溪洛渡拱坝谷幅变形机制及变形反演和长期稳定性分析

溪洛渡拱坝在蓄水后出现持续的谷幅收缩变形,且目前谷幅变形仍未收敛,对拱坝局部附属结构稳定和整体稳定有较大的影响。通过分析溪洛渡拱坝坝址区的地质条件、蓄水后监测资料变化,阐释溪洛渡拱坝谷幅变形机制,其层间、层内错动带的渗透作用和倾角走向,在谷幅收缩变形中起到了控制作用。通过考虑孔隙水压力对应力球张量和屈服面的影响,提出考虑孔隙水压力影响的弹–黏弹–黏塑非线性蠕变模型,对溪洛渡初期蓄水后变形和稳定进行了非线性有限元分析。根据蓄水初期谷幅变形的监测资料,反演岩体蠕变力学参数,预测蓄水后及长期谷幅收缩变形趋势及对坝体的影响。经过反演分析,正常蓄水位下数值计算结果与监测值吻合良好,提出的模型能较好的反映谷幅变形过程。蓄水10 a后,边坡变形趋于收敛,但整体变形量值较大,且对左右拱端的挤压显著,需要引起关注。     

溪洛渡拱坝蓄水期谷幅变形驱动机制研究

溪洛渡谷幅变形的产生机制尚存在争议,是当前工程界的难点问题。通过对锦屏一级及溪洛渡谷幅变形典型案例的对比分析,认为溪洛渡谷幅变形具有大量值、大范围和整体性的特点。以变形加固理论的弹塑性方法作为黏塑性方法的近似,引入孔隙弹塑性有效应力,结合溪洛渡库区的水文地质构造背景,计算结构塑性变形的驱动力——不平衡力,研究水库蓄水后控制溪洛渡谷幅变形的关键位置。研究结果表明,水库蓄水后孔隙压力增加引起的不平衡力主要集中在河谷底部的玄武岩层内和层间错动面中,可驱动岩体沿结构面产生大范围变形,这可能是控制溪洛渡谷幅变形的主要机制。     

高拱坝蓄水期谷幅时效变形机理分析

针对国内某高拱坝工程蓄水期间出现的谷幅收缩问题,分析了谷幅变形监测资料,获取了谷幅变形的时空分布规律。在此基础上,通过建立谷幅变形的统计回归模型,对各个监测点的谷幅变形过程进行了回归分析,分离出库盘水压变形分量、气温变形分量及时效变形分量。基于回归分析成果,采用有限元方法研究了库盘水压以及渗流场变化过程中所引起的渗流力作用、基岩温度变化、材性变化以及有效应力降低等因素对谷幅变形的影响。结果表明,渗流力和基岩温度变化会引起一定的谷幅收缩变形,但变形量值和变形规律与实际不符,并非拱坝谷幅变形的主要诱发因素。谷幅变形主要是由近坝区水文地质条件的改变所触发的岸坡蠕变变形,数值模拟的谷幅变形过程与实测结果吻合较好。     

高拱坝谷幅变形机制及非饱和裂隙岩体有效应力原理研究

蓄水期谷幅变形影响着高拱坝当前工作性态和长期安全状况,但拱坝设计方法中尚没有相关的评价标准。首先总结蓄水期高拱坝坝址谷幅变形规律和常规数值方法计算的难点。从裂隙水压力的作用规律出发,在弹塑性模型屈服函数中引入静水压力,并应用于锦屏一级拱坝蓄水期计算分析。计算结果与监测值符合良好,初步解释谷幅收缩等坝址区山体变形现象。探索蓄水初期裂隙岩体的细观变形机制,提出非饱和、非贯通裂隙岩体中的有效应力原理。结果表明,裂隙水压力改变岩体平衡状态,是蓄水后坝址区岩体产生塑性变形的主要驱动力。     

