高拱坝谷幅变形特征及影响因素分析

针对我国一些高拱坝蓄水后出现谷幅收缩现象,影响大坝工作性态和长期安全的状况,基于国内某高拱坝的谷幅变形监测资料,全面分析了谷幅变形的时空分布规律,并通过建立谷幅变形多元回归模型,对各条测线的谷幅变形过程进行了回归分析,分离出谷幅变形的主要影响因子。在此基础上,结合坝址区特定的工程地质和水文地质条件,对谷幅变形的影响因素进行了分析。结果表明,谷幅实测变形中库盘水压面载引起的变形分量、库水位滞后效应分量以及气温分量较小,大多数为时效变形;在特定的水文地质条件下,蓄水后渗流场演变过程中岩体应力的不断变化调整可能是谷幅收缩变形的主要诱发因素。     

特高拱坝谷幅变形自动化监测系统研究实现

谷幅变形监测对于深山峡谷中的特高拱坝十分重要，行业内常用的谷幅变形观测方法为人工全站仪测量，该方法观测效率低、投入成本高。为探索一种低成本、高效率的谷幅变形自动化监测方法，本文以某特高拱坝两岸谷幅为例，研发了一套特高拱坝谷幅变形自动化监测系统。该系统应用自动测量机器人、高精度激光测距传感器和温湿压传感器，通过两种测距设备同步开展现场安装、调试和自动运行测量。其观测频次可任意设置，测量方法简单，经过气象改正和数据处理后，测量精度可达1mm+1ppm，满足谷幅变形监测的精度要求，对类似工程具有推广应用价值。     

考虑谷幅收缩变形的高拱坝多源信息融合安全评判

水库蓄水过程中诱发的谷幅收缩变形对高拱坝结构的安全性有直接影响。为了评判谷幅收缩变形条件下的拱坝安全状态,以我国西南地区某高拱坝为例,首先,建立坝体变形监控模型,研究坝体变形与谷幅收缩变形的联系;在此基础上,融合大坝安全监测多源信息,构建了考虑谷幅收缩变形指标的大坝安全多源信息融合评判模型,采用云模型与D-S证据理论相结合的方法来评判大坝的安全性。基于监测数据由云模型求得的隶属度来确定大坝安全评价指标基本概率分配的方法,克服了传统方法主观性较强的缺点,结合D-S证据理论融合各监测指标基本可信度对大坝安全进行综合评判。结果表明,谷幅收缩变形可能是坝体倾向上游变形的主要原因,模型评判结果为大坝处于“基本正常”状态,与该高拱坝的实际情况基本相符,说明采用云模型求得的隶属度来确定大坝安全评价指标基本可信度分配的方法合理可行。     

岩体劣化对谷幅变形及高拱坝安全性的影响

拱坝建成蓄水后，水环境的变化会引起坝址区岩体力学性能的改变，进而引起谷幅收缩，影响大坝安全。针对锦屏一级拱坝蓄水初期出现的地基异常变形现象，基于岩体遇水劣化规律和非饱和渗流-应力耦合基本理论，建立岩体遇水劣化模型，采用非线性有限元数值分析方法，研究蓄水初期库区岩体劣化下的谷幅变形规律，进一步分析谷幅收缩对坝体结构的影响。研究表明：库岸岩体劣化对谷幅变形产生直接影响；岩体劣化程度越高，谷幅收缩越明显，坝体上游消落带区域的谷幅变形最为突出；随着水位升高，库岸岩体劣化范围扩大，坝体的最大顺河向位移、最大主拉应力和最大主压应力略有减小。因此，锦屏拱坝蓄水后由岩体劣化造成的谷幅变形不会影响坝体的整体安全。     

