250 m级特高面板堆石坝混凝土面板顺坡向应力控制措施研究

面板应力变形控制是建设250 m级特高混凝土面板堆石坝的关键难题.大量工程实测案例和研究计算表明,特高面板坝压应力常处于较高水平,对于坝轴向应力来说,采用柔性缝降低压应力措施已被工程界普遍接受,然而,目前对于如何降低面板顺坡向压应力尚缺少有效的解决方法.本文以拟建的240 m级GS面板坝为研究对象,从特殊增模区布置、面板施工顺序、面板低高程柔性横缝、高压力区高强度混凝土材料等4个方面提出改善面板顺坡向应力的工程措施.文中通过三维有限元精细模拟方法分析了提出的顺坡向应力改善措施的效果,文中提出的措施可为250 m面板堆石坝面板应力控制提供借鉴.

基于CA-RL的堆石坝填筑仓面碾压作业动态路径规划

碾压作业是堆石坝填筑仓面施工的关键工序,科学合理规划碾压路径能够在保障碾压质量的前提下提高碾压效率。在当前路径规划研究基础上进一步考虑碾压机数量变化、压实质量感知等动态要素可以提高路径规划模型面对复杂动态的仓面施工环境的适应性。本文通过建立基于元胞自动机的填筑仓面信息模型、提出条带整体压实质量评价方法,解决压实质量等仓面信息的储存更新的问题;通过建立基于强化学习的碾压作业路径规划模型、构建碾压机状态集和动作集、设计奖励函数和探索利用策略,解决碾压机数量变化的路径分配的问题;耦合上述两种模型,实现堆石坝填筑仓面碾压作业动态路径规划。结合国内某堆石坝工程开展了工程应用,结果表明:本方法可动态考虑碾压机数量变化、压实质量感知等要素,路径规划结果在保障碾压质量的前提下路径长度相较现场施工实际路径平均缩短22.3%,能够有效提升碾压效率。

高纬度高寒区面板堆石坝防渗面板修复方案及经验

JLBLK水电站大坝是建于高纬度高寒区的百米级全断面堆石面板坝,最大坝高140.3 m。通过降水处理,现场发现18^(#)、19^(#)面板挤压破损程度严重且有加剧趋势,25^(#)、26^(#)、27^(#)面板断裂。经与国内外同类工程比较,水库渗漏量总体偏大,变形量偏大,且尚未收敛,三维流变反演成果表明后期尚有17%的沉降量。为保证修复效果满足后期变形和渗透稳定需要,针对18^(#)、19^(#)面板水上破损区采用高于原设计强度混凝土分小区进行补强,并结合工程特点和设计方案提出适合本工程的修复施工方案,修复后面板各项指标均满足要求。

峡谷区深厚覆盖层上面板堆石坝结构安全研究

趾板直接建在覆盖层上的面板堆石坝,通过防渗墙、连接板、混凝土面板以及接缝止水构成完整的防渗体系,由于覆盖层的大变形以及岸坡区以及河床覆盖层区较大的差异变形使得整体防渗体结构安全面临严峻考验。依托新疆某电站面板堆石坝工程,室内试验与现场旁压试验相结合确定合理的覆盖层和筑坝料力学参数,采用数值计算方法优化分析了连接板宽度、防渗墙施工次序、混凝土面板宽度、面板柔性缝设置方式等措施对改善防渗体系应力变形的效果。结果表明:合理的连接板长度与分缝型式可减小连接板应力和接缝变位;防渗墙后期施工能显著改善墙体应力,减小面板分缝宽度和设置柔性缝均能较好控制面板的应力性态;对于覆盖层上的新疆某电站面板堆石坝,防渗墙与连接板接缝以及陡峭左岸周边缝剪切变形是控制该工程运行安全的重要因素,研究结果可为同类型土石坝设计建设提供借鉴。

堆渣料面板堆石坝非线性动力液化分析

面板坝的建设中,部分区域因堆石料匮乏,采用堆渣料作为坝壳材料筑坝。堆渣料属于弱透水性材料,在复杂地质条件下及地震工况下存在液化风险,造成坝体裂缝、凹陷和坍塌等问题,影响大坝安全。为此,针对堆渣料面板坝开展了非线性动力分析,研究了坝体在地震条件下产生动力液化的可能性。结果表明,上游坝坡附近是超孔压比较高的主要部位,该部位堆渣料液化的可能性较大,是需要重点关注的主要区域;下游坡脚附近受水流渗出影响,液化风险较低;沿着顺河向方向,超孔压比逐渐减小,中高风险液化区域若形成连通,将增大坝体整体液化风险,为降低坝体液化风险,需设置抗液化措施,增强坝体安全性。

