新疆大石峡特高土石坝设计安全控制指标研究

通过类比分析特高土石坝的经验与教训,结合大石峡已开展和正在开展的科研试验成果,文章从总体变形、坝体变形协调、渗流安全、地震震陷安全、结构和材料耐久性等稳定安全和结构安全2方面研究分析,提出了大石峡250m级特高土石坝设计安全控制指标,不仅有利于指导大石峡特高土石坝安全建设和运行管理,同时为补充完善特高坝设计的规范条文提...     

特高土石坝建设与安全保障的关键问题及对策

随着我国水资源利用进程的推进,一批建设条件和运行环境更加复杂、坝高200 m以上的特高土石坝正在建设或即将开工建设,这些高坝大库的顺利建设与长期安全事关国家经济社会发展和公共安全。分析了复杂条件下特高土石坝建设和长期安全保障面临的理论与技术挑战以及需要解决的关键科学与技术问题,提出了以下重点研究内容:通过筑坝粗粒料和坝体结构的多尺度试验、已建高土石坝运行性状反馈分析、先进数值模拟方法的发展等手段,分别从材料和结构层面,揭示特高土石坝粗粒料力学性质尺度效应、接触面变形与破坏机制、防渗系统服役性能演化规律,建立其长期安全评价理论体系,显著提升特高土石坝变形与渗流安全预测精度;通过新结构、新材料、新设备、新标准的研发,解决复杂河谷条件、恶劣气候条件下坝体结构和防渗系统变形协调与渗流安全问题,形成复杂条件下特高土石坝灾变防控技术体系;基于我国大型水库在线安全监测平台,通过引入先进的卫星遥感技术、制订安全评价标准等,构建特高土石坝安全实时监控与风险预警平台,实现对特高土石坝安全的实时监控、风险预警、信息发布和应急处置指导。从而为进一步提升我国特高土石坝建设水平和安全保障能力提供理论与技术支撑。     

特高土石坝超长距离变形监测技术研究

为研究适用于特高土石坝坝体内部的超长距离变形监测技术手段，分析了现有200 m级高混凝土面板堆石坝变形监测技术存在的问题，研究了水管式沉降仪、杆式位移计、管道机器人、柔性测斜仪等内部变形监测仪器的改进发展方向与应用实践。结果表明：所研究的监测技术可以适应特高土石坝超长距离变形监测需求。研究成果为250 m级至300 m级特高混凝土面板堆石坝的安全监测研究和改进方向提供技术参考。     

特高土石坝坝坡抗滑稳定安全判据和标准研究

现行《碾压式土石坝设计规范》仅适用于坝高低于200 m的坝坡抗滑稳定分析。本文在现行规范的基础上,采用历史经验模型和可靠度分析相结合的方法,针对特高土石坝正常工况和地震工况的安全系数标准展开研究。经论证:特高土石坝正常工况的安全系数标准宜设置在1.60～1.65之间,地震工况安全系数标准宜设置在1.30～1.35之间。结合我国在建或已建的12座特高土石坝,验证了上述安全判据的可行性,本研究成果可为新规范的修订和完善提供参考。     

某特高心墙堆石坝防渗砾石土料级配改良现场试验

针对某特高砾石土心墙堆石坝天然防渗土料粗粒含量偏高、细粒及黏粒含量偏低的缺陷，设计了级配筛分改良工艺。现场开展了大量级配改良试验，获得大量试验数据，通过分析成品土料获得率、对比天然土料与改良后成品土料级配，证明了筛分改良工艺对该工程防渗土料的级配缺陷改良效果是显著的，经过改良后的土料可以满足300m级特高土石坝设计要求。     

