溪洛渡拱坝蓄水期谷幅变形驱动机制研究

溪洛渡谷幅变形的产生机制尚存在争议,是当前工程界的难点问题。通过对锦屏一级及溪洛渡谷幅变形典型案例的对比分析,认为溪洛渡谷幅变形具有大量值、大范围和整体性的特点。以变形加固理论的弹塑性方法作为黏塑性方法的近似,引入孔隙弹塑性有效应力,结合溪洛渡库区的水文地质构造背景,计算结构塑性变形的驱动力——不平衡力,研究水库蓄水后控制溪洛渡谷幅变形的关键位置。研究结果表明,水库蓄水后孔隙压力增加引起的不平衡力主要集中在河谷底部的玄武岩层内和层间错动面中,可驱动岩体沿结构面产生大范围变形,这可能是控制溪洛渡谷幅变形的主要机制。     

基于承压含水层水力响应的溪洛渡水电工程区谷幅收缩变形预测研究

溪洛渡高拱坝位于一个向斜盆地内,区域水文地质的一个典型特征是盆地内下覆有一个完整延伸的阳新灰岩承压含水层。水库蓄水以来上下游库岸边坡发生了明显的谷幅收缩变形,主要是由于水库蓄水引起承压含水层孔隙水压力增加,从而引起灰岩地层因有效应力减小而产生膨胀,以及相对隔水层底板扬压力增加所引起的。基于承压含水层水力响应规律,建立了谷幅收缩变形反演及预测的解析模型,分别预测了在变形速率小于0.01,0.001mm/d两个收敛准则下的谷幅收缩变形收敛时间以及收敛值。所建立的反演预测模型能够较好地重现谷幅收缩变形历时曲线,反映出谷幅收缩变形与库水位变化具有高度的相关性。模型预测结果显示,溪洛渡水电工程的谷幅收缩变形已趋于收敛。     

白鹤滩拱坝谷幅变形预测及不同计算方法变形机制研究

中国已建成的特高拱坝如溪洛渡、锦屏一级等,在初期蓄水过程中均表现出了谷幅收缩的异常现象。而拱坝是高次超静定结构,对坝基变形尤其是不均匀变形非常敏感。从有效应力改变和岩体材料泡水弱化这一谷幅变形机制和边界施加位移这一计算手段出发,利用弹塑性有限元方法,计算并预测白鹤滩拱坝在初期蓄水过程中可能产生的谷幅变形,并分析了谷幅变形对大坝位移和应力的影响。结果表明:两种方法的计算结果相差很大;从有效应力改变和岩体材料弱化角度出发,白鹤滩拱坝两岸山体可能产生的最大谷幅收缩不大于40mm,且该谷幅变形不会很大程度上降低拱坝的整体稳定性,只是使坝体产生了新的应力集中区。而拱坝对施加边界位移具有很强的超载能力,但谷幅收缩对坝体应力的影响极小。对比发现,坝基不均匀变形是影响拱坝应力的关键因素。     

渗流场作用的地基变形对高拱坝结构的影响

通过三维有限元方法进行了溪洛渡拱坝渗流场分析,并采用增量荷载法研究考虑了渗流场通过地基变形作用于高拱坝结构的影响。结合溪洛渡工程,研究了渗流场对高拱坝地基变形的影响,包括横河向和顺河向两方面。对比蓄水前后,采用增量荷载法,研究地基变形增量对高拱坝结构应力和变形的影响及大小。研究成果初步表明渗流场是影响溪洛渡拱坝监测资料反映的径向往上游变形的影响因素之一,后续将深入研究岩石与水力学作用,分析和掌握因水库蓄水而产生的各类荷载以及岩石力学性质的变化,最终明晰高拱坝结构变形机理和真实工作状态。     

高拱坝谷幅变形机制及非饱和裂隙岩体有效应力原理研究

蓄水期谷幅变形影响着高拱坝当前工作性态和长期安全状况,但拱坝设计方法中尚没有相关的评价标准。首先总结蓄水期高拱坝坝址谷幅变形规律和常规数值方法计算的难点。从裂隙水压力的作用规律出发,在弹塑性模型屈服函数中引入静水压力,并应用于锦屏一级拱坝蓄水期计算分析。计算结果与监测值符合良好,初步解释谷幅收缩等坝址区山体变形现象。探索蓄水初期裂隙岩体的细观变形机制,提出非饱和、非贯通裂隙岩体中的有效应力原理。结果表明,裂隙水压力改变岩体平衡状态,是蓄水后坝址区岩体产生塑性变形的主要驱动力。     