面板堆石坝主要构筑物设计分析

构筑物布置设计对后续工程施工和充分发挥工程效益有重要意义。为确保面板堆石坝主要构筑物设计科学可行,以江苏常州市夏溪河流域某水库为例,根据地形环境、堆石岩性及规范要求,对面板堆石坝工程主要构筑物设计进行计算复核,结果表明:上下游坝坡坡比均采用1:1.6;面板底部厚度取0.4m;帷幕灌浆防渗标准按5Lu进行布孔设计;大坝上下游坝坡在各种工况处于稳定状态。可供面板堆石坝工程构建筑物设计参考。

堆石坝压实密度快速检测方法的研究

提出了基于三维激光扫描、图像智能识别与小粒径骨料自动筛分机的堆石坝密度快速检测方法,旨在提高堆石坝检测精度和效率,保障水利工程安全。通过三维激光扫描获取堆石坝测坑表面的三维点云数据,实现测坑体积的快速计算;结合图像智能识别技术,实现对骨料粒径的自动测量;利用小粒径骨料自动筛分机对堆石坝中的骨料进行筛分和测量,定量评价压实状态。该方法具有快速、准确等优点,适用于大规模的堆石坝密度检测,达到了推动碾压施工自动化水平的效果。

重型振动碾碾压堆石坝沉降量研究与分析

通过对重型振动碾工作原理、监测仪器布置和监测方法进行分析,并开展坝体碾压振动监测试验,得出不同碾压参数下堆石坝的沉降量特征。研究结果表明:重型振动碾的碾压遍数、速度和振动频率等因素对沉降量有显著影响;随着碾压遍数的增加,堆石坝沉降量逐渐降低。

水循环荷载作用下高面板堆石坝长期变形特性研究

高面板堆石坝的长期变形是面板坝建设中的关键技术问题之一,已有研究大多将长期变形归结为堆石体蠕变的结果,但某些高面板堆石坝的变形原型监测资料显示,仅从堆石体蠕变角度难以解释高面板堆石坝长期变形的机理。通过水布垭面板堆石坝17a的变形监测资料分析和室内低频循环荷载作用下堆石料变形特性试验,探讨了实际运行中库水位周期性变化形成的循环荷载对高面板堆石坝长期变形特性的影响。结果表明:(1)坝体填筑和初次蓄水引起堆石体的瞬时变形和蠕变,堆石体的后期变形主要是水循环荷载长期作用的结果。(2)水循环荷载作用下,堆石体的变形表现为两种形式,其一为不可恢复的永久变形(亦称为残余变形),其二为可恢复的弹性变形。(3)室内低频循环荷载作用试验得到的堆石料变形及其增长规律很好地验证了水循环荷载与堆石坝后期变形的相互关系以及后期变形的力学意义。研究成果为高面板堆石坝长期变形特性研究提供了新的思路,并为具有往复大消落特点的高面板堆石坝变形及安全控制提供借鉴。

水利工程混凝土面板堆石坝坝体填筑施工技术

当前水利工程混凝土面板堆石坝采用两种料源互层填筑,导致垫层填筑效果并不理想。因此,研究水利工程混凝土面板堆石坝坝体填筑施工技术具有重要意义。首先进行坝基填筑基础面的处理,其次根据要求测量控制填筑区交界线,进行坝料摊铺,最后利用过渡料补充填筑。工程结果显示:垫层填筑检测结果符合施工标准,证明了本文提出的技术研究符合设计要求。

基于光纤陀螺的堆石坝内部沉降分布式监测技术研究

针对传统堆石坝内部沉降监测技术已难于满足超高堆石坝内部沉降监测需求。文章开发了基于光纤陀螺仪(FOG)的堆石坝内部沉降分布式监测系统,该系统主要由监测管道、监测小车和牵引装置组成。推导FOG监测系统测量坝体内部沉降的原理,考虑监测小车不匀速问题,建立监测小车运行速度函数关系,引进经验模态(EMD)-小波混合降噪方法滤除监测小车运行过程中的振动噪声和FOG漂移误差。该监测系统成功应用于猴子岩面板堆石坝。现场监测结果表明,FOG2次独立测量结果的相关系数为0.986,说明FOG监测系统工作性能稳定,与水管式沉降仪测量结果基本一致,验证了该系统的可行性和准确性。