考虑非饱和渗流的谷幅变形对高拱坝影响分析

蓄水初期谷幅变形对拱坝当前工作性态和长期安全状况的影响是坝工界和学术界面临的新课题。针对我国锦屏一级拱坝蓄水期间出现的谷幅收缩问题,基于非饱和渗流分析理论,采用非线性有限元数值分析方法,通过对裂隙岩体吸湿曲线进行敏感性分析,研究了非饱和渗流过程中的谷幅变形规律,并分析了谷幅变形对大坝位移和应力的影响。结果表明:在非饱和渗流场作用下,两岸边坡向河谷中心变形,且上游比下游的谷幅变形值大。随着水位的升高,谷幅变形值不断增大,当渗流场达到饱和时谷幅收缩值最大。在非饱和渗流过程中坝体位移和应力的分布规律基本保持不变,但随水位的升高坝体最大顺河向位移和最大主压应力略有减小,最大主拉应力略有增加。谷幅收缩对坝体产生挤压作用,导致坝体最大顺河向位移减小,最大主拉应力由坝踵向坝肩上游侧转移,下游面高压应力区向拱冠梁中部扩展,且饱和渗流场对拱坝位移和应力的影响比非饱和渗流场明显,但渗流场作用的谷幅变形对坝体位移和应力的改变有限,不会影响坝体的整体稳定性。     

某混凝土拱坝异常变形规律原因初探

根据原型监测资料,某混凝土拱坝在蓄水之后出现异常的倾向上游的变形。为查找原因,同时考虑该拱坝所面临的谷幅收缩问题,拟基于考虑谷幅收缩变形影响的时效因子建立坝体变形监控模型,并与常规的监控模型对比,结果表明:基于考虑谷幅收缩影响的预置时效因子所建立的监控模型更为合理;温度作用对坝体变形的影响较小;水压荷载的综合作用效果是使得坝体倾向下游变形,仅因水位抬升消落变化造成水压变形分量的大小存在波动;在谷幅持续收缩的条件下,拱坝坝体受到了两岸坝肩岩体对其显著的挤压作用,这很可能是坝体倾向上游变形的主要驱动力。     

谷幅变形对白鹤滩水电站反拱底板水垫塘应力状态的影响分析

目前,国内外一些高拱坝工程在蓄水后已有谷幅变形的现象产生,谷幅变形不但影响拱坝性态变化,已有实例还表明其可能影响到下游消能建筑物的正常运行。为分析谷幅变形对白鹤滩水电站消能建筑物运行状态的影响,运用边界位移法进行有限元分析,模拟不同谷幅变形量作用下反拱底板水垫塘无水检修工况及正常运行工况的应力状态,分析弹性结构缝的不同布置方式对水垫塘在谷幅变形作用下应力状态的影响。结果表明：随着谷幅变形量的增加,水垫塘的应力也不断增大;当水垫塘顶部的谷幅变形量不大于50 mm时,无缝结构水垫塘的安全是可控的,且蓄水可以减小谷幅变形对水垫塘结构不利应力的影响,设置弹性结构缝可能会增大其不利应力。     

谷幅(弦线)变形监测自动化系统研究——以李家峡水电站为例

为分析谷幅(弦线)变形监测自动化系统的可靠性,利用李家峡水电站谷幅(弦线)自动化采集数据,使用最小二乘法分析日均谷幅(弦线)变形值,得出该谷幅(弦线)自动化采集数据的精度可满足1 mm+1 ppm的监测需求,该自动化系统可为拱坝谷幅(弦线)监测提供可靠的数据支持。     

谷幅收缩变形对高拱坝结构的影响分析

本文通过三维有限元方法,结合溪洛渡工程资料,并采用子模型方法研究了谷幅收缩变形对高拱坝结构的影响.考虑了不同谷幅收缩模式在正常蓄水位和死水位两种工况下,对71.73cm谷幅收缩变形作用和预测极限谷幅收缩作用下,溪洛渡高拱坝结构的应力和变形状态进行了研究.研究结果表明,大坝结构的应力分布规律、应力状态、应力极值大小以及拱...     

溪洛渡特高拱坝蓄水初期工作状态评价

本文对溪洛渡拱坝蓄水阶段原型监测成果进行归纳总结,论术了监测数据的同步性、连续性、规律性和收敛性特征,初步评价了大坝的运行状态,基于数值仿真反馈分析,研究了大坝受力变形特性的机理,重点阐述了拱坝库盆沉降、上部谷幅收缩效应,分析了坝踵压应力的合理性。结果表明:溪洛渡拱坝初期蓄水期拱坝变形与水库水位变化过程一致,连续变化且符合客观规律,整体时效变形呈现收敛态势;由于溪洛渡特殊的地质条件,库盆压力对大坝变形影响较大,但不影响整体安全稳定;拱坝应力分布良好,坝肩推力在坝基内扩散明显,处于可控状态。综合分析认为,溪洛渡拱坝蓄水过程安全可靠。     

