基于多轴强度准则的混凝土面板应力安全评价方法研究

混凝土面板作为面板堆石坝的关键防渗结构,其应力变形安全对保障工程安全运行至关重要。目前工程中普遍采用混凝土单轴标准强度评价面板应力安全,该方法忽略了面板应力状态对其强度的影响,会对面板破坏范围作出不合理的判断,因此,提出了基于多轴强度准则的混凝土面板应力安全评价方法,该方法通过确定混凝土强度调整系数及多轴强度应力水平指标评价面板应力安全。联合基于位移多点约束法的面板精细化计算方法及改进黏弹性方法全面考虑动位移和永久变形对面板动应力的影响,细致模拟地震过程中面板破坏发展过程。以强震区狭窄河谷上240 m级特高面板坝为例,对比分析了文中提出的多轴强度方法与当前单轴强度方法判断面板破坏范围的差异,结果表明:正常蓄水期,坝肩两侧面板位于“抗压强度削减区”、河床面板均位于“抗压强度增强区”,其中河床底部面板强度增加尤为明显,两种方法判断的面板受拉破坏区基本一致,但受压破坏区存在较大差异;遭遇地震情况下,多轴强度方法判断的面板受拉破坏区略小,而两种方法受压破坏区的位置和大小均存在显著差异。鉴于单轴强度方法无法考虑面板应力分布对其强度的影响,建议采用多轴强度准则指导特高面板坝混凝土面板设计和施工。

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.

基于颗粒破碎耗能的堆石料流变模型

由于堆石料流变的复杂性,现有的经验流变模型主要是根据流变试验结果,考虑围压和剪应力或其耦合效应的影响所建立,存在一定的随意性且存在参数多和物理意义不明确等问题。开展了红石岩堰塞料三轴压缩试验和流变变形试验,分析了流变过程中应变能与围压和应力水平的相关关系,得到了流变应变能的表达式;基于考虑颗粒破碎耗能的ROWE剪胀方程和流变过程中切线体积比保持不变的推论,推导得到了最终体积流变和剪切流变的表达式,所建立的模型可反映堆石料流变变形的机理。花岗岩堆石料、砂岩堆石料和砂砾料等其它堆石料的分析结果表明,提出的流变变形计算模型具有普适性。

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。

大西沟水库粘土心墙过渡性粘土的湿化变形试验研究

土石筑坝材料在库水位快速变化时往往会由于材料湿化产生附加应变,从而影响土石坝的变形及应力应变状态。现状研究集中于粗粒料,对粘土类材料湿化变形的研究很少。为此,结合大西沟水库大坝心墙过渡性粘土,采用“单线法”开展了湿化变形试验。结果表明,粘土材料的湿化变形小于粗粒料,应力水平高时差距更为明显;湿化轴向应变和剪应变关系与粗粒料变化规律相似;粘土的湿化轴向应变和体积应变总体呈线性关系。现有的粗粒料湿化变形经验模型不太适用于反映粘土的湿化剪应变,为此提出了一个综合考虑参数数量和准确度的粘土湿化经验模型以精确描述粘土材料的湿化变形。

考虑颗粒破碎的堆石体本构模型

对于高堆石坝而言,在高应力场作用下堆石颗粒将明显破碎,从而导致坝体变形率增加,因此,在高坝数值计算中必须考虑颗粒破碎的影响。传统的堆石体本构模型由于不能合理反映颗粒破碎的影响,导致计算变形与实测变形差别较大。在基于岩土破损力学二元介质模型概念的基础上,将堆石体视为结构体和破损带组成的二元介质,建立了颗粒破碎率和破损参数之间的关系,提出了可以考虑颗粒破碎的堆石体本构模型。并通过一个大型三轴剪切试验的算例,说明了该模型的合理性。

基于破碎能耗的粗颗粒料本构模型

现有的考虑颗粒破碎的本构模型主要是通过引入颗粒破碎率来反映颗粒破碎对材料力学性质的影响,由于颗粒破碎率只是粗颗粒料在受外荷作用下的一种外部表现,在测定的其它参数中实际上已经包含了颗粒破碎的影响,因此为反映颗粒破碎而引入颗粒破碎率的方法是不合适的。基于Ueng和Chen剪胀方程,通过分析三轴剪切试验过程中的能量平衡,提出了考虑颗粒破碎的剪胀方程及其参数确定方法。将Rowe剪胀方程和考虑颗粒破碎的剪胀方程分别引入Duncan E-ν非线性模型和沈珠江"南水"双曲服面模型,通过与三轴CD剪切试验成果的对比分析和工程实例的有限元数值分析,表明所提模型可较好地反映材料的剪胀特性。如采用弹塑性模型尚能反映颗粒破碎在增加变形的同时降低了材料的强度等特性,验证了所提模型的合理性和可靠性。与现有的考虑颗粒破碎的本构模型相比,所提模型具有试验工作量小、参数少和参数物理意义明确等优点,便于在工程中推广使用。