基于弹塑性模型参数反演的高土石坝地震响应预测

合理准确描述堆石料的力学特性是高土石坝地震响应预测和安全评价的重要前提。以特高心墙坝填筑期变形的监测结果为目标值开展了三维反演分析,获取了反映大坝真实状态的坝料广义塑性模型和邓肯张E-B模型的参数,探讨了两种本构模型描述高土石坝变形的精度,随后采用反演的广义塑性模型参数开展了高土石坝的地震响应预测及安全评价。结果表明：目前反演分析常用的邓肯张E-B模型无法兼顾竖向和水平变形,且反演参数无法用于动力分析;静动统一的广义塑性模型计算的竖向和水平位移均与实测结果吻合良好,并可直接用于大坝的动力响应预测。所建立的一整套基于弹塑性模型参数反演的高土石坝地震响应预测分析方法,可为高土石坝的安全评价和风险预警提供可靠的技术支撑。     

土工抗震60年研究进展与展望

本文论述了土工抗震学科的创立、发展和创新历程,并对汶川地震后土工抗震研究的新进展和主要成果进行了论述和总结,在此基础上对土工抗震学科今后的研究重点进行了展望。自汪闻韶院士1958年在中国水利水电科学研究院创立我国第一个土动力学试验室、开创我国土动力学和土工抗震学科以来,土工抗震学科在土体动力特性测试技术、土的液化机理及判别方法、土工振动台动力模型试验、土体真非线性动力本构模型、土石坝及地基抗震安全评价方法、室内外试验联合确定土体动力特性参数、土石坝及地基抗震设计理论(思想)和原则等方面取得了创新性和开创性的进展,奠定了我国土动力学和土工抗震研究的理论基础和领先地位。2008年汶川地震后,围绕高土石坝抗震的新需求,在高土石坝极限抗震能力分析方法、高土石坝地震破坏模式、高土石坝抗震减灾工程措施等方面取得了一系列新进展,逐步建立了室内试验和现场试验相结合、原型震害-数值模拟-物理模拟相结合、变形分析和稳定分析相结合、整体稳定分析和局部稳定分析相结合的高土石坝抗震安全评价体系。未来迫切需要开展复杂深厚覆盖层上高土石坝抗震关键技术,特高土石坝地震灾变行为与安全控制,基于性能的高土石坝抗震安全评价及灾害控制,水库大坝抗震监测预警、应急处置等方面的研究。     

围压对堆石料和砂砾料强度及变形特性的影响

大石峡混凝土面板砂砾石坝主要采用砂砾料和堆石料两种不同的筑坝材料,对上述两种粗粒土开展了不同围压下的大型三轴试验,对堆石料和砂砾料的强度及变形特性进行了对比分析。结果表明,在试验的孔隙率和相对密度条件下,上述两种材料基本呈应变硬化型,在低围压下剪胀、高围压下剪缩;相比砂砾料,堆石料强度、体变模量和剪切模量参数均较低,受围压影响更大。图4幅,表3个。     

高土石坝试验技术与安全评价理论及应用

我国是世界上高土石坝数量最多的国家,复杂建坝条件和恶劣服役环境下高土石坝建设和长期安全保障面临着严峻的技术挑战。简要介绍了近年来有关坝体粗颗粒料试验技术、坝基覆盖层原位测试技术、高土石坝离心机振动台模型试验技术、高土石坝溃坝离心模型试验技术、高土石坝安全评价以及灾害预测理论等领域的研究成果及推广应用情况。研发了高土石坝粗粒料力学性质试验设备,在深入揭示复杂荷载和变化环境下粗粒料力学性质演化规律及其对高土石坝变形影响机制的基础上,构建了粗粒料本构理论体系;研发了深厚覆盖层力学性质测试技术与分析方法,破解了多年来无法准确测定具有显著结构性深厚砂砾石覆盖层力学性质的技术难题;创建了高土石坝地震破坏灾变与溃坝试验技术与分析方法,用物理模型试验定量预测高土石坝地震残余变形及其发展规律;提出了高土石坝地震安全评价标准和极限抗震能力计算方法。研究成果已成功应用于紫坪铺、水布垭、吉林台、长河坝、糯扎渡、如美、大石峡、阿尔塔什以及马来西亚巴贡水电站等一批高土石坝工程,部分成果纳入相关设计规范与国家和行业标准。     

土石坝渗流安全监测技术及工程应用

立足于土石坝渗流安全监测技术的发展历程,重点介绍土石坝渗流安全监测系统、安全监测设计和监测资料分析等方面内容,从土石坝渗流安全监测技术的实际工程应用出发,研究土石坝渗流安全监测技术的发展前景.     