白鹤滩拱坝谷幅变形预测及不同计算方法变形机制研究

中国已建成的特高拱坝如溪洛渡、锦屏一级等,在初期蓄水过程中均表现出了谷幅收缩的异常现象。而拱坝是高次超静定结构,对坝基变形尤其是不均匀变形非常敏感。从有效应力改变和岩体材料泡水弱化这一谷幅变形机制和边界施加位移这一计算手段出发,利用弹塑性有限元方法,计算并预测白鹤滩拱坝在初期蓄水过程中可能产生的谷幅变形,并分析了谷幅变形对大坝位移和应力的影响。结果表明:两种方法的计算结果相差很大;从有效应力改变和岩体材料弱化角度出发,白鹤滩拱坝两岸山体可能产生的最大谷幅收缩不大于40mm,且该谷幅变形不会很大程度上降低拱坝的整体稳定性,只是使坝体产生了新的应力集中区。而拱坝对施加边界位移具有很强的超载能力,但谷幅收缩对坝体应力的影响极小。对比发现,坝基不均匀变形是影响拱坝应力的关键因素。     

循环抽水越流承压含水层水位变化与变形分析

建立了越流承压含水层在循环抽水的地下水运动数学模型,用Heaviside函数性质及Laplace变换求解得该数学模型关于承压含水层水位变化的解析表达式,进而求得承压层压缩变形。通过数学软件Mahtematica对算例进行了计算和分析,结果表明:承压含水层水位恢复存在滞后性,阻越流系数B越小水位恢复的滞后性越小,并且抽水引起的承压含水层水位下降量也越小,因而引起的承压含水层弹性压缩变形也越小;承压含水层以幅值Q0的循环抽水对应的水位降-时间曲线围绕恒定抽水t1Q0/T曲线上下波动,并呈上升趋势;距抽水井越远处的水位受到抽水循环反复作用的影响越不明显,较远处循环抽水水位降深-时间曲线与t1Q0/T曲线重合。     

邵家台隧道收敛变形演变及灰色系统预测研究

基于湖北省谷(城)竹(溪)高速公路邵家台隧道围岩收敛变形监测数据,建立了灰色系统预测的GM(1,1)模型,对隧道围岩收敛变形趋势进行预测,并结合隧道典型断面预测值和实测值进行了对比研究,结果表明所建立灰色系统预测的GM(1,1)模型取得的效果较好。     

蓄水期边坡及地基变形对高拱坝的影响

在高拱坝施工期和运行期,蓄水引起的边坡和地基变形是值得关注的问题。蓄水对岩体产生许多影响,包括岩体参数弱化、有效应力降低和浮托力的作用。这些现象与滑坡、坝体稳定和水库诱发地震等工程问题相关,而目前对蓄水作用的力学机制的研究仍十分有限。将边坡极限分析中的强度折减法扩展为同时考虑刚度和强度折减的有限元方法,并用于分析岩体材料的弱化。将裂隙岩体的有效应力原理应用到Drucker-Prager准则。基于锦屏一级拱坝左岸边坡变位和谷幅收缩的监测数据,将上述2种方法应用于蓄水期边坡及地基变形影响分析。结果表明,坝体具有良好的承受边坡变形的能力,仅在局部有变形和应力改变。     

抽降承压水引起的地层二维变形解析研究

基于Biot固结控制方程以及完全承压含水层和越流承压含水层中完整井抽水的特点,应用平面应力假设模型,Laplace积分变换技术,求解得到了完全承压含水层及越流承压含水层侧向无限延伸两种情况下,抽降水引起的水位降深解析解,并应用土力学原理,获得了两种条件下的完整井抽水引起地层的二维变形解析解。利用该解析解可以计算在稳定流和非稳定流抽水作用下承压含水层的径向和竖向变形,为准确计算抽灌承压水引起的水位降深及地层沉降提供理论依据。     

