多元结构坝基双排防渗墙控渗效果试验研究

双排防渗墙已广泛应用于西南地区强弱互层深厚覆盖层地基,但双排防渗墙的间距及布置形式如何选择,控渗效果如何等都值得深入研究。基于非饱和土体渗流理论,以强弱互层深厚覆盖层坝基为研究对象,针对双排防渗墙进行试验研究,得出渗流量和出逸坡降,探讨各布置形式下双排防渗墙的控渗效果。研究表明:"前长后短"、"前短后长"、"前后同长"3种布置形式下总渗流量和出逸坡降都随着间距的增加而降低,"前长后短"、"前后同长"布置形式降低明显。坝体渗流量以间距L=13.2、16.5cm为分界线,先增大后降低;坝基渗流量以间距L=13.5、17.5cm为分界线,先降低后增大。双排防渗墙中深度较大的防渗墙消减的水头更大,两防渗墙深度一致时,前后防渗墙分别消减水头37.5%、50%。当前后防渗墙的深度之和一定时,双排防渗墙采用"前短后长"的布置形式相比采用"前长后短"的布置形式,能更有效降低渗流量和抑制出逸坡降,建议优先采用。     

流固耦合的多元结构深厚覆盖层透水地基的力学特性

深厚覆盖层多元结构坝基在渗流过程中各土层力学差异明显,分析时关注的具体问题也不尽相同,需要深入研究。基于比奥固结理论,考虑土体的非线性流变以及土体固结变形过程中孔隙度、渗透系数、弹性模量及泊松比的变化;借助ADINA流固耦合模块来模拟西藏达嘎水电站坝基渗流场与应力场耦合过程,分析各层力学特性及相互作用。研究表明,透水性较强的表层土体是渗流主要通道,也是渗流进出区和沉降变形体现区,应在上游采取措施提高其压缩模量,下游区域增设反滤层和排水设施;坝基中的粉细砂层是坝基沉降的主要原因,对坝基沉降起主导作用,同时应注意其液化特性对坝基的不利影响;坝基中的承压含水土层对下游上部结构产生向上顶托力,若位置较深,则破坏性较小;坝基深部土层对整个坝基的渗流破坏影响较小,但对沉降和渗流量的影响不可忽视;表层砂卵砾石层和粉细砂层的渗透系数相差较小时,土层间不会发生接触冲刷。此外,还发现坝基孔隙水压力在快速衰减阶段被消散,期间土体固结较快。垂直防渗墙能有效降低渗透坡降和渗流量,将坝基沉降变形控制在防渗墙上游区域,但上游坝基变形对防渗墙产生较大的水平推力,应加大防渗墙尺寸或者采用辅助渗控措施。     

小型水库大坝稳定分析计算

以某小型水库为研究对象,通过采用北京理正公司岩土系列软件的渗流有限元分析法对坝体进行渗流分析,确定了大坝在各种工况下的单宽渗流量、浸润线出逸点位置及对应的渗透比降,并采用瑞典圆弧法对坝体进行坝坡稳定分析,计算大坝上下游坝坡抗滑稳定安全系数,判断其是否满足规范要求,其成果可为同类工程的大坝除险加固设计提供参考依据。     

动态承压水作用下深基坑底部弱透水层的出逸比降解析研究

根据深大基坑坑底弱透水层的一维越流模型,求解了承压水头变化引起的坑底弱透水层中的超静孔隙水压力和出逸比降的解析表达式。当坑底土层渗透系数较大时,出逸比降计算结果与传统方法的出逸比降求解结果一致,验证了出逸比降解析解的正确性。基于出逸比降解析解,分析了动态承压水作用下坑底出逸比降的变化规律和影响因素。结果表明:当基坑坑底弱透水层厚度一定时,土体渗透系数、压缩模量或承压水头波动周期越大,出逸比降波动越明显,幅值越大,相位差越小;出逸比降影响因素可通过与土体渗透系数和压缩模量正相关,与承压水头波动的角频率和弱透水层厚度的平方负相关的无量纲因子统一表示。最后通过工程实例表明,对于坑底弱透水层渗透系数较小的情况,降承压水头引起的出逸比降减小幅度不大并存在明显滞后性,对基坑的抗渗流稳定性具有不利影响。     

双塔水库大坝渗流反演分析与特征水位渗流计算研究

结合双塔水库大坝现场检查以及地质勘探情况,通过渗流观测资料分析对坝体渗漏成因进行了分析,通过Auto Bank软件建立平面典型断面有限元模型,通过参数渗流参数反演分析调整了本次计算的渗透系数,计算得到浸润线规律符合一般均质坝分布。并进行了特征水位下稳定渗流计算分析,计算结果表明心墙下游侧出逸点偏高,并未自心墙与坝基接触部位形成出逸,坝脚出逸处渗透坡降满足要求。     