高拱坝蓄水期谷幅时效变形机理分析

针对国内某高拱坝工程蓄水期间出现的谷幅收缩问题,分析了谷幅变形监测资料,获取了谷幅变形的时空分布规律。在此基础上,通过建立谷幅变形的统计回归模型,对各个监测点的谷幅变形过程进行了回归分析,分离出库盘水压变形分量、气温变形分量及时效变形分量。基于回归分析成果,采用有限元方法研究了库盘水压以及渗流场变化过程中所引起的渗流力作用、基岩温度变化、材性变化以及有效应力降低等因素对谷幅变形的影响。结果表明,渗流力和基岩温度变化会引起一定的谷幅收缩变形,但变形量值和变形规律与实际不符,并非拱坝谷幅变形的主要诱发因素。谷幅变形主要是由近坝区水文地质条件的改变所触发的岸坡蠕变变形,数值模拟的谷幅变形过程与实测结果吻合较好。     

考虑非饱和渗流过程的岩体变形规律分析

蓄水初期谷幅变形异常是我国特高拱坝面临的新问题,考虑岩体从非饱渗流和到饱和渗流转变过程中的变形机制亟待研究。基于岩体从非饱和渗流到饱和渗流的过渡过程,推导岩体在非饱和渗流–应力耦合作用下的控制方程,建立非饱和岩体水力耦合模型,并应用于圆柱试件和边坡入渗过程的变形分析。结果表明:岩体从非饱渗流和到饱和渗流转变过程中,饱和度的改变是引起岩体变形的重要因素之一。研究成果对揭示特高拱坝蓄水初期坝体及山体异常变形机制具有重要的指导意义。     

锦屏一级拱坝左岸边坡长期变形对坝体影响研究

我国已建成的特高拱坝逐渐由设计施工期过渡到蓄水运行期,其试验及监测成果表明,开挖、蓄水等扰动将加快拱坝枢纽区山体边坡的流变变形,这些长期变形对拱坝安全构成严重威胁。提出岩质高边坡长期变形对拱坝安全的影响分析方法,采用黏弹–塑性流变本构模型,计算锦屏一级左岸边坡在运行期的长期变形。以此变形为基础,引入极限分析的思想,提出基于边界位移法和变刚度的强度折减法,对边坡变形对拱坝的影响进行分析评价。边界位移法是在模型边界解除约束,施加固定位移,模拟边坡长期变形;变刚度的强度折减法是基于弹塑性和流变模型之间的内在联系,同时降低刚度和强度,来模拟边坡变形对拱坝影响,具有完备的理论基础。对锦屏一级拱坝左岸高边坡的长期变形进行分析预测,评价了拱坝承受边坡长期变形的安全度。研究表明,左岸边坡长期变形在一定程度上对坝体有益,流变稳定时,坝体屈服区、塑性余能范数都有减小,应力状况得到改善;拱坝可承受6倍以上的边界位移超载。因此,应重点关注应力集中等建基面局部区域对拱坝长期稳定性的影响。     

蓄水期边坡及地基变形对高拱坝的影响

在高拱坝施工期和运行期,蓄水引起的边坡和地基变形是值得关注的问题。蓄水对岩体产生许多影响,包括岩体参数弱化、有效应力降低和浮托力的作用。这些现象与滑坡、坝体稳定和水库诱发地震等工程问题相关,而目前对蓄水作用的力学机制的研究仍十分有限。将边坡极限分析中的强度折减法扩展为同时考虑刚度和强度折减的有限元方法,并用于分析岩体材料的弱化。将裂隙岩体的有效应力原理应用到Drucker-Prager准则。基于锦屏一级拱坝左岸边坡变位和谷幅收缩的监测数据,将上述2种方法应用于蓄水期边坡及地基变形影响分析。结果表明,坝体具有良好的承受边坡变形的能力,仅在局部有变形和应力改变。     

世界第三大水电站溪洛渡大坝全线浇筑到顶

<正>3月6日上午,随着最后一罐混凝土从2m多高的吊罐中倾泻而下,溪洛渡大坝完成最后一仓浇筑。至此,世界第三大、中国第二大水电站——三峡集团溪洛渡电站拱坝坝体已全线浇筑到顶,达到610m设计高程。溪洛渡水电站挡水大坝为混凝土抛物线双曲拱坝,由31个坝段组成,建基面最低高程324.5m,坝顶高程610m,最大坝高285.5m,为300m级特高拱坝,其高度     