高面板堆石坝坝体流变性状

根据室内堆石料的流变试验 ,确定了坝料的流变参数 ,利用改进后的流变模型计算了公伯峡电站混凝土面板堆石坝的坝体和面板变形 .计算结果表明 。

沉积磷石膏的物理力学特性试验研究

磷石膏是磷酸生产过程中的副产品,目前的综合利用率尚不足25%,大部分需要堆存存放。受地形限制和经济效益考虑,中国主要为湿法堆存的山谷型堆场。依托柳树箐磷石膏堆积坝,针对沉积磷石膏首先开展了密度、含水率、渗透、土水特征和颗分等物理性质试验,然后开展了三轴CU、蠕变及动三轴等力学特性试验。试验结果表明:1沉积磷石膏的干密度与埋深没有相关关系;2沉积磷石膏不具有自然分级现象,但具有明显的各向异性;3沉积磷石膏具有较高的摩擦角和抗液化能力,但其蠕变变形较大、渗透比降较小。上述工作为分析磷石膏堆积坝的坝体稳定性提供了基础,对现行磷石膏库的运行管理以及新建工程的设计具有重要的借鉴意义。

基于堆石体二元介质模型的面板坝数值计算

对于高面板堆石坝而言,在高应力场作用下堆石颗粒破碎明显,从而导致坝体变形率增加,因此在数值计算中必须考虑颗粒破碎的影响,传统的堆石体本构模型由于不能合理反映颗粒破碎的影响,导致计算变形与实测变形差别较大。天生桥面板堆石坝为我国已建工程中同类坝型的第一座200m级高坝,具有丰富的原型观测资料,在基于考虑堆石体颗粒破碎的二元介质模型的基础上,采用平面有限元分析坝体的应力变形性状,并与实测结果进行了对比分析,结果表明:考虑颗粒破碎后,坝料的剪胀量将会减小,剪缩量相应增大,建议模型的计算结果定性上更加精确,定量上也更为合理,可以更好地反映面板坝尤其是高面板坝的应力变形特性。

砂板岩堆石料填筑200m级面板堆石坝的应力变形分析研究

西藏JD混凝土面板堆石坝工程最大坝高达189 m,大坝主要填筑区采用微风化、弱风化砂质板岩堆石料,坝料存在模量低、后期变形偏大、浸水易湿化等问题。基于系统室内试验测定的模型参数,采用三维非线性有限元方法对JD面板堆石坝进行了应力变形分析,并考虑了填筑加载、流变、浸水湿化等因素的影响。分析结果表明:坝体变形符合一般规律,运行期坝体最大沉降和坝顶工后沉降分别为165.6 cm和48.2 cm,为坝高的0.88%和0.26%,坝体最大沉降与类似工程相比处于中等水平,面板压应力在材料允许范围以内,拉应力略有超标,接缝止水变位在材料的允许范围以内;考虑湿化效应后坝体沉降位移增加5.3 cm,面板挠度增加6.7 cm,压拉应力均有所增大,止水接缝变位也有所增大。图7幅,表7个。

强震区土坝抗震措施研究

国内大量建于20世纪50～70年代的土坝,坝体施工质量普遍较差,且坝基为密实度较低的粉砂土。在地震作用下极易液化,为此必须开展地震动力安全性性评价,并研究相应的抗震工程措施。针对庆安水库,通过对混凝土连续墙、振冲碎石桩和抛石压重3种常用抗震加固方案的分析,推荐了土坝抗震加固的合理工程措施,可在类似工程中推广使用。

堆石料劣化及其对大坝安全运行影响的研究

在现有土石坝工程中,一些易风化的软岩已被广泛应用于坝体的填筑,在坝体长期运行过程中,堆石料含水率和温度变化的影响等会造成其力学性质的劣化,随着全球大气环境污染加剧,酸雨对其力学性质的影响也将日趋显著。堆石料是天然形成的,一般而言已有的生命周期可能比大坝的使用周期长得多,但在某些情况下岩石的力学特性会在很短甚至几个月内发生较大变化,堆石料力学性质的劣化会使其强度参数降低从而导致大坝安全稳定性下降,同时使坝体产生附加后期变形。现有的大坝设计中把岩体分成全风化、强风化、弱风化等,一般只考虑风化的现状,很少考虑工程建成以后岩体因风化而对其寿命和功能的影响。随着科技的进步,特别是环境岩土工程的进步,对风化现象从定性描述到定量研究的条件正在逐步成熟。针对单线法和双线法两种试验方法,分别提出了一个能够考虑堆石料风化影响的计算模型,可用于定量分析大坝使用周期内的坝体应力变形特性的变化,在此基础上对大坝内易风化软岩的分区布置进行了探讨。