深覆盖层上土石坝心墙与防渗墙连接型式研究

深厚覆盖层上建造的土石坝常采用封闭式防渗系统。当心墙坝防渗系统坝体采用沥青混凝土心墙、坝基采用封闭式防渗墙时,心墙混凝土基座、防渗墙与相邻土体之间将产生不均匀沉降,易引起基座混凝土断裂和坝壳及覆盖层土体剪切破坏。针对心墙坝坝体心墙与坝基防渗墙合理的连接型式问题,结合某水库工程,采用非线性有限元法,建立三维有限元模型,分析研究了心墙基座与防渗墙不同连接型式下坝体与坝基的变形和应力。通过坝体和坝基的变形协调分析以及心墙基座和防渗墙的应力分析,推荐了合理的连接型式,即深厚覆盖层上沥青混凝土心墙坝坝基采用封闭式防渗墙时,宜采用心墙基座与防渗墙间预留空隙的连接型式,其空隙大小与坝基覆盖层厚度及其力学特性以及防渗墙弹性模量有关,需经计算分析确定。     

南湾水库坝基顺河断层带渗流稳定性研究

根据南湾水库的蓄水和地质、结构特点,对其坝基顺河断层带进行渗流稳定性研究.根据南湾水库工程大坝浸润线和基岩等水位线图进行坝址区渗流域渗流场反演分析,确定岩体的实际渗透系数.运用二维有限元分析等方法评价,预测水库现状水位和未来高水位各运行工况下坝基渗流场的渗透稳定性.计算分析表明,有限元法计算的断层带最大水力坡降小于断层带允许坡降不会产生渗透变形.     

大箐水库大坝渗流安全分析

大箐水库由于近期的两次强烈地震对其造成了严重破坏。最主要的问题是坝体、坝基和坝肩渗漏都较严重。排水棱体大部分被耕植土覆盖,排水不畅;棱体上部坝坡脚大面积浸水,通过渗流观测资料分析和渗流有限元计算分析,全面评价了大箐水库大坝的渗流安全状况。结果表明:坝基、坝坡在所有工况下的计算水力坡降均小于其允许水力坡降,故现状是大坝暂不会出现渗透变形。大坝渗流安全评价为C级,建议采取相应防渗处理措施并完善防渗体系。     

乌东德水电站坝基及右岸地下厂房区渗控措施研究

渗流控制措施是乌东德水电站大坝坝基及地下厂房设计的重要内容。针对乌东德水电站工程区复杂的地质条件和渗控措施,建立坝基及右岸地下厂房区三维模型,采用三维有限元渗流场精细求解技术对渗流场进行计算。成果分析表明,防渗帷幕和排水孔幕组成的渗流控制体系对山体地下水位具有控制作用,厂房侧墙位于地下水面以上;灰岩和厚层白云岩顺层面方向渗透性更强时,渗控措施的防渗排水效果更明显,但排水量显著增大。     

堤(坝)基中浅层强透水层上覆砂层侵蚀试验与分析

堤(坝)基中往往存在局部浅层强透水层,其削减水头能力较弱,易发生管涌等侵蚀破坏,其破坏机理仍需深入探究。文中采用砂槽模拟堤(坝)基中浅层强透水层上覆砂层侵蚀情况,通过改变水位来观测堤(坝)基中砂土细颗粒流失现象,获取渗流量、渗透坡降、土体颗粒级配、锥头阻力等参数。试验表明,水位增至48 cm时浅层强透水层上覆砂层被"击穿"发生管涌破坏,破坏过程分为稳定渗流阶段、细颗粒流失阶段、较细颗粒流失阶段、管涌破坏扩大阶段。此外还发现,随着砂土中细颗粒砂土的流失,堤(坝)基的锥头阻力降低而发生沉降;细颗粒砂土流失导致其孔隙率和渗透系数增大,渗流场和应力场发生较大变化,研究成果能为堤(坝)基中浅层强透水层情况提供理论支撑。     

Coquitlam大坝抗震能力提高设计(英文)

Coquitlam 大坝建于 1913 年,坝高 30 m,为吹填土石坝。大坝位于加拿大 BC 省高地震危险带。风险人口数以万计。根据现行标准,大坝的抗震能力不符合要求,坝体冲填土和某些部位地基土松散,容易液化。在中度至重度的地震情况下,大坝将会遭受严重的损坏,并有可能溃决。提高大坝的抗震能力很有必要。选择最高设计地震为里氏7.5 级地震,地震地面水平峰值加速度 0.66g。在设计中,还需要对以下一些提高抗震能力的设计方案进行评估,包括结构修复、大坝重建、限制水库运行及退役。在综合考虑技术、社会、环境和经济因素的基础上,选择了兴建一座新的下游堤坝以提高其抗震能力,减少 Coquitlam 大坝的地震风险。新建坝包括一座土质心墙堆石堤坝和一个位于左坝肩的混凝土过渡带。新建堤坝大部分是建在具有承载力的淤泥土上,而混凝土过渡带则完全建在基岩上。由于现场和施工条件的限制,座落在现有大坝下游坝壳部分的新建堤坝上游坡的下部一小部分为沿原河道的液化砂砾石冲积层。先进的地震稳定性和变形分析结果表明,由于有足够的超高、厚厚的反滤体以及过渡带,大坝所产生的变形是可以接受的。为了控制基础渗流和出逸坡降,设计采用了塑性混凝土防渗墙、帷幕灌浆以及在下游增设一套减压井相结合的方案。为了监测新建坝的性态,在施工期和运行期的仪器监测设计中采用了基于破坏模式的方法。主要介绍了 Coquitlam新建堤坝的设计,包括大坝安全监测系统的设计。     

