高土石坝粘土心墙和复合土工膜防渗性能研究

高土石坝在静力情况下的应力、变形特性和防渗性能一直是高土石坝设计和施工的关键问题。以一座高为127.5 m的高土石坝为例,通过室内试验和三轴试验测得坝体材料的物理性质指标和邓肯张E-B模型参数,采用有限元计算方法,计算竣工期和渗流稳定期复合土工膜高土石坝坝体应力、应变和变形以及大坝渗流量,并和粘土心墙防渗计算结构进行对比,并对复合土工膜心墙是否发生水力劈裂进行判断。结果表明:由于堆石体材料的流变性,引起了坝体的竖向位移和水平位移。复合土工膜心墙与粘土心墙相比,复合土工膜对降低坝体浸润线、减小坝体孔隙水压力均有显著作用,减小幅度在50%左右,且复合土工膜不会发生水力劈裂等不利问题。     

新疆某碾压式沥青混凝土心墙坝设计

某碾压式沥青混凝土心墙砂砾石坝建在新疆高寒地区,介绍了该沥青混凝土心墙轴线、心墙厚度、过渡层厚度的确定及心墙与坝基防渗体的连接方式,并对其进行了坝体三维有限元应力应变静力分析。结果表明:相对于浇筑式沥青混凝土心墙、土料心墙等坝型,碾压式沥青混凝土心墙坝宜选择较厚的过渡层,以利于心墙施工控制;心墙厚度主要取决于坝体高度和坝壳料可能的变形情况。经综合评价,该坝变形协调性良好,应力分布基本合理,沥青混凝土心墙不会发生水力劈裂和拉裂破坏,坝体结构布局较为合理。     

土石坝防渗(复合)土工膜缺陷及其渗漏问题研究进展

在国内外众多土石坝采用(复合)土工膜防渗的工程背景下,分析了坝面或坝内土工膜缺陷的类型及产生缺陷的原因。归纳总结了国内外已有(复合)土工膜缺陷渗漏问题的研究成果,认为现有研究成果不适用于解决高土石坝复合土工膜的缺陷渗漏问题。同时认为高土石坝复合土工膜的缺陷演化规律、缺陷渗漏对坝体渗流场分布及对大坝安全的影响,以及如何采取有效的限渗减漏措施预防和减小缺陷渗漏量,已成为高土石坝复合土工膜防渗工程发展的瓶颈。为此,建议对复合土工膜的缺陷渗流特性进行试验研究,同时采用理论分析、数值模拟和工程实例反馈分析等手段对土石坝中复合土工膜的缺陷渗流及缺陷演化等相关问题进行系统研究,以便为复合土工膜防渗高土石坝的渗漏安全评判、预防及修复等方面起到理论指导作用。     

土石坝结构稳定的静动力非线性有限元分析

为探讨土石坝应力变形分析存在问题，在总结土石坝应力应变分析相关文献的基础上，以克孜尔水库黏土心墙坝为例，采用ABAQUS有限元分析，全面解析坝坡静动力反应演变情况及稳定性，发现坝坡随着不同压力下应变反应和安全系数相关的变化规律。通过综合分析，发现采用黏土心墙的坝体具有较高的安全性，不会出现水力劈裂现象，也不会因地震影响到坝体安全。     

不同坝坡对复合土工膜防渗斜墙应力变形的影响

随着复合土工膜这种新型材料的不断发展,复合土工膜应用于土石坝防渗的工程也日趋增多,本文结合三维有限元方法对一复合土工膜防渗土石坝进行了数值仿真计算,分析了不同坝坡条件下对复合土工膜防渗斜墙应力变形的影响。结果表明,复合土工膜应用于不同坝坡条件下的土石坝工程中,随着土石坝坝坡的逐渐变陡,复合土工膜所受到的应力应变在逐渐增大,通过对高坝的模拟,验证了复合土工膜应用在高坝条件下变化坝坡的可行性,对实际工程的设计具有一定的积极意义。     

不同蓄水方案对高土石坝应力变形的影响

通过总应力法有限元计算,分析比较了边施工、边蓄水方案和竣工后一次性蓄水到正常水位方案对高土石坝应力变形的影响,结果表明:边施工边蓄水方案能得到较大的坝体应力,特别是心墙的第二主应力,因此边施工、边蓄水方案更能减小水力劈裂的可能性,更能减少心墙的沉降,抑制坝壳向上游的位移.     

