砂岩与卵石混合骨料胶凝材料坝现场变形直剪试验研究

抗剪和变形指标是胶凝材料坝设计中重要的参数,笔者结合金鸡沟水库大坝砂岩与卵石5∶5掺配的混合骨料胶凝材料坝稳定及应力应变复核计算需要,开展了砂岩骨料掺50%、60%、70%混合骨料胶凝材料和胶结堆石4种坝体现场变形和抗剪试验研究。研究表明:为保证胶凝砂砾石块坝均匀密实,一是要加强施工质量的控制,保证坝体施工铺填均匀,碾压得密实;二是控制砂岩骨料掺量。因此,胶凝砂砾块石坝,尤其是砂岩与卵石混合骨料胶凝材料坝抗剪和变形指标能满足中低坝应力应变及稳定之需,可以推广使用。     

胶凝砂砾石坝模型试验研究

采用水工结构模型试验法,探求胶凝砂砾石坝应力分布情况。通过胶凝砂砾石坝整体模型试验及坝体分层分级加载模型试验,得到了坝体在水荷载作用下的应力分布情况以及在坝体自重影响下的应力分布情况:受自重影响,坝体和坝基都处于受压状态,呈中间大两边小的分布形态;上游水荷载作用在坝体上后,使得坝体应力分布发生变化,最大应力区出现在坝基面中下游部,坝体水平向位移呈下游位移,整体为上部位移大于下部位移,最大值出现在坝中部位。     

胶凝砂砾石坝体应力及位移非线性有限元分析

为校核胶凝砂砾石坝的应力及变形状况,研究坝高、边坡变化对坝体应力及位移的影响。结合胶凝砂砾石坝本构模型,以非线性有限元方法研究不同坝高及边坡对坝体应力及位移的影响。结果表明:胶凝砂砾石坝的大、小主应力均随着坝高的增大而增大,最大大主应力出现在坝基面中部;坝体小主应力等值线在下游分布大体与坝体边坡平行,小主应力的高应力区分布在上游处,且坝踵处拉应力随边坡的变陡而增大。坝体的最大水平位移与最大垂直位移均随坝高的增大而增大;随着坝坡的变陡,坝体最大水平位移增大,垂直位移等值线向下游移动。     

基于非线性损伤本构模型的胶凝砂砾石坝超载分析

为揭示胶凝砂砾石坝损伤机制,基于胶凝砂砾石力学特性和应变破坏准则建立其非线性损伤本构模型,编制了相应的程序,并采用室内试验验证了该模型的合理性。采用该模型对胶凝砂砾石坝进行超载数值模拟,研究其坝体应力、结构破坏过程,结果表明胶凝砂砾石坝在超载后坝踵、坝趾均存在破坏风险,其中坝踵开裂风险较大。基于损伤本构模型进行超载分析还可知,胶凝砂砾石坝破坏模式为坝体和坝基材料变形不协调,使得随着超载倍数增大,坝体、坝踵产生屈服损伤,并逐渐开裂,裂纹沿上游建基面向下游扩展,而线弹性模型模拟无法获得该规律,因此基于非线性损伤本构模型的胶凝砂砾石坝受力分析可预测结构的失效模式,为结构设计提供依据。     

胶凝砂砾石坝剖面设计研究

结合胶凝砂砾石材料力学特性及坝体剖面设计理论,研究胶凝砂砾石坝的剖面形式及相应的控制标准。按土石坝设计理论:当胶凝砂砾石材料抗压强度低于3 MPa时,坝体剖面形式属于土石坝断面形式,应按土石坝设计理论进行设计;当材料抗压强度大于6 MPa时,坝体剖面形式属于重力坝断面形式,应按重力坝设计理论进行设计;抗压强度为3~6 MPa时,剖面设计既要考虑坝体整体稳定性、坝体应力状况,又要考虑坝坡的自身稳定及坝体局部抗剪强度。按重力坝设计理论:当胶凝砂砾石材料抗剪强度指标足够大时,需控制坝踵处不出现拉应力,最经济剖面为直角梯形;随着坝体抗剪强度指标的降低,最经济剖面逐步由直角梯形向对称梯形过渡,此时稳定安全系数和坝踵拉应力都需要控制;当胶凝砂砾石材料抗剪强度指标过低时,采用对称梯形剖面,此时坝体不会产生拉压力,需控制坝体整体稳定安全系数满足规范要求。     

非对称剖面下胶凝砂砾石坝受力特征及破坏模式研究

为了研究非对称剖面的胶凝砂砾石坝在完建和正常蓄水时不同坡度对坝体的稳定性和安全性的影响,以山西守口堡胶凝砂砾石坝为例,根据模型试验建立应变软化模型,运用有限差分法对胶凝砂砾石坝体的受力特性进行分析,并采用水头超载法对不同剖面坝体的超载能力及破坏模式进行研究,得到不同剖面坝体的超载系数及破坏模式的规律。结果表明:随坝坡变缓,坝体位移和应力差别不大,坝体的超载能力逐渐增大;不同剖面坝体最先出现破坏位置不同,但坝体最终破坏模式相同,均表现为沿坝基面的贯穿性裂缝导致坝体整体失稳。     