悬挂式防渗墙防渗效果的模拟试验研究

 在实验室渗流槽中进行有悬挂式防渗墙的二元结构堤基的渗流模拟试验,取得不同贯入度悬挂式防渗墙防渗效果的系列试验成果。论证悬挂式防渗墙对上层为低液限黏土、下层为低液限粉土的二元堤基在发生渗透变形时有阻滞渗透变形发展的重要作用。对于上部为粉质黏土,下部为粉土的二元结构堤基,发生渗透变形时首先在粉土层的薄弱部位发生涌砂,接着在粉质黏土层与粉土层的结合层面发生接触冲刷,在水位持续升高到超过临界水位后,渗透通道从下游向上游发展而贯通,即发生渗透破坏。同时,研究发现,在悬挂式防渗墙作用下,堤基土发生渗透破坏的条件有明显改善,表现在渗透破坏时的作用水头有较大的增长,临界表观水力梯度有明显提高,渗流量显著减小,孔隙水压力分布发生变化。研究结果表明,悬挂式防渗墙可以有效控制渗透破坏的发生条件,而且施工相对容易,也比较经济合理,可以在工程中推广应用。     

Reservoir and dam seepage and anti-seepage measures at hydroelectric power stations in karst areas of southwest China

In Southwest China, especially in Yunnan and Guizhou Provinces, there are abundant water power resources, thus providing favourable conditions for developing hydroelectric projects in this region. In Southwest China carbonate rocks are widespread and karst formations are strongly developed. Therefore, inevitably many complicated karst-geological problems are encountered in the course of constructing hydroelectric power stations and reservoirs which can be divided into two broad categories: “damming reservoirs” and “grotto-blocking reservoirs”. The problems are emphasized by discussing the karst seepage of reservoirs and dam-sites for nine typical, big- and medium-sized hydroelectric power stations and corresponding anti-seepage measures. The anti-seepage measures can be generalized as curtain-grouting, grotto-blocking, grouted cut-off wall, blanket, coffer dam, and closure well.     

Simulation of pipe progression in a levee foundation with coupled seepage and pipe flow domains

A very large percentage of piping cases have been brought about by internal erosion, which is the primary cause of dam failures. This study developed a numerical model to simulate the pipe progression in a levee foundation by analyzing the inception and transportation of erodible particles from the soil fabric. An approach that considers the turbulent flow in an erodible pipe and the seepage flow in the remaining area of a levee foundation is employed to capture the main hydraulic characteristics of piping. The mechanical analysis of individual erodible particles is considered to quantify the critical condition for particle inception in an erodible pipe. In addition, physical piping model tests are numerically simulated to examine the proposed approach. The simulation demonstrates that the flow in a pipe can progress backward from downstream to upstream when the upstream water head reaches a critical value. Furthermore, the function mechanism of a cut-off wall can be explained by this model. The results have revealed that this model can reproduce the experimental data, such as the critical water head and the progression time, which are obtained from the physical model. The relationship between the depth of a suspended cut-off wall and the critical water head is obtained; this relationship facilitates the practical design of the critical depth of a cut-off wall for a given water head.     

赵山渡引水工程防渗系统维修设计

河床式电站枢纽防渗系统的维修设计一直是水利工程的难点,赵山渡引水工程防渗系统维修设计采用了表面新设止水封闭系统、水下防渗系统检测、防渗墙局部部位上游灌浆堵漏等措施,成功对防渗系统进行了修复和封闭。     

防渗墙质量TEM检测技术研究及试验结果

防渗墙在堤坝上呈垂向分布,墙体薄,虽具高阻特征,但相对于相对低阻的坝体而言,其比例较小,加之坝体可供检测的工作面狭窄,致使许多电法工作都难以将墙体的电阻率差异信息提取上来,防渗墙的检测因此成为一个难题。我们根据TEM方法的特点,设计研制了适用于防渗墙检测的专用能量聚焦装置,开发了弱信息TEM信号增强处理和反演程序,并在长江大堤典型堤段的快速检测试验中获得良好的应用效果。