超高心墙坝非稳定渗流三维有限元分析

水库蓄水和放空过程对土石坝渗流安全产生重要影响,300 m级超高心墙坝渗控方案是筑坝关键技术难题之一。结合300 m级砾石土心墙堆石坝工程,通过建立整体三维有限元模型,模拟大坝运行过程中水库蓄水和放空过程,分析库水位变化条件下心墙等区域的浸润面和渗透坡降变化,研究水位变化速率对坝体渗透稳定性的影响。数值模拟结果表明,蓄水时随着库水位的升高,自由面在心墙内形成陡降并自上游侧向下游侧不断发展。蓄水历时越短、水位上升速率越快,心墙内形成的浸润面越陡。放空时随着库水位的下降,心墙内水位下降有所滞后,自由面在心墙内形成凸形面。放空历时越短、水位下降速率越快,心墙内形成的凸形浸润面落差越大。     

填料分层对砂砾石坝渗流场的影响

利用非饱和土渗流理论,对沟后混凝土面板砂砾石坝进行瞬态渗流数值模拟。通过对均质坝体和坝料明显分层后坝体的渗流场进行对比分析,研究了两种情况下坝体渗流场随时间的变化特性以及水力参数的分布特性。指出填料严重分层后对坝体渗流场的影响以及对坝坡渗透稳定性的不利影响。     

高面板砂砾石坝堆石料力学变形特性及坝体分区研究

随着高混凝土面板砂砾石坝坝高的突破，坝体内部高应力区和坝坡、坝顶低应力区的应力差别增大，而不同应力条件下砂砾石料和块石料的力学特性存在较大差异，将影响着坝体分区及变形安全。开展砂砾石料和块石料三轴力学试验，研究不同应力条件对其力学变形特性的影响；在此基础上根据坝体应力分布特征，研究高混凝土面板砂砾石坝坝体分区。研究表明，在低围压条件下，块石料的模量系数大于砂砾石料；随着围压增加到一定程度，块石料颗粒破碎导致模量系数大幅降低，远小于砂砾石料的模量系数；为充分利用两种堆石料的力学变形特性，加强高面板砂砾石坝坝体变形控制，坝体内高、低应力区应分别采用砂砾石料和块石料填筑，提出一种基于坝体应力分布特征的坝体分区准则和优化调整方法；最终推荐一种块石料半包砂砾石料的坝体分区型式，提高了高混凝土面板砂砾石坝的综合安全性。     

考虑水位频动影响的周宁坝址区边坡运行期稳定性分析

受运行期水位频繁变动条件影响,库岸边坡将经历十分复杂的应力-渗流耦合作用过程。以周宁抽水蓄能电站为研究对象,采用基于Biot理论的FLAC3D程序的应力-渗流耦合方法分析和预测库岸边坡在运行期的变形特征和稳定性条件,除水位频动条件外,还同时考察了岩体固体骨架、矿物质颗粒和水的可压缩性的影响。分析结果表明,运行期水位频动引致的库岸边坡岩体的最大变形及收敛变形分别不超过4 mm和1 mm,且变形方向总体指向边坡坡内,可维持较好的稳定性条件。为相关分析研究周宁抽水蓄能电站提供方法和决策依据。     

排水能力对砂砾石筑坝料反滤性能的影响研究

排水能力是砂砾石料反滤设计中的一个重要指标,当前基于太沙基反滤准则的排水关系仅考虑保护料和被保护料之间的级配关系而忽略了排水能力对砂砾石筑坝料反滤保护的影响,通过室内渗透试验、渗透变形及反滤保护试验分别研究了有、无反滤层保护下砂砾石料的抗渗透破坏能力,结果表明：由于等量替代法未改变缩尺前后砂砾石料级配中5 mm以下细料含量,缩尺后渗透试验成果可以近似反映原级配砂砾石料的排水特性。砂砾石料抵抗渗透破坏的能力与渗透系数成反比,渗透系数则与相对密度值成反比,随相对密度变化,有可能改善或者恶化保护料对被保护料的排水能力。除级配特征外,在坝体砂砾石料的反滤排水设计中,还应考虑相对密度对渗透性的影响,以合理确定保护料和被保护料的排水能力。排水能力越强,保护料对被保护料的反滤效果越强,但排水能力在一定范围内即可满足反滤设计对排水性能的需求,过高的排水性对反滤能力的提升作用有限。可采用半对数曲线来大体反映滤土性相同条件下排水能力对反滤关系的影响规律。     

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。     

西藏某水库工程土石坝稳定性分析

以西藏某水库工程碾压式沥青混凝土心墙坝为研究对象,利用STAB软件,分析了该工程土石坝稳定性与坝体材料参数的敏感性,结果表明,库水位骤降情况下坝坡稳定系数较低,其他工况基本满足规范要求;在对坝体材料力学参数进行90%折减后,坝坡稳定系数相应降低,有多重工况基本不满足规范要求,建议进一步合理设计坝坡坡角,并严格控制施工质量。     