一维载荷浸水下重塑黄土的水分入渗和增湿变形模型及试验验证

针对黄土载荷浸水情况下水分运移和湿陷变形会产生相互影响,构建一维情况下考虑二者相互影响的水分入渗和增湿变形计算模型,并给出确定模型参数的方法。为验证模型的可靠性,采用自制一维土柱渗透仪进行兰州重塑黄土一维载荷浸水试验,通过室内单元试验获取模型参数,应用模型对载荷浸水试验中水分入渗过程和湿陷变形过程进行预测,对比了预测值和实测值,并对模型参数进行分析和反演。结果表明：建立的模型能合理预测随压力增加浸润锋前进速率降低的规律,并能准确预测湿陷变形随浸润锋深度的变化;考虑到端部绝对饱和区、大孔隙流以及模型中的假定,反演了等效饱和体的饱和渗透系数和锋面吸力水头,反演的参数分别与单元试验所确定的参数在随压力的变化规律上相同、数值上相近,说明模型具有合理性,反演的参数为模型的应用提供了参考依据。     

坝基混凝土防渗墙应力位移影响因素分析

以溪洛渡围堰的设计对比方案为例,采用二维和三维有限元方法计算堰体和防渗墙的应力位移,揭示防渗墙应力位移随主要影响因素的变化规律。研究表明:防渗墙的水平位移主要由堰体型式决定;防渗墙材料的模量越高,其适应堰体变形的能力越差,安全性就越低;降低防渗墙上部材料的模量能在一定程度上降低防渗墙的应力;墙厚在合理范围(0.8￣1.2 m)内变化,对防渗墙的应力位移影响很小;三维效应对防渗墙的中间断面应力位移影响较小,但两岸陡坡处可能变危险。上述结论可为同类土石坝和围堰的方案设计和优化提供参考。     

Geological and geotechnical characteristics of Karameh dam site, north of the Dead Sea, Jordan

This paper describes a feasibility stage geotechnical evaluation carried out at the Karameh dam site. The 45 m high, 2,150 m long dam will be built across the Wadi Mallaha on Quaternary lacustrine deposits and store fresh water from the King Abdullah Canal. A confined highly saline aquifer was identified at a depth of 25 m, the saline groundwater migrating naturally through the Lisan Formation. Stability analysis of the foundation indicates that the slopes are just stable under dry conditions and may become unstable under wet conditions. The most important problem is the presence of the active main Jordan Valley Fault crossing both the dam body and reservoir. Electronic Publication     

宽围压加卸荷条件下特高坝填筑料强度变形研究

开展大型三轴试验,系统研究了特高坝堆石料和砂砾石填筑料在宽围压加卸荷条件下的强度变形特性。结果表明:相比堆石料,砂砾石料在低应力条件下的强度低,采用砂砾石填筑的大坝应防止坝坡浅层失稳。围压对强度指标和邓肯模型变形参数均具有重要影响,对于特高土石坝,宜根据应力分布情况分段采用不同的强度指标和变形参数,以提升坝体结构应力变形计算精度和提高工程安全性。卸荷—再加载循环内,均产生了正值的轴向变形和体积变形,循环结束后,应力-应变、体变-应变曲线均回归至原有的正常加载形态;在卸载段,低围压、低应力水平条件下往往表现为体胀,随围压和应力水平的提高,主要表现为卸荷体缩;在再加载段,无论围压大小还是应力水平高低,均主要表现为体缩。随围压的提高,回弹模量与初始切线模量之比增大;同一围压下,随应力水平的提高,回弹模量变化不大,略有降低的趋势;大石峡工程高填筑标准砂砾石料和堆石料K_ur/K约1.98~2.22,但指数n_ur要远大于n;对于那些特高坝和高坝而言,有限元计算时假定n_ur=n是不太适宜的,应开展回弹模量试验研究。     

Potential leakage at the Khersan 3 Dam Site,Iran: a hydrogeological approach

The paper discusses the investigations into the Khersan 3 Dam site in the Zagros Zone, southern Iran, where the Rig, Shorom and Laki Anticlines meet. The Asmari Limestone is the main aquifer system in the area of the dam site and its reservoir. Marly bands within the Lower Asmari Unit create three confined sub-aquifers under artesian pressure overlain by one unconfined sub-aquifer. The impounded water will be in direct contact with the Asmari Limestone hence leakage may occur through existing karst features. As the recharge zone of the artesian sub-aquifers is higher than the normal water level in the reservoir, no direct leakage through the artesian sub-aquifers is anticipated. However, when the water head in the unconfined sub-aquifer rises with the construction of the dam, leakage may occur and further karstification develop.      

