分散性对心墙土料裂缝冲刷影响的试验研究

心墙土料的抗渗性对土石坝的渗透稳定有重要的影响。利用室内渗透变形和裂缝冲刷试验,研究分散性对黏性土抗渗能力的影响,以及分散性、裂缝宽度对心墙土料在有反滤层保护下的抗冲刷性能的影响。结果表明,分散性对黏性土的渗透性几乎没有影响;分散性越强的黏性土,渗透破坏坡降越小;在合适的反滤层保护下,土料的分散性越强,裂缝土样的自愈合能力越强;裂缝宽度为2mm的土样自愈合能力较好。可见,在合适的反滤层保护下,分散性黏土具有较好的抗渗性能,可以作为土石坝防渗心墙的填筑土料。     

心墙土料裂缝冲刷试验研究

为了解在水流冲刷作用下反滤砂对土石坝心墙裂缝发展的保护作用的特点和机理,以西北地区某拟建土石坝心墙裂缝冲刷试验为例,采用逐级施加水头的试验方法,详细叙述了土石坝心墙裂缝冲刷试验过程及裂缝在水流冲刷过程中的特点。试验结果表明,宽度不大的裂缝在合适的反滤层保护下能防止心墙土体被水流冲刷。     

高土石坝心墙裂缝的自愈机理与反滤层的防护作用

通过国内五个地区的典型粘性土裂缝后的自愈机理与出口反滤料关系的试验表明,心墙产生裂缝后不一定会危及大坝安全,只要裂缝中的渗流不会连续的冲刷缝壁,土体本身有能力使裂缝自行愈合.防止心墙裂缝渗流冲刷,保证裂缝自愈的最主要的工程措施是在心墙下游面设置可靠的反滤层.文中根据试验结果给出了反滤层的等效粒径D_(20)与土的分散度D之间的关系.     

山西张峰水利工程大坝反滤层渗透稳定性分析

山西张峰水利工程是山西省重点工程,其大坝为粘土斜心墙堆石坝,通过颗粒分析、接触冲刷、接触流失和裂缝冲刷试验,分析了大坝反滤层的渗透稳定性,证明大坝反滤层设计的合理性,并探讨了土石心墙坝反滤层渗透稳定性的几个问题,供类似工程参考。     

分散性对心墙土料裂缝冲刷影响的试验研究

心墙土料的抗渗性对土石坝的渗透稳定性有非常重要的影响。利用室内渗透变形和裂缝冲刷试验，研究分散性对粘性土抗渗能力的影响，以及分散性、裂缝宽度对心墙土料在有反滤层保护下的抗冲刷性能的影响。结果表明，分散性对粘性土的渗透性几乎没有影响；分散性越强的粘性土，渗透破坏坡降越小；在合适的反滤层保护下，土料的分散性越强，裂缝土样的自愈合能力越强；裂缝宽度为2mm的土样自愈合能力较好。可见，在合适的反滤层保护下，分散性粘土具有较好的抗渗性能，可以作为土石坝防渗心墙的填筑土料。     

土质心墙坝垫板裂缝渗流及充填保护试验研究

通过进行心墙垫板裂缝渗流及充填保护试验,分析了在裂缝上游侧设粘土保护层的作用效果,比较了不同裂缝开度和围压对坝体抗渗性的影响。结果表明这种新型保护措施可以较好地保护心墙粘土不被坝基裂缝中的水流冲刷,并能对裂缝进行部分充填,使遭到破坏的防渗体性能逐渐恢复。试验的各项结果符合工程实际。     

小浪底水库坝基防渗墙与心墙接触渗流控制试验研究

通过室内试验研究了小浪底水库坝基防渗墙与心墙连接段的接触渗流控制性能。试验结果表明,如果防渗墙与心墙接触良好,则连接段具有较高的抗渗强度;若防渗墙与心墙接触不良,相互脱开,有集中渗流,则设置在渗流出口的级配良好的反滤层不仅可以防止心墙被接触渗流冲蚀,而且会使集中渗流最终消失;反滤层控制接触渗流的效果与其级配有关,细反滤层控制效果较好,对小浪底水库,当反滤层的d_(20)≤0.8mm时,可以保证防渗墙与心墙连接段的渗透稳定。     