不同坝高对复合土工膜防渗斜墙应力变形的影响

根据复合土工膜防渗体应用于土石坝时的防渗特点,结合工程实例,采用三维有限元方法对坝体和复合土工膜进行了数值模拟,分析了不同坝高条件下对土工膜防渗斜墙应力变形的影响。结果表明:与低土石坝应用复合土工膜防渗的情况相比,随着坝高的增大,复合土工膜不仅在坝顶锚固区处的应力应变较大,而且两岸锚固处的应力应变也随着坝高的增大而增大,在两岸坡脚锚固端处应力应变达到最大,对实际工程的设计具有一定的积极意义。     

土工膜防渗石渣坝应力变形有限元分析

某水库大坝为土工膜防渗石渣坝,坝面利用复合土工膜作为面板进行防渗。对该水库大坝建立三维非线性有限元模型,模拟大坝填筑施工、复合土工膜铺设及水库蓄水过程,分析了竣工期和蓄水期下坝体和复合土工膜的应力变形情况,论证了该土工膜防渗石渣坝结构设计的合理性。计算结果表明,蓄水前后坝体的位移和应力分布符合一般规律,且蓄水对坝体安全有利,坝体不会出现剪切破坏;复合土工膜在坝面下半部分由于受边界约束出现拉应变,产生拉应力,但计算得到的横向和纵向安全系数均满足规范要求,土工膜安全可以得到保证。     

高土石坝土工膜与心墙联合抗渗探析

归纳了土工膜作为防渗材料的渗透机理,总结了土工膜渗漏量的计算方法和应注意的问题,讨论了高土石坝采用膜土联合防渗系统的可行性,阐述了土工膜适应高土石坝坝体位移和变形的机理,为膜土联合防渗系统的研究和应用提供参考。     

土石坝土工膜防渗方案的计算分析

采用邓肯张材料本构模型和渗流的流固耦合方法对土石坝复合土工膜防渗问题进行了计算和分析。主要分析了复合土工膜作为土石坝的防渗体时,坝体在竣工期和稳定渗流期能否满足安全要求,土工膜能否有效降低坝体内的浸润线,并对土工膜面板防渗方案和心墙防渗方案进行对比。结果表明,土工膜做为防渗体能够使大坝满足安全运行的要求,土工膜心墙防渗方案在应力应变和防渗方面要优于土工膜面板防渗方案。     

基于坝壳湿化过程数值模拟的心墙坝初蓄水力劈裂机理研究

初次蓄水过程中的水力劈裂破坏是土质心墙土石坝面临的最主要安全问题之一。为探索这一难题,回顾了疑似水力劈裂事故及暨有研究尚不能回答的问题,探讨了水力劈裂所需的必备应力条件和可能原因。分析了既有浸水湿化变形试验并建议了采用时间对数演进模式、单位时间湿化体变和湿化剪应变分别取决于围压和剪应力水平的湿化变形时间过程计算模型,并应用于模型坝数值模拟,再现了初蓄过程水力劈裂破坏所需应力条件,得到了顺岸坡方向上后期变形增量空间分布导致心墙拉伸和水力劈裂破坏的机理。最后提出了确保坝壳压实度、控制后期浸水后变形,保证心墙与坝壳后期变形量值和速率协调为核心的水力劈裂防控方法建议。     

浅谈瀑布沟大坝现场质量控制的一些体会

坝体变形和抗滑、抗渗稳定是土石坝的关键技术问题,而填筑材料的压实效果则对土石坝的变形和稳定有着直接的影响.科研实践表明,当细粒和粘粒含量达到一定要求时,宽级配砾石土不但能满足防渗要求,而且其变形模量较高、压缩性较小、承载力高,与坝壳料变形较为协调,可以避免或减轻因拱效应而引起的心墙开裂和水力劈裂等问题.因此土石坝比其他坝型更加重视过程控制.     