混凝土拱坝坝踵张开、不对称变形性态分析

拱坝坝踵混凝土与基岩之间的结合状况,以及接触面附近基岩内裂隙的闭合状况,直接关系到拱坝渗流和结构的安全,工程实例和分析表明,宽谷拱坝坝踵比较容易出现张开现象,避免水位和温度的不利组合,对防止坝踵张开具有重要作用。拱坝切向不对称变形趋势是判断拱坝整体工作状况是否正常的重要依据,若不对称变形呈发散型增大变化,很可能坝体、坝基已遭受损坏,需引起高度重视,应结合其它监测信息综合评判,采取必要措施,防止灾害性事故发生。     

基于原型监测资料的特高拱坝变形实时风险率模型

混凝土坝风险率分析模型通常基于结构极限状态功能函数对单个监测点一维时间序列建模,未考虑变形监测点之间的相关性及多重共线性问题.基于原型监测资料,考虑各分区所有测点的相关性及不同分区变形之间的协同性,引入面板数据理论对特高拱坝监测点进行聚类分区,在拟定单测点风险率函数的基础上,提出计算特高拱坝变形分区单测点实时风险率的方...     

狭窄河谷中的高面板堆石坝长期应力变形计算分析

根据已建面板堆石坝的竣工后沉降变形规律和室内大型三轴流变试验结果,提出了堆石体长期变形流变模型.对建设在狭窄河谷中的九甸峡混凝土面板堆石坝进行了三维应力变形分析,考察了三维效应、堆石体流变等因素对大坝长期应力变形特性的影响.结果表明,狭窄河谷岸坡对坝体存在拱效应,减小坝体应力,同时,由于右岸坡度缓于左岸,右岸侧坝体较左岸侧存在更大的朝向河谷中心的位移.拱效应也阻碍了面板的弯曲和沉降变形,使靠近岸坡的面板接缝拉开和错动,并可能导致河床段面板中上部发生挤压破坏.坝体流变变形增大了面板挤压破坏的可能性.库水推力导致面板在挠曲的同时发生顺岸坡向拉伸,坝体的后期流变变形则可减小或改变面板的拉伸状态.     

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。     

氧化镁混凝土拱坝的宏观变形

在整理三江拱坝等氧化镁混凝土拱坝工程长达十年之原型监测资料的基础上,结合拱坝在库水、空气、地基等边界条件下的实测温度,讨论拱坝的温度场及温度作用。同时,三江拱坝的正倒垂观测资料表明,全坝混凝土外掺氧化镁后使拱坝产生了类似于温升作用的变形效果,在宏观变形上进一步验证氧化镁混凝土的膨胀效应,并从拱坝宏观变形的角度讨论了混凝土外掺氧化镁后的工程意义。     

基于改进粒子群优化算法的施工期拱坝结构性态反演分析

针对施工期拱坝坝体变形的特点,建立了施工期拱坝坝体变形特殊安全监控模型,对坝体变形中的水压分量进行提取。采用改进的粒子群优化算法对拱坝反问题最优控制解模型进行优化计算,以此完成施工期拱坝结构性态的反演分析。以某拱坝为例,对该拱坝施工期的结构性态进行反演分析。结果表明,坝体变形反演的相对误差均在2%以内,由此验证了所提出方法的可行性。     

特高拱坝运行初期变形监测预报模型及构建方法

针对特高拱坝运行初期温度场的非稳定性和时效的非单调增长性,发展变形监测和预报模型,并提出构建方法。通过主成分上的分层聚类法选取代表性温度测点,将其实测值作为温度变量,引入包含徐变及其恢复项的时效变量表达式,论证其表达谷幅变形的能力。进而考虑库水位、实测温度、组合时效等变量,应用增强回归树方法提出特高拱坝运行初期变形监测和预报模型,并通过后向消减变量建立优化模型。分析各变量对变形的边际效应,得出相对影响,借助部分依赖图,辨识变量间相关关系及其对坝体变形的影响规律,揭示变形机制。将该模型应用于某特高拱坝,验证该模型的可行性和有效性;并将结果与支持向量机、多元回归模型进行对比分析,得出该模型具有显著的优越性。