河谷宽高比对高心墙坝黏土垫层剪切强度的影响

掺砾黏土高心墙堆石坝需要在心墙与坝基面接触部位设置纯黏土垫层, 以探讨心墙与坝基接触面处的应力状态和黏土垫层的剪切强度。三维有限元数值分析主要考虑了河谷宽高比的影响, 经计算得到心墙与坝基接触面处的应力分布, 并按莫尔-库伦强度准则评估黏土垫层的抗剪强度。结果表明, 心墙与岸坡接触面上剪应力和正应力大小随着坝高变化明显。正应力自坝顶向下大致呈线性增大, 在接近坝底附近达到最大值; 剪应力自坝顶向下先增后减, 最大值发生在坝底向上约1/5坝高处, 当岸坡角为45°左右时其值最大。根据抗剪强度准则, 心墙底面黏土垫层不会发生剪切破坏; 岸坡面中上部强度较低, 当岸坡角达到或超过45°时, 上部黏土垫层会发生剪切破坏。与对称河谷模型相比, 实际工程模型左岸岸坡中下部黏土垫层偏安全, 中上部以及右岸抗剪强度系数相近。据此, 给出了岸坡角45°临界值, 在岸坡坡角达到或超过45°的狭窄河谷中修建高心墙堆石坝时, 建议采取工程措施防止黏土垫层在相应部位发生大剪切变形以及剪切破坏。     

反滤层粒度组成及厚度对大坝渗流特性的影响

反滤层的粒度组成和反滤层厚度及其结构对大坝渗流特性具有显著的影响。针对某黏土心墙砂砾石坝,设计了黏土心墙两侧反滤层材料的颗粒级配范围线（上、下包线）,配制了材料颗粒级配,并对其进行了4组渗透变形试验,获得了试验材料的临界坡降、渗透系数和渗透破坏形式。根据渗透试验结果和双层反滤结构,采用有限元数值方法对两层反滤料厚度的11种组合（厚度变化范围为0.5~2.5 m）的大坝渗流特性进行了模拟分析。结果表明:（1）反滤层的第一层粒度较细,包线内土料粒度由细变粗时,对渗透系数的影响较小,对临界坡降和破坏坡降的影响较大,且破坏类型由流土变为管涌形式;第二层反滤砂砾石颗粒较粗,且粒径5 mm以下细颗粒含量很少,渗透特性取决于粗粒材料的含量,为过渡型破坏类型。（2）当双层反滤层总厚度不变（厚度3 m）时,改变反滤层的厚度组合和粒度组合,对大坝单宽渗流量和心墙出逸点高程的影响较小。第一层反滤料厚度从0.5 m增加到2.5 m,心墙和反滤料的出逸比降均呈非线性增长,第一层反滤料出逸比降增幅为92.7%,第二层反滤料的出逸比降增幅为70.0%。第一层反滤料粒度变化比第二层反滤料粒度变化对心墙和反滤料出逸比降的影响小。（3）反滤层厚度保持3 m时,建议第一层反滤料厚度取1.0~1.5 m,相应地第二层反滤料厚度取2.0~1.5 m;粒度组成选取两层反滤料都靠近下包线位置,即粒度较粗为最优。     

粘土与含砾土裂缝冲刷反滤层的变化机理

通过对陕西黑河大坝筑坝心墙粘土料和新疆下坂底筑坝含砾土料的裂缝冲刷试验研究,分析了粘土与含砾土在设计反滤层情况下,两种不同性质的土体在各种原因形成裂缝冲刷时,对原反滤层结构的影响及变化机理。同时揭示了次生反滤层的形成规律和裂缝自愈机理,进而从试验上进一步论证了反滤层在阻止渗透变形与破坏中的巨大作用,为裂缝土体抗冲刷时选择反滤体提供了理论依据。     

张峰水库粘土斜心墙堆石坝反滤层渗透稳定性探讨

结合山西省张峰水库工程粘土斜心墙堆石坝关键性反滤层计算分析与试验工作,探讨了粘土斜心墙堆石坝反滤层设计及其渗透稳定性验证的方法。研究表明:关键性反滤层是粘土斜心墙坝的生命线,在设计中除了通过计算分析初步确定反滤层的级配曲线和控制密度以外,还需要特别重视反滤层渗透稳定性的试验验证,以确保大坝的安全。     

基于渗透特性的面板堆石坝垫层料适用性研究

垫层是面板堆石坝的重要分区之一。青海石头峡水电站面板堆石坝填筑施工之前,河床砂砾石料场的检测成果显示,筛除100 mm以上直径颗粒后的土料(直接筛分料),其细颗粒含量很容易低于要求的垫层料范围下限。针对直接筛分料和过渡料开展了渗透变形和反滤试验,运用数值模拟方法预测了大坝渗流场分布及垫层与过渡区可能出现的最大渗透比降。从大坝渗漏控制和渗透稳定性功能要求出发,分析认为直接筛分料不适用于石头峡大坝垫层。针对直接筛分料提出了改进方案,即掺入粒径5 mm以下的颗粒,通过渗透变形和反滤试验复核了改进料作为垫层料的适用性。工程建成后,水库蓄水期间运行性态良好,并经受了地震的考验。通过实例研究,强调了填料特性研究应贯穿土石坝建设的全过程,尤其应重视填筑施工之前尽早开展实际用料适用性的复核试验与评价工作。     