双江口水电站特高心墙堆石坝建设关键技术研究

双江口水电站300 m级心墙堆石坝是世界在建的第一高坝,在可研阶段开展了坝基覆盖层及筑坝材料特性、防渗土料改性、坝体结构型式及分区方案、抗震安全评价及抗震措施、智能大坝管控系统等一系列关键技术研究,取得了丰富的研究成果。而随着工程建设的推进和技术的不断发展,还需在河床覆盖层建基条件、坝体结构分区及坝料特性、特高土石坝长期变形特性、高海拔冬季土料冻融规律及大坝防渗土料施工措施、特高坝安全监测等方面的关键技术进行深入研究,以保证工程的科学建设。     

考虑坝体-地基接触效应的特高心墙堆石坝结构安全性研究

传统的土石坝结构计算分析中通常忽略坝体与基岩之间的摩擦滑动变形, 这与实际情况不符,坝体-地基接触摩擦效应对于修建在狭窄陡峻河谷区的特高坝表现尤为明显。采用三维有限元方法对修建在狭窄河谷区特高心墙堆石坝结构安全性进行了研究,研究中考虑了坝体-地基摩擦接触效应,模拟了水库蓄水、坝料湿化、流变等多因素共同作用下坝体结构力学行为以及坝体-地基接触位移演化过程。基于倾度法对坝体运行过程中可能的裂缝扩展区域进行了预测。研究得出:对于狭窄河谷上特高土石坝,坝体与地基的相对滑移较大,计算中应予以考虑。研究结论可为峡谷区特高心墙堆石坝设计提供技术依据。     

土石坝安全监测技术及安全监控理论研究进展

介绍了土石坝安全监测技术的发展过程,从土石坝安全监测资料的合理性、安全监测资料的数学模型、基于安全监测资料的土石坝结构性态反分析、土石坝安全决策支持系统等方面综述了土石坝安全监控理论的研究进展。指出了土石坝安全监测技术与安全监控理论研究的新方向。     

小型土石坝安全监测研究

在分析小型土石坝特点和安全监测现状的基础上,对小型土石坝安全监测中的几个问题进行了深入的分析探讨。以彭家峪水库安全监测设计为例,建议加强小型土石坝管理和安全监测工作,并根据工程具体情况进行监测设计和实施。     

丹江口水库蓄水试验期右岸土石坝安全监测成果分析

2017年秋季,利用丹江口水库来水偏丰的有利时机,在2017年9～11月底,开展了164 m和167 m两个阶段的蓄水试验。为了解右岸土石坝实际工作状况,评价其安全性,开展了右岸土石坝安全监测。研究了蓄水试验期间右岸土石坝各项监测数据,综合研判了右岸土石坝变形、渗压、渗流等性态。分析结果表明,右岸土石坝变形发展规律正常,整体工作性态正常,具备正常运用条件,可进一步抬高蓄水位。该项成果可为丹江口大坝加高工程安全运行和进一步抬高蓄水位提供技术支撑。     

