模拟狭窄河谷中陡边坡边界与堆石的接触面,并与将岸坡处堆石的结点按固支模拟的常规方法的成果相比较。计算结果表明：2种情况下堆石体变形及应力分布规律大体一致,但是采用固支处理时变形值相对较小;采用固支时,河床段面板底部拉应力偏大,与实际情况不符,考虑摩擦接触后,堆石能够沿着岸坡滑动,该部位应力较为均匀,拱效应相对降低,蓄水后岸坡处面板在受静水压力作用,有较小的压应力,符合实际情况。     

瀑布沟水电站砾石土心墙堆石坝设计

瀑布沟水电站大坝,根据坝址区地形地质条件,采用砾石土直心墙堆石坝,最大坝高186 m,坝基覆盖层最大深度为77.9 m,具有"坝高、基础覆盖层深厚、防渗土料复杂"等特点.经大量的设计研究工作,选择的坝线和采取的坝体结构、基础防渗处理措施及采用的筑坝材料等,较好地适应了这些特点,保证了大坝安全可靠运行.