面板裂缝对积石峡水电站大坝渗流场影响的数值模拟

基于面板等宽缝隙稳定流的运动规律,采用裂缝面单元法建立了混凝土面板裂缝的渗流计算模型,实现了渗流全场和裂缝渗流分析的统一。在此基础上编制了含裂缝面单元的三维渗流场有限元计算软件GWSS,利用该软件对积石峡水电站大坝正常运行和发生竖向裂缝的工况进行渗流场分析,获得了大坝面板产生裂缝后的渗流场分布规律。计算结果表明,不同位置、长度和宽度的面板裂缝对大坝渗流场、渗流量和渗透比降影响不同,上部裂缝对大坝渗流场的影响较小,下部和中部裂缝的影响较大。一旦面板发生裂缝,面板附近、垫层和过渡区出现较大渗透比降,且随着与裂缝距离的增大而快速衰减。     

黏土心墙堆石坝变形协调评判指标与各区渗透性能影响研究

针对黏土心墙坝的变形不协调易导致坝体开裂、滑坡等险情发生的问题,对顺河向以及不同材料接触面变形的协调进行分析。结合实际工程,通过数值模拟,开展了运行期库水位下降工况黏土心墙堆石坝变形协调分析,提出了顺河向不同材料接触面变形协调的离散系数评判指标,分析了库水位下降情况下黏土心墙坝内部变形协调性与对各区渗透性能的影响。结果表明:(1)反滤层接触面上顺河向变形主要受到心墙与坝壳料渗透性能的影响,与心墙渗透系数成正比、与坝壳料渗透系数成反比,反滤层渗透性能对接触面变形协调的影响小;(2)黏土心墙料、反滤层Ⅰ、反滤层Ⅱ及坝壳料渗透系数分别为5.00×10~(-7) cm/s、3.27×10~(-3) cm/s、1.00×10~(-2) cm/s、6.84×10~(-2) cm/s时,实例工程的沉降变形及顺河向变形最为协调。     

丹江口土石坝砂卵石坝壳静压注浆渗控效果研究Ⅰ：二维渗流计算

 在对前期大坝各渗透性分区填料的试验结果进行分析整理的基础上,选取代表性断面1+180进行了二维渗流计算分析,确定了不利计算参数组合;针对不利计算参数组合,分析评价了心墙无缺陷条件下静压注浆体的渗控效果;并对心墙产生水平裂缝的渗流状态以及静压注浆体的渗控效果进行了计算分析。计算结果表明,静压注浆弥补了老坝心墙局部尺寸不够的情况,在心墙出现裂缝等极端情况下,静压注浆体能够有效控制裂缝渗漏带来的影响。同时,计算还揭示了下游砂卵石坝壳料局部渗透比降偏大的情况,建议通过在排水棱体和下游挡墙前设置合理的反滤层以提高下游坝壳料渗透稳定性。     

张峰水库堆石坝反滤料设计研究

结合张峰水库实际施工过程中条件的变化,对初步设计中确定的堆石坝反滤料设计方案,进行了进一步优化比较,提出了新的设计方案。而后,通过室内试验,对新方案的反滤料进行了渗透变形试验、心墙裂缝冲刷试验以及反滤效果试验。结果表明,级配调整后的反滤料自身反滤性能好,具有良好的保土排水性能以及促进粘土心墙裂缝愈合能力,能承受较大的水流冲刷。 为此,证明：优化设计方案合理,用料少、投资省。     

卢村水库黏土心墙坝安全评价与加固

结合卢村水库典型的黏土心墙坝特点,系统论述了其安全评价方法和要点。针对卢村水库黏土心墙坝上下游坝坡抗滑稳定不满足要求、黏土心墙填筑质量差、渗透系数偏大、存在裂缝和白蚁危害、大坝坝基清基与防渗处理不完善等病害,系统论述了提高坝坡抗滑稳定性和大坝防渗性能的加固方案和加固效果。同时,根据水库水利风景区的特点,在加固设计中适当兼顾考虑大坝外观美化和亲水环境等设计理念,从而有效提升了水库大坝的旅游要求。对于我国水资源的充分利用具有借鉴意义。     

砂卵砾石地基上的土石坝分区材料研究

云南青山嘴水库主坝为坐落在砂卵砾石地基上的砾石(黏)土心墙石渣坝。针对其筑坝材料的料源组成复杂、地基存在不均匀沉陷及地震液化问题等特点,对坝基砂卵砾石层进行强夯处理,防渗心墙采用砾石土料和黏土料两种防渗土料填筑,坝体采用以砂泥岩为主的夹砂砾岩、砾岩石渣料填筑;防渗心墙反滤层按保护两种心墙料要求设计,心墙下游坝基面按满足与坝体间的过渡关系设置水平反滤层,有效地解决了坝体和坝基的渗透破坏问题,使心墙防渗土料和坝基砂卵砾石层均得到保护,保证了大坝的渗透稳定性。工程于2009年投入运行,实测不同库水位情况下的主坝渗漏量变化和坝体累计沉降量均低于设计值,施工质量良好,运行情况稳定。