复杂地震背景下新疆高土石坝抗震设计与应用实践

汶川地震后,国家颁布了新的地震动参数区划图和水电工程抗震设计相关规范。因此,针对新疆山区水库坝址区抗震设计烈度高、地质条件复杂的问题,为了更好的进行新的地震动参数区划、水电相关规范规定下高震区高土石坝的抗震设计和适应新颁地震区划条件下水电规范对老坝抗震复核的要求,结合近年来新疆高土石坝工程实践及国内外土石坝筑坝先进技术和经验,从高地震区动参数选取、坝体结构型式与坝料分区、防渗体结构、坝体压实与沉降变形控制、大坝抗震措施等方面对新疆高土石坝抗震设计和应用实践现状进行了系统总结,提出复杂地震背景下新疆高土石坝建设应遵循"稳、控、防、排"4字抗震设计理念进行抗震措施设计,并对新的地震动参数区划条件、新规程和规范要求下新疆高土石坝抗震安全评价及老坝抗震复核等工作中存在的问题进行了探讨,给出了相应的建议。对新疆土石坝抗震设计和应用实践的总结以及对新的条件和要求下新疆高土石坝抗震安全面临的问题的探讨和建议可为类似环境条件下的坝工建设提供技术借鉴。     

超200m级高土石坝坝坡稳定安全系数研究

随着土石坝筑坝技术的不断发展,建造的土石坝越来越高,但超过200 m高土石坝设计一直沿用只适用于低于200 m土石坝的现行土石坝设计规范,相关设计规范亟需完善。基于相对安全率理论计算了不同坝高、不同坡比和不同地震烈度工况下土石坝坝坡稳定安全系数,明确超200 m高土石坝坝坡稳定安全系数变化规律。取超200 m高土石坝坝坡稳定允许可靠指标4.2为标准值,计算了传统方法的相对安全率和可靠度方法的相对安全率,并对两者进行线性回归。结果显示,对于超过200 m高的土石坝,其坝坡稳定安全系数正常工况取值1.6、地震工况取值1.3,与允许可靠指标达4.2处于同一风险控制水平。     

基于监测反馈的土石坝实时安全评价系统开发及应用

我国水库大坝数量众多,其中土石坝占比高达81.77%,当前正面临新一轮大规模的安全评价和除险加固任务。现行常规方法的安全评价,任务重且重复率高,安全评价单位技术水平参差不齐,评价工作欠规范化,很难与水利信息化发展要求相适应,开发符合我国现行规程规范的水库大坝安全评价系统显得尤为迫切。开发的基于监测反馈的土石坝实时安全评价系统,具备土石坝监测信息自动采集与分析、土石坝实时性态安全评价、土石坝安全预警、实时安全评价报告自动生成、土石坝健康档案管理等主要功能,该系统能有效提高评价准确性、大幅降低评价工作量、实时掌握安全评价信息。     

坝高超200m土石坝坝坡稳定风险控制标准

随着土石坝筑坝技术的不断发展,建造的土石坝越来越高,坝高超过200 m的土石坝设计时一直沿用只适用于修建坝高低于200 m土石坝的现行土石坝设计规范,高土石坝设计规范亟需完善。基于相对安全率理论计算不同坝高、不同坡比工况下土石坝坝坡稳定安全系数,分析超过200 m高土石坝坝坡稳定安全系数变化规律。取超过200 m高土石坝坝坡稳定允许可靠度指标4.2为设计标准,计算传统方法相对安全率和可靠度方法相对安全率,并对二者进行线性回归,结果显示超过200 m高土石坝坝坡稳定安全系数正常工况取1.6与允许可靠指标为4.2处于同一风险控制水平,并通过工程实例验证了该坝坡抗滑稳定安全系数取值的合理性。     

高土石坝的抗震设防依据与选用标准

进入21世纪，我国西部大开发中的水利枢纽、水电开发和引调水工程综合投资巨大，拟建和在建高土石坝处于高地震、深覆盖和高陡边坡工程环境，抗震安全问题尤为突出。在此根据已建工程抗震经验，论述复杂地震地质背景条件下高土石坝的抗震设计依据和安全状态；现行水工建筑物抗震设计标准的适用性；以及提高土石坝抗震性能的技术途径等问题。供探讨与参考。