前坪水库大坝应力变形及抗水力劈裂研究

心墙土料与坝壳砂卵砾石料、堆石料模量差别较大,为研究大坝心墙拱效应对心墙的应力变形及抗水力劈裂的影响,根据大坝材料分区及坝基地质情况,考虑施工填筑及蓄水过程分级加载,采用非线性邓肯-张模型对大坝应力变形进行研究分析,对前坪水库心墙的应力变形、抗水力劈裂进行分析。计算结果表明,坝体应力和变形分布符合一般规律,坝体最大竖向沉降发生在1/2～2/3坝高范围内,考虑心墙拱效应后,心墙抗水力劈裂是安全的。同时,结合已建工程经验,在大坝易出现裂缝部位可采取填筑高塑性土等工程措施,防止因裂缝而引发集中渗流破坏,避免心墙与基岩面产生裂缝。     

不同掺砾量对黏土心墙的影响

为考察西南地区某黏土心墙坝在不同心墙掺砾水平下心墙的工作性态与安全情况,进而确定心墙坝掺砾施工方案,采用三维有限元方法,在不同的掺砾量水平之下,充分考虑掺砾量的增加对心墙渗透性与变形强度的影响,采用双线法计算各掺砾方案下的湿化变形,研究了大坝完建期及蓄水运行时心墙水平与竖向位移的变化规律,同时采用拱效应系数分析心墙拱效应的变化情况。研究结果表明:当掺砾量控制在50%以下时,伴随掺砾量增加,心墙的沉降变形减少,顺河流向变形减少,使心墙拱效应得到改善;当掺砾量大于50%时,掺砾对心墙的沉降变形与拱效应的抑制作用减弱,同时心墙顺河流向变形量增加。鉴于对于黏土心墙工作性态的综合考虑,建议相应工程中心墙料掺砾量宜小于50%。     

泸定水电站黏土心墙堆石坝施工技术与质量控制

结合泸定水电站黏土心墙堆石坝的施工情况,从分区填筑参数及施工顺序的确定,心墙料、反滤料、过渡料、堆石料填筑等方面,总结了黏土心墙堆石坝快速施工经验和质量控制重点,可为黏土心墙堆石坝的快速施工和过程质量控制提供借鉴.     

糯扎渡大坝坝料现场压实特性及心墙安全性研究

心墙拱效应是心墙堆石坝设计中需关注的重点问题之一,拱效应对心墙的应力变形及抗水力劈裂特性影响较大。在对糯扎渡高心墙堆石坝的坝料现场检测成果进行分析的基础上,对现场填筑坝料的工程特性进行了室内试验研究,根据试验成果拟定了心墙料与堆石料模量差别较大的计算参数,据此进行了大坝应力变形有限元计算,对心墙的变形、应力、抗水力劈裂安全性进行了深入分析,根据研究成果提出了对大坝设计及施工方面的建议。     

黏土心墙堆石坝变形协调评判指标与各区渗透性能影响研究

针对黏土心墙坝的变形不协调易导致坝体开裂、滑坡等险情发生的问题,对顺河向以及不同材料接触面变形的协调进行分析。结合实际工程,通过数值模拟,开展了运行期库水位下降工况黏土心墙堆石坝变形协调分析,提出了顺河向不同材料接触面变形协调的离散系数评判指标,分析了库水位下降情况下黏土心墙坝内部变形协调性与对各区渗透性能的影响。结果表明:(1)反滤层接触面上顺河向变形主要受到心墙与坝壳料渗透性能的影响,与心墙渗透系数成正比、与坝壳料渗透系数成反比,反滤层渗透性能对接触面变形协调的影响小;(2)黏土心墙料、反滤层Ⅰ、反滤层Ⅱ及坝壳料渗透系数分别为5.00×10~(-7) cm/s、3.27×10~(-3) cm/s、1.00×10~(-2) cm/s、6.84×10~(-2) cm/s时,实例工程的沉降变形及顺河向变形最为协调。     