土石坝失稳的尖点突变模型与临界条件

土石坝是一个复杂的非线性系统,其失稳过程的力学行为是一个不可逆的非线性动力学演化过程。根据土石坝的特点,应用突变理论,建立了一个考虑坝体材料应变软化效应和水致弱化效应的尖点突变模型,通过对模型进行平衡分析,获得了坝坡失稳的力学判据。通过对失稳判据的分析得出,土石坝发生突变失稳的必要条件,取决于坝体材料特性、库水位及库水位变化情况,高洪水位或由高水位骤降时因坝坡上部材料刚度降低而容易发生突滑失稳,是坝坡稳定的控制工况。最后,根据系统突变条件得出了坝坡失稳的临界位移和临界几何—力学参数,为土石坝稳定分析和安全评价提供新的途径。     

宽围压加卸荷条件下特高坝填筑料强度变形研究

开展大型三轴试验,系统研究了特高坝堆石料和砂砾石填筑料在宽围压加卸荷条件下的强度变形特性.结果表明:相比堆石料,砂砾石料在低应力条件下的强度低,采用砂砾石填筑的大坝应防止坝坡浅层失稳.围压对强度指标和邓肯模型变形参数均具有重要影响,对于特高土石坝,宜根据应力分布情况分段采用不同的强度指标和变形参数,以提升坝体结构应力变...     

某黏土心墙砂砾石坝安全监测及工程性状分析

介绍了某黏土心墙砂砾石坝的安全监测成果。由于主坝左坝肩边坡陡峭,是该工程的重点薄弱部位,特采用TS型位移计和GKD型孔隙水压力仪观测防渗心墙与岸坡混凝土接触部位的变形和渗流状态。监测成果表明,尽管该大坝的边坡满足规范要求,但仍在左坝肩心墙与混凝土垫层接触面出现了较大的变形和渗流异常,因此,认为在进行心墙坝的岸坡坡度设计时,除了应满足规范要求外,确定什么样的边坡可以防止因防渗心墙的不均匀沉降而致产生裂缝应作专门研究,应加强心墙重点部位的渗流观测,在进行黏土心墙坝的有限元计算时,对施工期和蓄水期应分别选用非饱和及饱和两套土性指标。     

金佛山沥青混凝土心墙坝二维渗流计算分析

渗透水流将会对土石坝的坝体以及坝基渗透破坏产生巨大的危害性。本文依托金佛山水电站工程,根据沥青混凝土心墙堆石坝方案的地质条件及渗流控制特点,建立了平面有限元计算分析模型,模拟了坝体和坝基在不同水位组合条件下的渗流场,重点研究了其渗透破坏的可能性,并且对防渗帷幕和坝基渗透系数的敏感性进行了分析。计算分析结果表明:各种水位组合下,沥青混凝土心墙及防渗帷幕起主要的阻水作用,防渗帷幕的水力比降较大,其安全稳定性需要重视。渗流场分布对防渗帷幕及坝基渗透系数不敏感,而渗流流量相对敏感。     

某土石坝安全计算分析与评价

本文针对某高土质心墙堆石坝进行了渗流、稳定和应力变形分析。结果表明,坝体、坝基的渗漏量和渗透比降很小,浸润线位置也很低;各工况坝坡最小安全系数均达到规范要求;各工况坝体小主应力均大于0,应力水平小于1,心墙在蓄水期和运行期不会产生水力劈裂,大坝结构设计和坝料设计合理,大坝整体安全可靠,但防渗墙和廊道应力较大,需加以注意。     

茨哈峡水电站垫层料与过渡料联合抗渗试验研究

对于天然砂砾石料作为筑坝料的超高混凝土面板堆石坝工程,其坝体各分区料联合抗渗稳定性对坝体安全性十分重要。研究采用自主研制的高水头大型渗透试验设备,对茨哈峡水电站原级配砂砾石填筑料的垫层料与过渡料进行联合抗渗试验;监测各分区填筑料的渗流特性演变过程,总结了垫层料与过渡料筑坝料联合抗渗试验的演变基本规律,验证过渡料对垫层料的反滤保护作用,为茨哈峡水电站坝体填筑料的级配设计优化、渗透稳定安全性的论证提供了数据参考。     

土石坝渗流的分析

利用有限元程序建立坝体模型,对土石坝的渗流现象受阻水材料影响程度进行分析,采用稳态流方式,对土石坝体心墙尺寸变更、截水墙深度、有无滤层考虑的条件下进行模拟分析,结果显示土石坝心墙、截水墙阻水材料的设置、阻水材料的渗透性系数都会对土石坝的渗流量、坝体内水头分布产生影响。     