强震区抽蓄电站沥青混凝土面板堆石坝抗震稳定性分析

我国西北强震区某拟建抽水蓄能电站上水库采用沥青混凝土面板堆石坝,最大坝高161 m。为分析该坝抗震稳定性,在大坝非线性静力分析基础上,采用改进的等效粘弹性模型和有限元动力时程法等理论,对大坝开展三维有限元地震反应和坝坡抗震稳定性计算。结果表明,大坝在100年1%超越概率的校核地震(地震加速度为0.48g)作用下,坝体及面板的动力反应分布规律合理。其中,坝体顺河向、坝轴向、竖向加速度极值分别为13.93、13.91、13.80 m/s^(2)。考虑静动叠加后,在沥青混凝土面板反弧段的拉应变极值达0.95%,但小于改性沥青混凝土抗拉强度的一般允许值。因此,大坝即使遭遇0.48g的校核地震作用,亦能保持较好的整体安全性,不会出现重大抗震安全事故。

考虑监测数据时序特征和空间分布的堆石坝参数反演研究

随着安全监测技术的发展,柔性智能位移计、管道机器人等新型监测技术逐步被用于堆石坝的安全监测。高堆石坝在其生命期内中积累了海量的监测数据,充分利用这些数据,开展参数反演分析,可以提高堆石坝数值模拟的准确性,有助于合理评估堆石坝安全性态。论文基于时间序列聚类从海量监测数据选择有代表性、多样性的测点组合,提取时序特征构造目标函数,反映堆石坝变形的时空演化特性,采用多目标优化算法进行堆石坝各分区的材料参数反演。与现有参数反演方法相比,本文方法能合理利用堆石坝大量监测数据,充分反映其在填筑、蓄水和运行过程中的变形发展和空间分布特性,基于反演分析的材料参数其计算沉降值与实测值吻合良好,能够显著提升参数反演的精度。

时空融合的堆石坝变形预测模型及在安全监测中的应用

变形预测是堆石坝安全监测与健康诊断的重要手段,现有研究多根据堆石坝监测数据建立单测点预测模型,未充分考虑测点之间相关性进行整体建模,且现有模型难以对漂移数据进行长期精准预测。本文考虑堆石坝变形序列的时序依赖性和测点之间的协同相关性,提出了基于图卷积和循环神经网络、引入概率预测与全过程训练的时空融合变形预测模型。该模型首先采用图卷积网络对多测点特征进行自适应汇聚,然后利用循环神经网络中细胞状态与隐层记忆沿时间轴的传递性,实现对时空信息的挖掘与融合,最后通过线性层得到概率预测参数,提高了模型对监测数据噪声的鲁棒性。采用全过程训练方式,提高模型对影响因子与累积变形量内在关系的学习能力,实现对漂移数据的长期精准预测。最后以水布垭面板堆石坝为例,进行了模型对比实验与消融实验,介绍了该模型在堆石坝安全监测和健康诊断中的三种具体应用。结果表明,本文模型有效融合了时空信息,在预测精度方面显著高于现有模型,解决了现有模型对大坝整体变形规律学习能力差、漂移数据预测精度低的问题,可用于堆石坝变形长期预测、测点异常检测与缺损数据补全。

高心墙堆石坝接触黏土与岸坡接触特性的离心模型研究

为了提高砾石土心墙与岸坡之间的变形协调性,高心墙堆石坝通常在心墙与岸坡之间设置高塑性黏土,统称为接触黏土,接触黏土的变形特性对高心墙的应力变形性状和心墙的安全性有重大影响。开展了4组接触黏土与岸坡接触面的局部离心模型试验,通过调整施加的上覆荷载大小来探讨原型坝体不同高程处的接触面剪切位移发展规律。基于理论分析,提出了一个计算接触黏土与岸坡接触面离心模型试验中边界效应影响范围的解析表达式,以确定接触面离心试验中试验模型的相似比尺。试验结果表明:在原型坝体的不同高程处,接触黏土与岸坡之间均会产生一定的剪切位移,但不会出现分离现象;接触黏土和砾质心墙土变形主要以竖向下沉为主,并且接触黏土与砾质心墙土之间的沉降等值线变化较为连续,未出现陡变情况,这说明接触黏土起到了很好地协调变形的作用,因此在进行高心墙堆石坝的结构安全性分析过程中应考虑接触黏土与岸坡的接触效应。

高心墙堆石坝材料本构模型计算的适用性研究

为研究不同材料本构模型对高心墙堆石坝应力、变形计算的适用性,以RM 300 m级高心墙堆石坝堆石料的室内试验成果为基础,分别对邓肯E-B模型、沈珠江双屈服面模型及MPZG模型进行材料本构验证和坝体有限元分析。研究结果表明:3种模型均能较好地表现堆石料三轴路径下的应力响应,而邓肯EB模型在低围压下体积响应表现效果欠佳;3种模型计算的坝体应力、变形分布均符合一般规律,应力相近,但变形计算中邓肯E-B模型得到的沉降与顺河向位移均较大;在高心墙堆石坝建设初期,可采用邓肯E-B模型进行早期分析,后期宜采用沈珠江双屈服面模型、MPZG模型等进行决策评价。