反滤层粒度组成及厚度对大坝渗流特性的影响

反滤层的粒度组成和反滤层厚度及其结构对大坝渗流特性具有显著的影响。针对某黏土心墙砂砾石坝,设计了黏土心墙两侧反滤层材料的颗粒级配范围线（上、下包线）,配制了材料颗粒级配,并对其进行了4组渗透变形试验,获得了试验材料的临界坡降、渗透系数和渗透破坏形式。根据渗透试验结果和双层反滤结构,采用有限元数值方法对两层反滤料厚度的11种组合（厚度变化范围为0.5~2.5 m）的大坝渗流特性进行了模拟分析。结果表明:（1）反滤层的第一层粒度较细,包线内土料粒度由细变粗时,对渗透系数的影响较小,对临界坡降和破坏坡降的影响较大,且破坏类型由流土变为管涌形式;第二层反滤砂砾石颗粒较粗,且粒径5 mm以下细颗粒含量很少,渗透特性取决于粗粒材料的含量,为过渡型破坏类型。（2）当双层反滤层总厚度不变（厚度3 m）时,改变反滤层的厚度组合和粒度组合,对大坝单宽渗流量和心墙出逸点高程的影响较小。第一层反滤料厚度从0.5 m增加到2.5 m,心墙和反滤料的出逸比降均呈非线性增长,第一层反滤料出逸比降增幅为92.7%,第二层反滤料的出逸比降增幅为70.0%。第一层反滤料粒度变化比第二层反滤料粒度变化对心墙和反滤料出逸比降的影响小。（3）反滤层厚度保持3 m时,建议第一层反滤料厚度取1.0~1.5 m,相应地第二层反滤料厚度取2.0~1.5 m;粒度组成选取两层反滤料都靠近下包线位置,即粒度较粗为最优。     

瀑布沟砾石土心墙堆石坝施工期监测分析

以瀑布沟水电站砾石土心墙堆石坝施工期变形、应力监测资料为基础,对其主要监测断面的变形特征和应力分布进行了探讨.分析表明,心墙和堆石区最大沉降均位于1/3坝高上下;拱效应最强烈的部位也在1/3坝高处,与心墙坝壳沉降差最大的位置一致;孔隙水压力主要与土料含水量和施工进度有关.     

某槽挖式混凝土心墙结构应力应变特性研究

某水库工程拟在进行堆石料和过渡料填筑后再挖槽浇筑混凝土心墙.由于混凝土心墙高度达47.5m,心墙与周围土体的协调变位,以及蓄水后心墙内力分布是工程关注的问题.对5种不同刚度材料的心墙应力应变特征计算分析表明:不同材料心墙的最大沉降均出现在坝体中部高程附近,最大沉降量约-18.909 cm(占坝高40.5m的0.467％).柔性好的塑性混凝土与坝体协调变位最好,刚性混凝土C25心墙的坝体与心墙变形协调性最差.坝体及心墙应力极值随心墙模量降低而降低.刚性最大的C25心墙在覆盖层和基岩交界处应力值超标,拉应力最大值达到-6.0 MPa,呈现出显著的悬臂效应;而塑性混凝土变形协调性良好,心墙上下游面拉应力均小于-0.5 MPa,应力水平也最优.建议设计施工优先采用塑性混凝土方案,而若要采用C25混凝土作为心墙材料,则需要对心墙做好配筋设计.     

沥青混凝土心墙堆石坝有限元数值分析

基于邓肯-张E-B材料本构模型,采用大型通用有限元软件ADNIA,对某沥青混凝土堆石坝进行了应力变形有限元计算,以便研究其应力应变特性.并在计算结果的基础上对沥青混凝土心墙的邓肯-张材料模型参数杨式模量、凝聚力、体积模量等进行了敏感性分析.坝体有限元计算结果表明:坝体上、下游坝坡附近小范围内出现拉应力;坝体应力在心墙附近有突变,出现了拱效应;各参数的变化对心墙的应力应变影响程度不一,其中杨式模量K、杨式模量指数n属于高敏感性参数,而体积模量指数m为低敏感性参数.为确保大坝安全,在上、下游坝坡采取必要的护坡措施,同时在大坝填筑施工时应适当提高上、下游坝坡附近坝体的压实标准;为保证心墙的稳定安全,适当调整沥青混凝土的配合比,并根据试验计算调整心墙的变形模量,使之和过渡料的模量协调一致,尽量减小沉降差异带来的不利影响.     

瀑布沟高堆石坝应力变形分析

近年来,有很多专家学者对瀑布沟堆石坝进行了有限元分析,但都基于二维有限元分析和邓肯张E-μ模型,本文基于邓肯张E-B模型总结和选取了肯张E-B模型参数,建立瀑布沟堆石坝三维有限元模型,分析了其施工期和蓄水期应力和变形情况并和肯张E-μ模型计算结果做了对比分析。计算结果表明:大坝最大沉降和最大水平位移均发生在库水位蓄满期;心墙拱效应现象最强烈的位置大约在1/3坝高坝轴线附近,存在拱效应的部位心墙应力呈驼峰状分布,拱效应在坝体顶部很小,拱效应最大发生在心墙与高塑性黏土接触部位;对两种模型对比分析可知,两种模型计算结果相差不大,坝体变形和应力符合一般规律。     