大石峡砂砾石坝料渗透特性及其影响因素研究

利用试样截面尺寸为1000 mm×1000 mm的超大型渗透仪和Φ300 mm的常规大型渗透仪,针对大石峡面板坝筑坝砂砾石料的渗透特性开展了较为系统的试验研究。结果表明:砂砾石料小于5 mm细粒含量对其渗透系数、抗渗透破坏能力及其破坏模式均具有重要影响;经过缩尺的砂砾石料渗透特性试验结果将高估原型料的排水性能和抗渗透破坏能力;试样尺寸越大,在振动压实制样过程中,砂砾石料中细颗粒离析至试样表面的现象越严重,为提高试验结果的可靠性,利用超大尺寸渗透仪开展试验时,应模拟现场砂砾石料实际振动碾压过程进行制样;大石峡高面板坝筑坝砂砾石料小于5 mm细颗粒含量较高,渗透系数偏小,有必要在垫层区和主堆砂砾料区之间设置过渡反滤区,以提高垫层区料的抗渗透破坏能力。     

三峡茅坪溪高沥青混凝土心墙堆石坝运行性状研究

茅坪溪防护坝是三峡工程的副坝,也是目前中国最高的沥青混凝土心墙坝.分析该坝在三峡库水位135 m时的变形规律,据此对坝体填料的参数进行反分析.在此基础上对设计水位175 m时及不同水位下,高沥青混凝土心墙的应力与变形进行非线性有限元数值仿真,并研究沥青混凝土参数取值对心墙运行性状的影响.采用双曲函数与幂函数结合的模式拟合沥青混凝土的三轴蠕变试验曲线,对大坝进行蠕变分析.分析结果表明,考虑蠕变效应,心墙的水平变形与最大主应力将有较大的增加.研究结果同时也表明,不同蓄水过程对心墙性状的影响不大,心墙产生水力劈裂、剪切破坏与挠曲破坏的可能性不大.研究结果可供大坝蓄水计划参考,并为高水头下高沥青混凝土心墙坝的运行提供一定的参考.     

混凝土坝体防渗墙对坝坡稳定影响的有限元研究

在国内大规模实施的土石坝除险加固工程建设中,封闭式坝体混凝土防渗墙得到了大量应用,而关于土石坝除险加固工程中增建混凝土防渗墙后是否对坝坡稳定产生影响的研究较少,工程设计上也很少考虑。由于土石坝中建设防渗墙后,坝体的渗流场和应力场均会发生改变,因而也必然会对坝坡稳定产生影响。本文通过依托大型非线性有限元软件ABAQUS,运用有限元强度折减法计算,对增建防渗墙前后的上下游坝坡稳定安全系数进行比较分析,探讨防渗墙对坝坡稳定的影响机理和规律,并对计算收敛、土体位移、塑性区贯通等3种失稳判据的分析结果进行比较,说明各评价标准的差异、合理性及其适用性。通过上述分析可得:建设防渗墙一方面对于坝体渗流场具有明显的截流作用,另一方面可以提高下游坝坡稳定的安全系数,从而可以提高土石坝坝体的整体稳定性。本文的研究结果对实际工程中防渗墙的设计应用及工程运行管理具有重要意义。     

粘土心墙坝施工工艺及质量控制

在水利工程中,黏土心墙坝是一种比较常见的防渗型式,对于一般的心墙,可以采用细砂进行反滤,当过滤料填筑后,就可以采用其他的砂砾石坝填筑,它的优点主要是可以充分利用当地的天然建筑材料,而且筑坝的材料来源的非常方便、直接,能够就地取材,具有良好的防渗效果,还具有地基变形的能力。下面我们就浅议一下粘土心墙坝施工工艺以及质量控制的问题。     

坝肩变坡引起心墙裂缝和水力劈裂的离心模型试验研究

受地形条件的制约,坝肩变坡在土石坝工程中经常出现。坝肩变坡不但会引起心墙裂缝,还会影响坝体的抗水力劈裂能力。结合某高心墙堆石坝工程,进行了相关离心模型试验研究,并对结果进行了计算分析。结果表明：坝肩变坡会使心墙产生不均匀沉降,发生横向裂缝;压实度影响着心墙的不均匀沉降程度,制约着横向裂缝的形态;存在坝肩变坡的心墙在固结中会形成局部低应力区,快速蓄水时有发生水力劈裂的可能。     

严寒、高震、深覆盖层混凝土面板坝关键技术研究综述

自 20 世纪 90 年代以来,新疆的水库建设已从平原水库转入山区水库建设,以混凝土面板砂砾石坝为主要的当地材料坝,得到了迅速发展。新疆于 20 世纪 70 年代末,开始引进混凝土面板坝筑坝技术,采用天然砂砾石填筑百米级高坝,是区别于一般面板堆石坝的主要特点。针对严寒地区、深覆盖层、高地震区等不良环境地质条件,全面总结基础上系统地建立了混凝土面板砂砾石坝筑坝关键技术体系,阐述了在抗震结构设计、坝体变形控制、坝体渗流控制等方面取得的创新突破,研究指出施工工艺的不断改进,大型机械压实功能的不断增强,为该坝型推广应用和安全性能提高,提供了重要的技术保障。对于提高混凝土面板砂砾石坝建设和运行管理水平具有重要意义。