水库影响区快速监测分析预警体系研究

西南水电开发逐步进入发电运行期,大型水电站蓄水后水库岸坡在库水位升降、降雨等因素影响下,大多会导致库岸再造、崩塌、岩体蠕变、古滑坡复活、基岩变形加剧等多种地质灾害的发生,给库区周边人民生命财产和工程运行安全形成潜在安全风险。基于溪洛渡水电站水库影响区GNSS监测成果,构建了水库影响区快速监测分析预警体系,并利用该体系对水库影响区安全稳定进行分析评价,以保证水库影响区的围岩稳定和运行安全。通过建立的评价体系流程应用于溪洛渡水库影响区的预警评价中,取得了不错的效果,可进行推广应用。     

溪洛渡拱坝施工期岩体质量评价与大坝稳定分析

 以溪洛渡工程为例,通过施工期声波试验和变形监测手段,采用分区、分段、分层、分级对标验收评价思想,对溪洛渡拱坝建基面岩体质量进行重新评价验收。采用非线性有限元方法,对施工期典型阶段的大坝基础整体稳定工作状态进行三维数值精细模拟,分析结果与现场变形和压应力的监测值进行对比反馈,得到大坝施工期的整体稳定工作状态,预测大坝运行期的工作性态,从而指导大坝的现场施工。该岩体质量评价验收新思想对同类工程具有指导意义。     

基于位移反分析的小湾拱坝稳定性评价

小湾拱坝坝体裂缝在大坝分阶段实际蓄水后开裂扩展的可能性以及裂缝对坝体应力、位移和坝体稳定性的影响,对大坝安全至关重要。通过对小湾拱坝坝体施工过程及坝体内部温度裂缝的模拟,基于多点监测资料进行非线性位移反演分析,得到符合实际的材料力学参数,进而对坝体进行三维非线性仿真计算研究,以预测坝体在下一阶段蓄水以及最终蓄水后的稳定性。结果表明,该反演分析方法反演得到的参数合理准确,预计的位移结果可靠、精度较高,能很好地对拱坝安全性进行评价;仿真分析预测成果与坝体后期蓄水后的实际监测成果和地质力学模型试验成果吻合良好,在正常水载下,坝体整体变形符合拱坝变形一般规律,同时裂缝发生开裂扩展的可能性很小;裂缝对坝体整体影响不大,对局部有影响,大坝极限开裂状态与无缝坝类似,坝面开裂均是由表面产生裂缝向内部发展,而不是由内部裂缝引发。     

六院士为溪洛渡大坝"瘦身"可创效益数十亿

两院院士、著名水电专家潘家铮及张超然、谭靖夷、张楚汉、王思敬、陈厚群等 6名院士莅蓉 ,为装机规模仅次于三峡水电站的溪洛渡水电站项目 ,提供拱坝优化设计咨询。溪洛渡电站位于我省雷波县和云南永善县境内的金沙江下游河段溪洛渡峡谷 ,装机 12 6 0万千瓦 ,相当于 4个二滩电站 ,其工程综合技术难度位居世界前列。电站的主体枢纽建筑———双曲薄拱坝坝高 2 78米 ,远远超过现行拱坝规范控制的 2 0 0米 ,建成后将是世界上最高的拱坝之一。本次咨询的主要内容 ,是在确保安全可靠的前提下 ,科学论证坝体变薄、坝体弧长变短的优化设计方案。通…     

基于微震监测的大岗山高拱坝坝踵蓄水初期变形机制研究

 混凝土高拱坝坝踵是蓄水初期阶段拱坝安全的重点关注部位。通过构建国内首套高拱坝坝踵微震监测系统,实现对蓄水初期阶段大岗山拱坝坝踵区微破裂的实时监测,探究坝踵蓄水初期变形机制及其与微震活动性的关系。采用人工敲击试验确定坝踵等效P波波速为4 300 m/s,系统定位误差小于8 m。对系统获取的事件波形进行噪声滤除,并在自动定位基础上进行人工二次校核,提高定位精度,验证了微震监测技术应用于大体积混凝土工程的可行性。分析认为：蓄水初期阶段,大岗山高拱坝坝踵区微震活动性与库水位密切相关,微震事件聚集区实现从坝踵向坝趾的转移,坝踵压缩变形减小,而坝趾区变形量增加。此外,通过拱坝坝踵区微震变形演化过程,揭示了导流洞下闸蓄水前940 m高程基础廊道拱顶裂缝产生的根本诱因。研究成果可为混凝土高拱坝微震监测和真实工作性态研究提供参考。     

基于InSAR技术溪洛渡库区活动滑坡形变特征研究

水电站建设会在一定程度上改变当地自然环境,特别是库区蓄水影响着库区岸坡稳定性,造成库区古滑坡的复活及（或）潜在活动滑坡的失稳,为库区带来了新的地质环境问题。本文以溪洛渡水电站库区为例,采用时序SBAS-InSAR技术对库区活动滑坡隐患的变形特点和发生模式进行了识别研究。结果表明：结合升降轨数据共发现库区存在16处活动滑坡隐患,滑坡不同位置表现出不同的形变速率,均呈现整体向下蠕滑的趋势,发生模式以牵引式滑坡居多。受到库区蓄水、流水浸蚀及汛期降雨的影响,溪洛渡库区地质灾害诱发条件将发生变化,需进一步加强地质灾害监测工作。     