砂卵砾石地基上的土石坝分区材料研究

云南青山嘴水库主坝为坐落在砂卵砾石地基上的砾石(黏)土心墙石渣坝。针对其筑坝材料的料源组成复杂、地基存在不均匀沉陷及地震液化问题等特点,对坝基砂卵砾石层进行强夯处理,防渗心墙采用砾石土料和黏土料两种防渗土料填筑,坝体采用以砂泥岩为主的夹砂砾岩、砾岩石渣料填筑;防渗心墙反滤层按保护两种心墙料要求设计,心墙下游坝基面按满足与坝体间的过渡关系设置水平反滤层,有效地解决了坝体和坝基的渗透破坏问题,使心墙防渗土料和坝基砂卵砾石层均得到保护,保证了大坝的渗透稳定性。工程于2009年投入运行,实测不同库水位情况下的主坝渗漏量变化和坝体累计沉降量均低于设计值,施工质量良好,运行情况稳定。     

分散性对心墙土料裂缝冲刷影响的试验研究

心墙土料的抗渗性对土石坝的渗透稳定性有非常重要的影响。利用室内渗透变形和裂缝冲刷试验，研究分散性对粘性土抗渗能力的影响，以及分散性、裂缝宽度对心墙土料在有反滤层保护下的抗冲刷性能的影响。结果表明，分散性对粘性土的渗透性几乎没有影响；分散性越强的粘性土，渗透破坏坡降越小；在合适的反滤层保护下，土料的分散性越强，裂缝土样的自愈合能力越强；裂缝宽度为2mm的土样自愈合能力较好。可见，在合适的反滤层保护下，分散性粘土具有较好的抗渗性能，可以作为土石坝防渗心墙的填筑土料。     

黄草岭水库大坝材料分区设计研究

云南黄草岭水库大坝采用粘土心墙风化料坝型式,为控制大坝施工填筑质量,对各分区筑坝材料进行抽检,取样进行物理力学性能指标试验。通过对填筑坝料试验指标研究发现,反滤料Ⅰ存在0.2~0.5 mm粒径段的砂料含量不足、碾压后渗透系数偏大的问题,不能满足施工要求。经配比试验后得到:反滤料Ⅰ在掺配占总重量30%~33%的沧江砂后,其颗粒级配曲线在设计包络线内,使心墙防渗土料得到很好的保护。所得结论可为大坝填筑施工提供依据,以保证防渗心墙具有较高的抗渗稳定性,为大坝设计的经济合理性研究提供参考。     

澄碧河水库土坝坝顶不均匀沉陷与安全运行分析

通过对澄碧河水库大坝混凝土心墙防渗效果和土坝变形观测资料分析认为:大坝混凝土心墙防渗作用显著,但坝体填土质量差是造成坝顶心墙两侧路面不均匀沉陷的主要原因,观测资料表明,大坝沉陷、水平位移符合土坝变形规律,大坝抗滑稳定安全。     

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.     

砾质土心墙料蠕变对坝体应力变形的影响

针对砾质土蠕变特性的研究成果较少,原因在于砾质土含有大量渗透性较低的细粒,大试样固结排水效果差,难以获得较好的蠕变试验成果。采用在砾质土大型三轴试样中钻孔灌砂以加速试样的排水固结的方法,进行了某高土质心墙堆石坝砾质土心墙料的蠕变试验,获得了砾质土心墙料的蠕变模型及参数,建立了高心墙坝的三维有限元模型,采用非线性有限元研究了砾质土心墙料蠕变特性对坝体应力变形的影响。研究成果表明:九参数幂级数蠕变模型能较好地描述砾质土的蠕变特性;上、下游坝壳的蠕变对心墙自身变形的影响较小,需要在坝体应力变形计算中考虑心墙料蠕变的影响;当心墙料的蠕变速率快于周围堆石体时,蠕变效应会进一步增加心墙拱效应,反之,蠕变效应会减小心墙拱效应。     

Numerical stress-deformation analysis of cut-off wall in clay-core rockfill dam on thick overburden

The cut-off wall in a clay-core rockfill dam built on a thick overburden layer is subjected to a large compressive pressure under the action of the loads such as the dead weight of both the dam and the overburden layer, the frictional force induced by the differential settlement between the cut-off wall and surrounding soils, and the water pressure. Thus, reduction of the stress of the cut-off wall has become one of the main problems for consideration in engineering design. In this paper, numerical analysis of a core rockfill dam built on a thick overburden layer was conducted and some factors influencing the stress-strain behaviors of the cut-off wall were investigated. The factors include the improvement of the overburden layer, the modeling approach for interfacial contact between the cut-off wall and surrounding soils, the modulus of the cut-off wall concrete, and the connected pattern between the cut-off wall and the clay core. The result shows that improving the overburden layer,selecting plastic concrete with a low modulus and high strength, and optimizing the connection between the cut-off wall and the clay core of the dam are effective measures of reducing the deformations and compressive stresses of the cut-off wall. In addition, both the Goodman element and the mud-layer element are suitable for simulating the interfacial contact between the cut-off wall and surrounding soils.