堆石坝检测坑点云切片分割提取方法

堆石坝压实质量的检测是大坝工程安全稳定运行的重要保障措施之一。传统的灌水法中检测坑体积的测量耗时耗力,利用三维激光扫描技术可以快速计算检测坑体积,提高压实质量检测效率,而从扫描点云数据精确提取出检测坑点云数据是确保该方法计算精度的关键环节。本文提出了一种基于点云切片分割的堆石坝检测坑点云提取方法:首先对点云数据进行切片处理,然后采用单向搜索排序方法对每个切片点集进行点排序,最后采用一种基于切片点集排序序号的聚类分割方法分割每个点云切片,从而精确提取出检测坑表面点云。利用MATLAB编程实现了基于点云切片分割的堆石坝检测坑点云的快速提取,并通过堆石坝检测坑点云数据开展试验,验证了该方法的有效性。

P波空间斜入射下沥青混凝土面板堆石坝响应特性及面板破坏评价

地震波入射方位和斜入射角度对于沥青混凝土面板堆石坝地震响应结果有着显著影响。本文从地震动传播机制出发,基于波场叠加原理,推导了P波以任意入射方位角和斜入射角空间斜入射下弹性半空间自由场计算公式,建立了P波空间斜入射波动输入模型。以不同应变率下的沥青混凝土单轴动态拉伸试验结果为基础,提出了考虑抗拉强度随应变率实时变化的沥青混凝土面板破坏评价方法。考虑16种不同入射方位角和斜入射角下的P波空间斜入射工况,从面板应力和加速度两方面分析了入射方位角和斜入射角对某实际沥青混凝土面板地震响应特性的影响,并进行了沥青混凝土面板的抗拉破坏评价,分析了静态评价方法与动态评价方法的差异。结果表明:所建立的P波空间斜入射波动输入模型能够准确模拟半空间自由场,波动输入数值解与解析解符合良好;与垂直输入射相比,面板顺水流向、垂直水流向加速度峰值最大分别增加135.9%和92.7%,竖向加速度峰值最大减少68.3%;空间斜输入导致面板动应力增大,主拉应力和主压应力最大分别增加3.6倍和2.7倍,忽略入射方位角和斜入射角可能会严重低估面板的地震响应。传统将静态强度提高30%作为动态强度的面板抗拉破坏判别方法过于严格,本文提出的考虑应变率效应的沥青混凝土面板破坏评价方法较为符合实际。

主余震序列作用下面板堆石坝应变能及易损性分析

为研究主余震序列作用下面板堆石坝的抗震性能,定量分析主余震序列对坝体结构破坏的影响,基于增量动力分析(IDA),分别以总应变能及弹性应变能与总应变能的最大比值作为结构性能指标,得到该坝体在主余震序列作用下的应变能时程曲线和易损性曲线,研究主余震序列对该坝体抗震性能的影响。结果表明,主余震序列作用下的应变能时程曲线位于单一主震上方,表明主余震序列会加剧该坝体的破坏程度,特别是坝体在自振周期下的谱加速度Sa(T1)值较大时,所引起的坝体破坏程度更加显著;主余震序列作用下的易损性曲线位于单一主震上方,表明主余震序列作用下该坝体的破坏概率大于单一主震破坏概率,且主余震序列作用下的破坏概率与主震强度有关,主震强度越高,主余震序列作用下的破坏概率越大。

基于图像识别的堆石坝堆石料级配识别与评价

土石坝是水电行业应用最广泛的坝型之一,而堆石坝是其最优选择,其坝料颗粒级配对施工质量和运行安全具有重要影响。由于人工筛分具有很大的缺点,图像识别技术正在成为热点。基于图像识别对堆石料开展原位级配检测,针对石料颗粒的形状及分布特点,采用分层法将堆石料分为上、中上、中下、下总共4层,将4层级配曲线根据各自占比进行加权合并,合并曲线与筛分曲线误差在10%左右,相比之前减少了10%,检测结果更为为准确;同时建立了坝料粒径级配评价模型,统计已有堆石坝的分形维数,通过对比模型分形指标和筛分指标,验证了运用分形维数D来评价坝料级配分布的可行性。该方法可为类似工程中颗粒级配的快速、准确检测提供借鉴。