粗粒筑坝材料密实度的缩尺效应研究

针对已有研究成果忽视密实度缩尺效应对粗粒筑坝料力学性质影响的问题,根据双江口300m级土石坝堆石料的原平均设计级配曲线,采用4种不同缩尺方法得到室内干密度极值试验成果,利用粗粒筑坝材料的级配设计母线——Talbot曲线,引入分形几何理论,选取对级配性质较为敏感的Talbot公式的指数n以及反映颗粒形状与粗糙度的因子作为分形指标,解译粗粒料密实度出现缩尺效应的内在原因,为粗粒料级配构成对密实度影响的量化评价提供依据,克服以往只能利用不均匀系数和曲率系数进行模糊评价的缺点。利用PFC2D软件,结合混合法各缩尺比级配进行干密度极值数值试验,研究缩尺效应对粗粒料的相对密度、孔隙率的影响规律,并分析引起其差异的细观机制。

沥青混凝土面板与土工膜防渗连接方式研究——以江苏句容抽水蓄能电站为例

江苏句容抽水蓄能电站上水库采用库周沥青混凝土+库底土工膜相结合的防渗措施,这两种防渗措施在抽蓄电站中尚属首次结合运用,其中土工膜和沥青混凝土之间连接接头的设计及施工难度较高,尚无成果经验借鉴。为此,采用三维有限元计算和模型试验相结合的方法,研究了适应高坝以及回填库盆大变形条件的库周沥青混凝土面板+库底土工膜的3种接头连接型式。研究结果表明:在沥青混凝土面板底部设置与土工膜的混凝土连接板的方案较优;同时,针对土工膜与沥青混凝土面板直接锚固的方案,若能验证锚固用环境砂浆与沥青混凝土的长期运行可靠性,仍不失为一种创新性方案。

免疫遗传算法在土石坝筑坝粗粒料本构模型参数反演中的应用研究

建立了确定筑坝粗粒料本构模型参数的有限元计算理论与IGA相结合的反演分析方法,利用公伯峡筑坝现场大型载荷试验资料,对筑坝原级配料的本构模型参数进行了反演研究。结果表明,由于在微弱风化花岗岩掺加云母片岩,颗粒破碎严重,爆破堆石料(3BⅠ)的原级配粗粒料反演参数远低于室内三轴试验成果;与3BⅠ堆石料相反,砂砾料(3BⅡ)现场反演得到的邓肯E～B模型参数高于室内三轴试验值;室内三轴试验成果不能客观反映筑坝材料的力学特性,对于当今的300m级高土石坝建设,宜加强对原级配粗粒料的力学特性研究;同时对原型实测的空间位移场不同拟合方式进行了探讨,认为仅考虑铅直向变形的IGA参数反演成果能基本满足土石坝工程的精度要求。

西龙池抽水蓄能电站地下厂房随机块体稳定性分析

基于三维裂隙网络模拟技术和块体理论,对山西省西龙池抽水蓄能电站地下厂房进行了随机块体的稳定分析与预测。验算了系统锚喷支护对不稳定块体的支护效果,论证了不稳定块体的加固措施和支护参数的合理性,为工程设计和施工提供了可靠的依据。

狭窄河谷地形对200m级高面板坝变形和应力的影响研究

目前,世界上尚无有关建造在狭窄河谷上的200m以上高面板坝的报道。本文利用三维非线性有限元分析方法,结合一座拟建中的河谷宽高比仅为1.88的225m高的面板堆石坝,对坝体的变形和应力进行数值计算,对狭窄河谷上建设的高面板坝可能存在的问题进行了探讨。分析了狭窄河谷的拱效应对大坝的变形和应力的影响,建议了相应的工程措施。

基于分形理论的堆石料级配设计方法

根据分形理论,推导了堆石料级配的分形分布公式。利用6座心墙坝和5座200 m级面板坝工程的现场级配检测资料进行验证,相关系数基本在0.95以上,吻合较好;相对于不均匀系数Cu和曲率系数C_c指标,粒度分形维数可以更客观地反映堆石料填筑级配平均特性;对英安岩、凝灰岩和混合岩等不同母岩特性的缩尺堆石料进行了室内干密度试验研究,同时结合水布垭等4座大坝原级配堆石料的检测资料,研究了级配(粒度分形维数)与压实干密度的关系,认为级配是影响堆石料压实性能的主要因素;利用粗粒土级配的Cu,C_c与分形维数的关系,首次提出了堆石料、过渡料等大粒径筑坝材料的良好级配范围,其粒度分形维数在2.22~2.63之间。研究结论可为堆石料的级配设计与优化提供依据。