土石坝若干问题浅议

本文依据土石坝设计和施工实践资料，定性比较了土石坝与混凝土坝、心墙与斜墙，并对土石坝的泄洪问题、防渗体风化料、坝体变形、水力劈裂及塑性防渗体与混凝土防渗墙连接等问题，提出粗浅意见，以供讨论。     

碾压式沥青混凝土心墙坝应力变形特性分析

基于邓肯张E-B非线性有限元,模拟沥青混凝土心墙坝变形情况。通过计算得出,坝壳料变形量较小,竣工期坝体剪应力水平值相对较低,表明坝体受力较为均匀。满蓄期时,上下游坝壳料均向下游产生一定变形,在上坝壳料与水平推力共同作用下,坝体剪应力水平有所上升,各高程沥青心墙竖向应力均大于对应水压力,表明坝壳料、过渡料与心墙料均满足设计要求,不会发生水力劈裂。为今后评价心墙是否发生水力劈裂提供借鉴思路。     

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。     

粗粒料的切线模量表达式与参数确定方法

运用两座250 m级高土石坝的实测沉降资料与有限元计算结果,分析了高土石坝的应变量级与应力水平,在此基础上分析了双曲线应力应变模型及其参数确定方法的合理性。研究表明,250 m级高土石坝竖直向应变量级可以达到5%,故常规三轴试验可以适应变形预测对应变范围的要求,但坝内应力水平普遍较低,与确定参数所用的高应力水平段试验数据不协调,从而给土石坝应力变形计算带来不确定性。为更充分地运用低应力水平时的试验结果,建议了应力应变数据的多项式拟合方法,提出一个新的切线模量表达式。对比研究表明,双曲线模型及其参数确定方法高估了等向压缩应力状态下粗粒料的初始切线模量;低估了剪切应力状态下粗粒料的切线模量。文中所提出的表达式可以更好地与应力应变试验结果相吻合,且参数的不确定性大为降低,为提高土石坝应力变形计算的可靠性奠定了基础。     

复合土工膜在高土石坝中的应用及施工质量控制

复合土工膜在我国水利水电工程中的应用目前主要还集中于渠道、低土石坝、施工围堰、病险水库渗漏治理等领域,在高土石坝中应用较少。结合复合土工膜在泸定水电站高土石坝中的应用,从复合土工膜焊接工艺、铺设施工及质量控制和焊缝质量检测等几个方面,分析总结了复合土工膜在高土石坝中的质量控制要点,提出了土工布缝合、土工膜焊接、复合土工膜与灌浆廊道混凝土墙体连接的具体施工工艺及检测方法。本研究成果可为今后复合土工膜在类似工程中的应用及质量控制提供借鉴和参考。     

坝坡复合土工膜防渗体的抗滑稳定分析

在土石坝坝体防渗中,土工膜有时作为一种防渗材料铺设在坝体的上游坡中,以保护坝体的安全运行。在试验基础之上,分析坝体垫层料与复合土工膜的剪切特性,并结合一座建在深厚覆盖层上的复合土工膜防渗土石坝,采用FLAC3D对坝体复合土工膜防渗体进行抗滑稳定性分析,在分析中考虑坝体孔隙水压力和坝体垫层料与复合土工膜的剪切特性对复合土工膜防渗体抗滑稳定性的影响。研究表明:在现有可能不利条件下,该坝体复合土工膜防渗体的抗滑稳定性均在合理可控范围之内,大坝结构安全能够满足要求。     

土质心墙坝水力劈裂条件分析

采用基于Biot(比奥)固结理论的有效应力分析方法,对雅砻江两河口粘土心墙土石坝两种心墙坡比方案的多种特殊工况进行了比较分析,探讨了水力劈裂的发生条件及其影响因素。计算结果表明:坡比较大则心墙的抗水力劈裂能力较强。此外,对比较极端的坝壳与心墙模量组合情况下和较高蓄水速度情况下坝体的平面应变进行了有限元分析,探讨了坝壳与心墙模量关系及蓄水速度对心墙上游区域的应力分布及大小的影响,进一步探讨水力劈裂发生条件。     

瀑布沟高土石坝三维非线性有限元分析

对瀑布沟水电站心墙土石坝进行了三维非线性有限元计算分析,以深入了解高土石坝坝体和基础防渗墙在施工期和蓄水期的应力、变形分布规律。散粒材料均采用邓肯E-ν模型,混凝土采用线弹性模型,接触面采用Goodman单元,并在计算中考虑了上游坝壳、过渡料和反滤料等因水库蓄水而产生的湿化变形。计算结果表明:大坝的应力和变形分布规律基本合理,大坝最大沉降均发生在水库满蓄期,心墙内没有出现拉应力,在心墙、防渗墙、墙顶廊道的接头部位设置的高塑性黏土区改善了大坝的应力状况,使得剪切破坏区大大减小,达到了控制该部位应力与变形的目的。