胶凝砂砾石料动力特性试验

为研究胶凝砂砾石料的动力特性,采用大型动力三轴试验仪进行胶凝掺量为60 kg/m3的胶凝砂砾石料的动力试验,分析了材料最大动弹性模量与围压之间的关系,推导了非线性动弹性模量及阻尼比的表达式。试验结果表明:胶凝砂砾石料的动应力动应变关系具有明显的非线性特征,且受围压的影响较大;材料动弹性模量随动应变的增大而减小,而阻尼比则相应增大,并趋于某最大值;动应变一定时,围压增大引起材料动弹性模量增大,而阻尼比则随之减小。     

那恒水库CSG坝体及坝基弹模变化影响分析

胶凝砂砾石坝(简称CSG坝)是一种新坝型,其基本剖面是上下游坝坡大致对称的梯形,筑坝材料采用价格低廉的低强度胶凝砂砾石料,CSG坝具有施工简便、造价低廉、对环境负面影响小等特点。本文以那恒水库工程为例,采用有限元数值模拟方法,分别计算分析了坝体及坝基弹性模量变化对大坝应力及变形的影响。     

胶凝砂砾石坝防渗措施及应力分析

由于胶凝砂砾石材料抗渗性能较差,采用其筑坝时需专门设计防渗措施进行坝体挡水。本文对胶凝砂砾石坝钢筋混凝土面板防渗措施,及新提出的高强度胶凝砂砾石面板和高强度胶凝砂砾石面板下铺设复合土工膜两种新型防渗措施进行渗流分析、考虑渗流作用的应力分析。计算结果表明:钢筋混凝土面板防渗效果较好,高强度胶凝砂砾石面板防渗效果较差;钢筋混凝土面板主应力最大、坝趾应力集中较为明显,高强度胶凝砂砾石面板和高强度胶凝砂砾石面板下铺设复合土工膜应力分布较为均匀。     

胶凝砂砾石料蠕变试验及大坝长期变形预测

为了建立合理的胶凝砂砾石料蠕变模型,进行了大坝长期变形预测,并研究了胶凝材料掺量对胶凝砂砾石料蠕变特性的影响。采用Burgers模型描述胶凝砂砾石料颗粒间的界面特性,通过细观力学均匀化方法得到胶凝砂砾石料蠕变本构模型。进行了4组不同胶凝材料掺量的胶凝砂砾石料单轴压缩蠕变试验,分析了不同胶凝材料掺量下胶凝砂砾石料的蠕变特点,进而依据试验数据拟合出所得模型相关参数。将蠕变本构模型植入ANSYS软件平台,进行了胶凝砂砾石料试件的蠕变模拟,结果表明提出的蠕变模型能较好地预测胶凝砂砾石料的蠕变变形。应用所提模型与参数对某胶凝砂砾石坝进行了长期变形计算分析。     

CSG技术在围堰工程中的应用

CSG技术是一种新型的碾压混凝土筑坝技术,这种技术的核心是使用一种被称为CSG(胶结砂砾石)的廉价筑坝材料。CSG是在坝址附近易于得到的河床砂砾石或开挖弃渣等材料中加入少量水泥,经简单拌和后振捣碾压而获得的一种材料,可以看作是一种贫碾压混凝土。CSG坝的基本剖面为对称梯形,由于梯形的CSG坝应力较小,对筑坝材料强度的要求也比较低,虽然CSG的强度低于混凝土,也能够满足筑坝的要求。CSG坝经实践证明在安全、工期、造价和环保等方面具有很大的优势,在欧洲和日本正受到越来越多的关注。作为CSG坝在中国的初次实践,介绍了道塘大坝上游CSG围堰的设计、施工和结构计算,阐述了CSG坝的技术特点以及CSG技术在围堰等临时工程中的优势。通过材料试验和现场碾压试验,获得了许多宝贵的试验数据和CSG坝施工的技术参数,为CSG技术在中国的应用积累了经验。     

丹巴水电站右1#坝段坝基稳定二维地质力学模型验证性破坏试验

丹巴水电站将是国内首座建在深厚覆盖层上坝高超过40 m的闸坝工程,坝址区以第四系深厚覆盖层为主,最大厚度达127.66 m,坝基覆盖层自上而下总共分为5层,其变形模量较低,压缩性大,这样的地质条件会使坝与地基产生较大的不均匀沉降,直接影响到闸坝与坝基的稳定安全性,需要开展坝基稳定问题的深入研究。针对上述地质问题,本文选取地质条件最为复杂的右1~#坝段,采用地质力学模型试验方法,全面模拟了坝址区的深厚覆盖层、深层浅层固结灌浆及回填层等加固方案,通过超载法破坏试验,研究了坝与地基的变形分布特征,获得了正常工况下坝体最大竖向位移为7.60 cm,满足规范要求,揭示了破坏机理与破坏形态,提出了超载法试验安全系数为:起裂超载安全系数K_1=1.2,非线性变形超载安全系数K_2=1.6～1.8,极限超载安全系数K_3=2.0～2.4,综合评价了右1~#坝段的安全性。试验成果可对工程的设计、施工和加固方案优化提供参考依据。     