筑坝土石料的统一广义塑性本构模型

室内三轴试验资料的分析表明:与砾石土心墙料不同,密实堆石料、砂砾料的破坏应力比,随围压的增长出现明显降低;而反映坝料剪胀特征的应力比,随着围压的增长基本不变。根据试验资料,建立了描述土石料剪胀状态和破坏状态的统一应力表达式;针对现有广义塑性模型不能合理反映土石料压缩性的问题,采用改进剪胀方程,利用室内压缩试验和三轴剪切试验成果,构造弹性和塑性模量,提出了一个可以考虑土石料复杂加载特性的实用的统一广义塑性本构模型;将上述模型编制程序,模拟土石料的试验加载,得到预测值与试验数据吻合良好,可较好反映筑坝土石料的应力变形特性。

茅坪溪土石坝安全复核

利用施工期的现场监测资料,应用非线性粘弹性有限元仿真分析,对茅坪溪土石坝进行了安全复核。采用邓肯E μ模型作为坝体填料的本构关系模型,沥青混凝土材料参数根据监测资料反演求得。大坝的安全复核分析结果揭示了分区填筑的高沥青混凝土心墙的变形和应力特性。结论认为:水库蓄水后沥青混凝土心墙不会产生水力劈裂,大坝是安全的。

粗粒筑坝材料的增量流变模型研究

针对全量型流变模型与加载应力路径无关,不能考虑施工或蓄水期在变应力作用下土石坝流变遗传特性的问题,基于继效理论,结合某工程堆石料的三轴流变试验资料,提出了适合于土石坝筑坝材料流变特性分析的7参数增量流变模型;利用试验各级增量荷载作用下的最终体积流变量与对应体积应力之间为近似线性关系,最终剪切流变量与对应的试验广义剪应力之间接近双曲线关系,整理得到其流变体积模量和剪切模量等模型参数;验证分析表明,建议的增量流变模型计算值与试验结果吻合较好,其可应用于实际土石坝的流变研究。

超深覆盖层沥青混凝土心墙坝坝基防渗方案研究

坝基防渗方案的选择是超深覆盖层上高土石坝建设需要解决的关键技术问题之一。黄金坪沥青混凝土心墙堆石坝坝基为最大深度达133.9 m的强透水性砂砾料覆盖层,且河谷左右两岸地形不对称,为研究不同防渗墙和廊道设计方案对大坝变形与应力的影响,用三维有限元法对不同坝基防渗方案的大坝应力变形性状进行了数值分析。分析认为,坝基采用封闭式混凝土防渗墙、结合小尺寸廊道与沥青混凝土心墙相连的防渗方案,对坝体的应力和变形更为有利。

实验教学改革与培养学生创新能力的实践及思考

在分析高校实验教学现状的基础上 ,介绍了实验教学改革的做法 ,提出了培养创新能力的几点思考。

基于气象负荷因子的Elman神经网络短期负荷预测

针对地区电网负荷易受气候影响的特点 ,引入气象负荷因子 ,提出了一种综合考虑各项气象因素 ,采用Elman反馈神经网络的短期负荷预测模型。由于 Elman神经网络具有动态递归性能 ,可增强负荷预测模型的适应性。经上海电网实际数据的预测仿真计算 ,证明此方法与传统神经网络预测模型相比 ,既能减少输入变量个数 ,又能有效地提高预测精度。

碧口心墙堆石坝抗震复核分析

经历"5.12"汶川大地震后,碧口心墙堆石坝出现不同程度的震损现象。根据汶川地震自由场峰值加速度随断层距的衰减关系,利用距坝址较近的文县地震台站(062WIX)实测记录,推求碧口水电站坝址岩基输入加速度时程。通过类比相关工程室内大型动三轴试验资料,结合筑坝材料的工程特性,确定大坝填料的动力模型参数。基于三维动力有限元分析TSDA程序,计算得到的大坝震后永久变形、心墙动孔隙水压力与实测资料较为接近;大坝的绝对加速度反应不大,最大放大倍数仅为2.36倍,坝基防渗墙的动力反应也较小。由于坝址区位于汶川地震发震断层的上盘,虽然地震持续时间较长,但地震波的高频分量发育,大坝的动力反应小于依据《水工建筑物抗震设计规范》设计反应谱合成规范波的对应值。研究结果表明,采用现代重型振动碾压技术填筑的碧口心墙堆石坝具有良好的抗震性能,现阶段土石坝抗震计算理论与方法基本合理。

土石坝沥青混凝土心墙力学参数反演分析

沥青混凝土的本构模型参数与试件成型方法、试验条件密切相关,具有较大的离散性,难以准确确定。利用基于免疫学原理的遗传算法与有限元计算理论,建立了土石坝力学特性参数的反演分析方法,并编写了相应的计算程序。结合三峡茅坪溪沥青混凝土心墙堆石坝工程,利用竣工期坝体填筑现场原型监测资料,对心墙沥青混凝土的Duncan模型参数进行了反演计算。利用139m水位的原型监测资料验证了反演成果的合理性,对沥青混凝土力学参数的合理确定提供了一条有效途径。

