复杂地形条件下土石坝心墙安全关键问题探讨

复杂地形条件下心墙与陡峻岸坡剪切渗流安全、岸坡突变引起的坝肩横向张拉破坏、狭窄河谷心墙应力安全及变形稳定是土石坝心墙安全关键问题。基于国内外最新研究成果,探讨了上述问题的形成原因及作用机理,揭示了工程建设需进一步深入研究的方向。结果表明,心墙与岸坡接触部位在发生大剪切变形后仍具有较高的防渗抗渗性能;受主应力偏转、不均匀变形以及低围压土体剪胀特性的影响,在心墙顶部20～30 m范围内的土体,蓄水后应力变形条件将变得十分复杂,是较易诱发心墙发生水力破坏或接触渗透破坏的薄弱环节,工程建设应引起足够重视。除了严格坝体变形控制措施外,建议在高土石坝左右坝肩易发生裂缝区域,可采用接触粘土代替砾石土料,必要时采取预埋灌浆管、降低水库初期蓄水速率等工程措施,进一步降低高坝大库蓄水运行风险。     

特高心墙堆石坝建设中值得关注的几个问题

基于已建工程经验、试验研究、坝料施工填筑质量检测、大坝变形监测数据分析等,并结合300m级RM特高心墙堆石坝工程建设面临的技术挑战,研究认为特高心墙堆石坝建设中的堆石体填筑质量控制标准、超大粒径堆石料室内缩尺试验精度、特高心墙堆石坝长期运行安全等几个问题值得关注。建议堆石体填筑采用孔隙率和相对密度双控标准,将现场试验和室内试验手段相结合研究超大粒径堆石料缩尺效应试验问题,可从理论上实现特高堆石坝变形协调与预测的准确控制;低频高水位变幅条件下特高堆石坝的长期变形机理较为复杂,需进一步深化研究库水位消落带变应力工作条件下往复循环荷载变形、流变和湿化问题。     

特高心墙坝地震反应离心模型试验研究

通过4组相同几何比尺、不同加速度比尺的土工离心机振动台模型试验,采用外延分析方法,研究了某特高心墙坝最大坝高断面在设计地震作用下的坝体地震反应、坝顶变形、地震破坏模式。试验结果表明：设计地震下坝顶地震加速度放大系数约为2.97～3.03;3次地震作用下坝顶的沉陷率分别约为0.41%,0.56%,0.64%;随着地震次数的增加,坝顶沉降也增加,但沉降增量迅速减小;心墙的沉陷量最小,且没有任何坍塌迹象,总体稳定;下游坝体受地震影响较小,仅观察到轻微沉陷;地震主要引起上游堆石料的沉陷,且主要发生在第1次地震,而后越来越小;3次地震过程导致上游堆石料沉陷至蓄水位附近;没有观察到明显的堆石滚落现象。试验揭示的破坏现象说明,需要对坝顶处的堆石料进行加固,避免心墙暴露。     

董箐水电站面板堆石坝分区设计

董箐水电站面板堆石坝主要堆石料采用砂泥岩料,存在渗流控制和变形控制等技术问题,通过对砂泥岩料试验研究和坝体分区方案比选,提出了适应砂泥岩特性的分区设计,达到了加快施工进度,节约工程投资,保障工程安全的目的。     

洪家渡水电站进水口顺向坡加固处理设计

经过对洪家渡水电站进水口顺向坡稳定问题的系统分析研究，采用了以大型抗滑桩与锚索联合加固并辅以排水的处理方案，通过对抗滑桩、锚索及施工支洞的合理布置与设计，成功地解决了进水口顺向坡处理技术难度大、施工干扰大和工期紧的难题。目前，洪家渡水电站进水口顺向坡锚索及抗滑桩施工已顺利完成，并已经受了下闸蓄水和发电运行的初步考验，监测情况表明，稳定状况良好。     