岩石弹黏塑性流变试验和非线性流变模型研究

采用分级增量循环加卸载和单级加载方式,对金川有色金属公司 III 矿区二辉橄榄岩试样进行弹黏塑性流变试验,在对流变试验数据进行深入分析基础上,详细研究该类岩石各蠕变阶段非线性黏弹塑性变形特性,将衰减蠕变曲线分离为黏弹性分量与黏塑性分量,研究各衰减蠕变变形分量的非线性特征,建立定常流动速率及加速蠕变率的应力、时间的拟合函数.根据不同应力水平下的加、卸载蠕变试验曲线,提出由瞬弹性Hooke体、黏弹塑性村山体、黏塑性改进Bingham体串联而成的新的岩石非线性弹黏塑性流变模型,对模型参数辩识,提出非线性元件参数的确定方法.该流变模型具有两个屈服极限且流变元件参数是关于应力和时间的拟合函数,考虑了衰减蠕变阶段和加速蠕变阶段的非线性特征,能反映不同应力水平下岩石流变规律,尤其能较合理地模拟岩石加速蠕变,从理论上给出非线性弹黏塑性流变模型的松驰方程和三维蠕变方程.利用不同应力水平下岩石蠕变全程试验曲线,对提出的非线性弹黏塑性流变模型进行充分验证.试验曲线与非线性流变模型理论曲线较吻合,显示所建非线性弹黏塑性流变模型的正确性与合理性.     

基于变形监测资料的混凝土坝时变参数优化反演

基于变形监测资料建立混凝土坝与基岩时变参数反演三步法：首先利用监控模型分离出的水压分量反演大坝和基岩的弹性模量;然后利用分离出的时效分量趋近值反演黏性元件的弹性参数;最后利用时效分量的过程值反演黏性元件的黏滞系数。以龙羊峡重力拱坝为例,应用上述方法,反演参数较敏感的时变参数,从力学机制上解析龙羊峡重力拱坝拱冠梁在2 530～2 610 m高程的径向时效位移向上游变位的原因。其原因是坝体和基岩黏滞系数较大,坝体自重引起向上游变位的时效变形需要较长时间才能稳定;另外,龙羊峡水库长期低水位运行也是原因之一。     

溪洛渡特高拱坝建基面嵌深优化的分析与评价

 对特高拱坝建基面嵌入深度优化的分析与评价是当前水利工程中的重点研究方向之一,具有重要的学术和工程意义,其研究成果可为制定新的优化与评价标准作参考。在分析国内外特高拱坝建基面优化分析与评价研究现状的基础上,总结特高拱坝建基面优化分析与评价的原则与工作步骤。就建设中的溪洛渡特高拱坝建基面嵌入深度的优化设计,采用三维非线性有限元法和三维地质力学模型试验,对3种建基面嵌入深度方案,即可研方案、优化方案和比较方案的坝体应力、整体稳定、超载能力等进行分析评价。论证溪洛渡拱坝基础利用III1级岩体和上部高程部分利用III2级岩体作为大坝基础的可行性;实施中的建基面嵌深采用优化方案。优化方案较可研方案减少基础开挖和大坝混凝土工程量各100多万立方米,节省直接投资约7亿元,经济效益十分显著。     

辉绿岩非线性流变模型及蠕变加载历史的处理方法研究

 分级加载的流变试验方法采用单个岩样进行试验,可避免岩样离散性对流变变形的影响,但后级载荷的变形量包含前面各级载荷产生的蠕变变形,很容易引起混淆。详细分析流变介质对加载历史的记忆效应,并给出考虑加载历史的蠕变数据处理的具体步骤和数学依据。同时,对大岗山水电站坝基辉绿岩三轴流变试验曲线进行整理,分析其典型的流变特性。根据不同应力水平下的蠕变试验曲线,提出由瞬弹性Hooke体、黏弹塑性村山体、非线性黏塑性体串联而成的岩石非线性黏弹塑性流变模型。该流变模型通过引入非线性黏塑性体可以描述岩石流变的减速、等速特别是加速蠕变阶段。推导非线性黏弹塑性模型的三维蠕变方程,利用不同应力水平下岩石蠕变试验曲线,对流变参数进行反演。结果表明,非线性流变模型计算曲线与试验曲线较吻合,证实所建模型的正确性与合理性。