承压水上厚煤层底板变形破坏特征实验研究

采场底板稳定性影响因素很多,其中高承压水作用是底板隔水层裂隙发生、发育、扩展及造成底板变形失稳的关键因素之一。我国华北型矿区均受石炭二叠纪煤系底部的太灰、奥灰含水层影响,为此,分析承压水作用下采场底板矿压显现规律意义重大。通过相似材料模拟,分析承压水作用下底板岩层变形及裂隙发育规律。结果表明:沿工作面推进方向,按煤层底板变形特征可划分为5个区,依次为稳定区、压缩区、压缩-膨胀过渡区、离层膨胀区及压实稳定区;按底板破坏特征,自上而下依次为竖向张裂隙带、斜向穿层裂隙带、顺层裂隙带。研究结果可为承压水上开采底板失稳机理研究提供参考。     

Optimization of dewatering schemes for a deep foundation pit near the Yangtze River,China

A deep foundation pit constructed for an underground transportation hub was excavated near the Yangtze River. Among the strata, there are two confined aquifers, between which lies an aquiclude that is partially missing. To guarantee the safety of pit excavation, the piezometric head of the upper confined aquifer, where the pit bottom is located, should be 1 m below the pit bottom, while that of the lower confined aquifer should be dewatered down to a safe water level to avoid uplift problem. The Yangtze River levee is notably close to the pit, and its deformation caused by dewatering should be controlled. A pumping test was performed to obtain the hydraulic conductivity of the upper confined aquifer. The average value of the hydraulic conductivity obtained from analytical calculation is 20.45 m/d, which is larger than the values from numerical simulation(horizontal hydraulic conductivity K_H = 16 m/d and vertical hydraulic conductivity K_V = S m/d). The difference between K_H and K_V indicates the anisotropy of the aquifer. Two dewatering schemes were designed for the construction and simulated by the numerical models for comparison purposes. The results show that though the first scheme could meet the dewatering requirements, the largest accumulated settlement and differential settlement would be94.64 mm and 3.3‰, respectively, greatly exceeding the limited values. Meanwhile, the second scheme,in which the bottoms of the waterproof curtains in ramp B and the river side of ramp A are installed at a deeper elevation of-28 m above sea level, and 27 recharge wells are set along the levee, can control the deformation of the levee significantly.     

出线竖井变形监测反馈及衬砌变形稳定研究

溪洛渡左岸布置两条出线竖井,其总深度为488.5 m,穿越的覆盖层深度达到120 m。已有的监测资料表明左岸出线竖井已向下游侧变形约1 mm,向河谷侧变形约18 mm。本文拟合观测墩变形数据,对左岸两条出线竖井及其井壁衬砌结构进行三维非线性有限元分析,得出竖井详细的应力变位情况,并确定观测墩变位和竖井最大变形值的关系,从而提出了竖井观测墩变位的预警控制阈值,以及竖井可能的破坏模式。最后对不同岩层接触面进行了抗滑稳定计算,结果表明沿着这些面整体抗滑稳定安全系数满足设计要求。     

汉中天坑群小南海岩溶水水化学特征及其指示意义

以小南海岩溶水为研究对象,通过分析水化学和氢氧同位素数据,确定岩溶水中主要物质组分来源及补给径流特征,对岩溶水的合理开发利用及生态环境保护具有重要意义.结果 显示:所有水样均为弱碱性、低矿化度水,水化学类型以HCO3-Ca型为主;岩溶水溶质组分受控于岩石风化作用,主要来源于碳酸盐岩类和部分硫酸盐岩类矿物溶解,此外还受人...