洪家渡水电站过水建筑物工程技术问题及对策

洪家渡水电站过水建筑物的工程地质和水文地质条件复杂,存在水工隧洞的高外水压力、不良地质段施工处理、高速水流防蚀、消能防冲与雾化防治、压力钢管灌浆、左岸进水口顺向坡稳定及衬砌混凝土缝面结构处理等众多问题,同时建设工期十分紧张。为此,设计对存在的主要工程技术问题进行了系统的分析和深入的研究,提出了相应的对策和措施,满足了工程建设的需要。     

高面板坝全寿命周期变形控制方法及应用

高面板坝的变形对面板的安全运行有着特别重要的影响，国内外已建的高面板坝工程中，因坝体变形大导致防渗面板挤压破损，坝体渗漏量大的实例较多，不得不降低水库水位进行修复处理，造成较大的经济损失乃至给大坝的长期运行留下安全隐患。通过发生挤压破损的实例分析，发现变形控制缺乏系统性是发生面板挤压破损的主要因素，为预防面板破损，系统提出了“控制坝体总变形，转化有害变形，适应纵向变形”的坝体变形控制方法，并在使用软硬岩混合料筑坝的董箐面板堆石坝中得到的应用，取得了良好效果，该工程运行至今达十余年，未见面板有挤压破损迹象，该方法对建设200 m以上乃至300 m级超高面板坝具有重要借鉴意义。     

峡谷地区200m级高面板堆石坝筑坝技术研究及应用

针对已建的2座200 m级高面板堆石坝出现的坝体变形大、面板裂缝多、渗漏量偏大等问题,结合洪家渡坝河谷狭窄且不对称的特点,开展了筑坝技术研究,取得了坝体变形控制集成技术、接缝止水新结构和新材料、堆石碾压和检测新工艺3、10 m高陡坝肩窄趾板新结构、安全监测新技术等一系列技术成果。大坝经4年蓄水运行考验,坝体变形小,面板裂缝少,渗漏量不大,应用效果良好。     

考虑颗粒破碎与各向异性的堆石料广义塑型模型（英文）

堆石料以其填筑密度高、压实性能好、透水性强、沉降变形小、承载力高等优点,在堆石坝、铁路、公路路基等工程建设中得到广泛应用。合理的堆石料本构模型对工程计算和分析具有重要意义,且目前仍具有很大的发展空间。基于破碎应力和空间滑动面(SMP)的概念,提出了一个能综合反映颗粒破碎和各向异性的状态参数。利用该状态参数对修正ZienkiewiczⅢ模型(MPZ模型)进行了改进,构造了一个能够描述堆石料应力变形工程特性的广义塑性模型。本文通过一系列不同压实面倾角的常规三轴试验,验证了该模型的有效性。由于所构造的各向异性指标ω的变化趋势能够反映堆石料的变形和强度随大主应力方向角非单调变化的特征,故该模型可以反映堆石料初始各向异性对力学特性造成的明显差异。     

黏性土-结构接触面剪切变形时的渗透机理分析

高心墙堆石坝在心墙和岸坡混凝土垫层间常设有一层接触黏土。这层接触黏土在缓解心墙与混凝土之间较大的不协调变形的同时还应具有较强的抗渗能力。接触面附近土体在高水头作用下产生大剪切变形,处于复杂的应力、变形和渗流状态。工程界普遍对此处是否更容易发生渗透破坏抱有疑问。接触面剪切-渗流试验的结果显示,在土体与结构之间发生较大剪切错动的情况下,渗透性呈现减小的趋势,但对其机理尚不清楚。本文在Biot固结理论的基础上,结合剪切渗透系数模型反映物理状态和变形对渗流场的影响,利用接触面单元反映试验中不同部件之间的接触关系,建立多体-多场耦合分析方法,对接触面剪切-渗流试验进行了数值模拟。通过分析计算结果,揭示了在接触面剪切-渗流的过程中,土体内部的应力-变形和孔隙比的演化过程以及渗透特性的内在机理。