高心墙堆石坝填筑标准的试验研究

近期建成的几座高心墙堆石坝的监测资料表明,坝体的分区变形协调性并没有达到设计目标。为此,结合建设中的长河坝300m级心墙堆石坝,开展了坝壳料的室内和现场大型相对密度试验,得到了相应的相对密度指标,并对各分区的填筑标准进行了讨论。结果表明:①由于级配为较好的分形分布、压实性优良,现场堆石区的填筑平均孔隙率达到19%,优于21%的设计指标,但相对密度仅为0.65;②根据规范要求设计的反滤2区、过渡区和堆石区的填筑相对密度在0.96～0.65之间,其压实程度存在明显差异,不易保证坝体各分区的变形协调;③采用与现场压实功能相匹配的室内相对密度试验技术,可解决高心墙坝的反滤料或面板坝的垫层料相对密度大于1的问题;④高坝堆石体的变形控制设计,需要考虑级配效应的影响,宜采用孔隙率和相对密度双控填筑指标。结论可为高堆石坝的设计与建设提供参考。

一座200m级高面板坝的变形和应力计算研究

利用三维非线性有限元分析方法,结合一座拟建中233m高的面板堆石坝,对坝体的变形和应力进行了预测.计算整理了面板的应变,结合已建类似工程的实测资料,对面板进行了初步的防裂分析.研究结果表明:蓄水期面板的应变极值与坝高的相关性不明显,但面板分期施工将导致其变形和应力更为复杂,需对大坝填筑的施工顺序进行优化设计;若采用合理的材料分区,且计算坝体的变形不超过限值,则面板坝方案在技术上是成立的.

粗粒筑坝材料的动力变形特性

结合室内大型动三轴试验资料,对粗粒料的动力变形特性进行研究后认为,在复杂的高应力条件下振动过程中试验粗粒料由于体积缩小而变得更为密实,其动应力-应变关系与Hardin-Drnevich模型的双曲骨架曲线假定有明显差异,其阻尼特性也不符合Hardin假定;提出了反映试验过程中材料振动硬化特性的幂函数型动应力-应变关系模型和基于试验资料的粗粒料阻尼比估算公式;粗粒料的动残余变形特性与其初始密度、静应力状态、动荷载、振动持续时间等因素密切相关,建立了考虑初始固结围压影响的粗粒料残余应变与动剪应力之间的关系模型。可为强震区超高土石坝的深入研究提供可靠的理论依据。

基于现场大型承载试验的原级配筑坝堆石料力学参数反演研究

基于水布垭面板坝的现场大型承载试验成果,采用基于IGA的反演方法,研究了栖霞组灰岩、茅口组灰岩两种原级配筑坝堆石料的邓肯E–B模型参数。结果表明:在相同应力加载路径条件下,现场原级配堆石料比经过缩尺后的室内三轴试验试样具有更大的体积变形和更高的切线弹性模量,两者的力学性状存在较大差别。对栖霞组原级配灰岩堆石料的回弹模量参数反演分析得到K ur约为K值的2倍,而nu r远大于邓肯建议的直接引用加载时的弹性模量指数n值。宜加强现场原级配粗粒堆石料的力学性质研究,为超高堆石坝的建设提供更为可靠的理论依据。

“5·12”汶川地震紫坪铺面板堆石坝静动力初步反演研究

根据"5·12"汶川地震峰值加速度衰减关系,推求坝址基岩EW、NS、UD方向峰值加速度分别为0.52g、0.46g、0.43g,然后采用比例法将实测加速度记录(051MXT)换算得到紫坪铺大坝动力计算的输入加速度时程;在利用建设阶段变形监测资料反演堆石体静力模型参数得到大坝静应力的基础上,结合吉林台、猴子岩等工程室内试验资料类比得到了堆石体反映振动硬化特性动力模型的初步参数,并结合关门山、察汗乌苏等工程的现场原位试验资料和大坝实测地震加速度的频谱特性进行了调整复核;通过计算输入地震加速度的等效振动周数,利用实测资料对大坝堆石体的永久变形参数进行了反演分析。结论认为:振动硬化动力模型反映了大坝堆石体地震过程中的"震缩"现象,"5·12"汶川地震主震时间较长和坝址近震的铅直向加速度较大,是紫坪铺大坝震后永久变形较大的主要原因,Ⅱ、Ⅲ期混凝土面板的错台由于堆石体永久变形引起的次生破坏。现有土石坝动力分析理论和方法基本可以反映土石坝的抗震性能。

深覆盖层上混凝土面板堆石坝地震反应分析

利用三维非线性有限元动力分析法研究了地震区深厚覆盖层地基上高混凝土面板堆石坝的地震反应．分析中考虑堆石的动力非线性及地震时坝体动水压力作用，提出了深厚覆盖层地基中细砂透镜体的液化分析方法．结论认为：位于８度烈度地震区深厚覆盖层地基上的混凝土面板堆石坝，趾板建于地基混凝土防渗墙顶部，地震反应在容许范围内；深厚覆盖层地基中的细砂透镜体在较高围压作用下不会液化．地震区深厚覆盖层混凝土防渗墙上的高面板堆石坝在技术上是可行的．