胶凝砂砾石在阿拉沟水库溢洪道基础中的应用

胶凝砂砾石(CSG)作为一种新型材料,因其造价低、施工快速简便的特点,已在国内外的围堰和挡水大坝等诸多方面得到了应用。本文主要阐述了胶凝砂砾石做为基础填筑材料在阿拉沟水库溢洪道中的应用,从原材料选择、胶凝砂砾石拌和、摊铺碾压、质量检测和控制等方面做了详细介绍,为今后胶凝砂砾石在水利工程中的应用提供参考。     

渗流连续原理确定RCC坝层面厚度的适应性

利用变形等效原理建立了碾压混凝土坝等效弹性模量正分析模型,分析了按渗流连续原理确定的层面厚度对等效弹性模量的影响,结果显示等效弹性模量El和Ev几乎均等于本体弹性模量Ec,即层面对坝体的弹性模量几乎没有影响,与实际情况不符.理论分析和实例计算表明,按渗流连续原理确定的层面厚度应用在变形分析中是偏小的,在变形分析中采用该厚度是不适宜的.     

冲击弹性波法测试胶凝砂砾石性能的试验研究

本文简要介绍了冲击弹性波法的理论和特点,并采用此项技术针对胶凝砂砾石的力学强度,胶凝砂砾石坝保护层材料的抗冻耐久性能开展了探索性的试验研究。通过测试试件的波速与试件的力学强度和动弹性模量等建立相关联系,试验结果表明,抗压强度与弹性波波速存在良好的指数关系,动弹性模量与弹性波波速也具有较好的相关性。因此将此项技术应用到胶凝砂砾石筑坝工程的质量检测和安全监测方面具有前景,本文的室内试验成果为工程现场应用做出了初步探索。     

深厚覆盖层上土石坝地震响应分析

文章以建在强震区深厚覆盖层上的土石坝为研究背景,采用等效粘弹性模型,研究不同覆盖层厚度、不同坝高等工况下,地震对坝顶加速度和坝体位移的影响.研究表明随着覆盖层厚度的增加,加速度反应整体有减小的趋势,但是由于模型基频特性的影响,可能出现时大时小的状况;随着输入值的增大,大坝水平动位移逐渐增大.随着覆盖层厚度的增加,大坝水...     

洮河九甸峡水利枢纽工程混凝土面板堆石坝设计

九甸峡水利枢纽工程混凝土面板堆石坝最大坝高136.5 m,坝址区地震烈度高,河谷狭窄,岸坡陡峻,河床分布深52～54 m、宽30～50 m左右的深厚覆盖层,为目前国内在深厚覆盖层修建的最高面板堆石坝.文中介绍了该混凝土面板堆石坝的布置、坝体分区、坝料设计、趾板结构、周边缝结构设计等,特别研究比较了河床深厚覆盖层平趾板处理措施和采取防渗墙截渗的结构特点,同时对于在覆盖层上修建高面板堆石坝进行了有益的探索.     

隔河岩大坝混凝土弹性模量反演分析

本文基于隔河岩工程原型位移监测资料,对大坝混凝土弹性模量进行反演,首先对原型位移监测资料采用逐步回归得出大坝位移统计模型,并分离出水压位移分量,再利用有限元结构分析软件ANSYS获得理论水压分量,通过反演从而求出大坝混凝土的平均弹性模量.结果表明,此法获得的弹性模量接近真实情况,为评价大坝安全性态提供了可靠的依据.     

不同参数对土石坝地震动力响应影响

采用有限元法研究土石坝边坡动力响应,通过大量有限元计算,研究弹性模量、阻尼比、坝高、覆盖层厚度以及地震动参数对土石坝坝体动力响应的影响规律,为拟静力法高土石坝边坡稳定分析奠定基础。     

土石坝坝体混凝土防渗墙应力变形分析

以浙江省某粘土心墙坝除险加固工程防渗墙加固方案优化设计为背景,采用二维非线性对防渗墙的应力变形特性进行分析。研究土石坝坝体混凝土防渗墙在不同弹性模量、墙厚和坝高工况下的墙体应力变形特性。墙体应力受弹性模量及坝高的影响显著,受墙厚的影响微小;水平位移受坝高的影响显著,受弹性模量和墙厚的影响很小。坝体防渗墙设计时,应重视墙体混凝土弹性模量的选择。对一般20 m级的低坝可采用普通混凝土材料,对于40～60 m级中坝,应控制弹性模量不超过5000 MPa。