灰坝的排渗结构形式

结合上安电厂向阳沟灰场灰坝加高工程,采用有限单元法对灰坝坝体5种排渗方案的渗流计算结果进行了对比,建议了灰坝排渗的结构形式,并用动力计算方法验证了该排渗结构的可行性.

软基上面板堆石坝加高可行性研究

汤浦水库东、西主坝拦河坝为混凝土面板堆石坝,坝高约30 m,建基面为第四系软基,为满足供水需求,需将坝高增加1.7 m,正常蓄水位增加2 m,大坝加高拟比选堆石体和空心箱体两种方案。首先通过土工试验初步确定了计算参数初始值,然后根据原型观测资料对老坝坝基参数进行了反演分析,确定了土体本构模型计算参数,最后对两种加高方案分别进行了三维有限元应力变形计算分析。研究表明,大坝经过15 a运行,地基固结已基本完成,为大坝加高创造了良好的条件。较之于空心箱体加高方案,堆石体加高方案对坝体变形、防渗体系应力变形以及周边缝变形的影响略大一些,但两种加高方案防渗体系的拉压应力均在混凝土抗拉和抗压强度允许范围内,周边缝的三向变位也小于设计允许值,两种加高方案均是可行的,空心箱体加高方案略优于堆石体加高方案。

关于“桩排距对双排抗滑桩内力的影响”的讨论

近日拜读了《岩土工程学报》2008年第7期申永江博士等撰写的“桩排距对双排抗滑桩内力的影响”一文，原文作者采用有限元方法分析了不同桩排距条件下前后两排抗滑桩的受力情况，并通过一监测实例验证了有限元分析成果的合理性。笔者前段时间刚刚从事-码头口门段抗滑桩的设计与计算，为满足结构设计的需要，很多抗滑桩工程需要设计为双排桩甚至多排桩，而目前对多排抗滑桩的计算尚缺乏有效的解析解法，该文为抗滑桩的设计与计算提供了很好的参考和借鉴，读后深受启发，但存在一些迷茫，与作者商榷。

高混凝土面板堆石坝变形安全内涵及其工程应用

在分析国内外高混凝土面板堆石坝出现的严重问题的原由的基础上,摒弃几十年来面板堆石坝经验设计的概念,指出高混凝土面板堆石坝除了通常土石坝要求的抗滑稳定安全和渗流稳定安全以外还必须满足变形安全的要求。建立了高混凝土面板堆石坝设计的变形协调新理念,包括坝体沉降协调、坝体水平位移协调、面板法线方向和坝轴线方向的坝体变形和面板变形同步协调,提出了高混凝土面板堆石坝变形安全设计的内涵包括变形协调准则、判别标准、计算方法和对策,以203.5 m高的Bakun坝为例,阐明变形协调设计新理念替代经验设计概念的必要性。

混凝土面板堆石坝堆石料流变特性试验研究

采用大型三轴仪对公伯峡水电站面板堆石坝坝内3种主要堆石料的流变特性进行了试验研究,分析了堆石料流变的影响因素,重点研究了应力状态对流变的影响,探讨了流变的规律性,发现堆石料的流变随时间呈指数型衰减,符合Merchant模型描述的变形规律。研究了堆石体流变模型,提出了最终体积流变和最终剪切流变的表达式。

冶勒水电站超深覆盖层防渗墙应力变形性状的数值分析

应用邓肯-张非线性弹性模型和双屈服面弹塑性模型,计算了冶勒水电站大坝和超深覆盖层中防渗墙的应力变形性状,分析了防渗墙垂直缝、防渗墙顶部垫座分缝、防渗墙底部残渣和防渗墙槽段间施工缝参数对防渗墙应力变形性状的影响.

深覆盖层上面板堆石坝防渗墙应力变形性状影响因素的研究

采用数值分析方法对深覆盖层上混凝土面板堆石坝的防渗墙应力变形性状进行了研究。研究了覆盖层特性、防渗墙混凝土特性、防渗墙施工顺序、防渗墙与坝趾之间距离和防渗墙形状对于面板堆石坝防渗墙应力变形性状的影响。总结出一些规律并提出相应的工程建议。