沥青混凝土心墙堆石坝心墙拱效应研究

心墙拱效应是影响土石坝安全稳定运行的重要因素,心墙力学特性复杂且受众多因素的影响,复杂地形地质条件对心墙拱效应具有重要影响。首先对比了直心墙、斜心墙、下直上斜式心墙拱效应的差异,在此基础上选取岸坡坡度、河谷宽度、覆盖层厚度以表征坝体所处的地形地质条件。基于数值计算定量研究复杂地质条件对沥青混凝土心墙拱效应的影响规律。结果表明:心墙应力拱效应主要集中在心墙中部3/4坝高附近及靠近岸坡处;斜心墙应力拱效应相对较小,可以很好地改善心墙的整体受力状况;岸坡变陡,斜心墙整体的拱效应强度增加,应力传递的核心区域由心墙中部拓宽至心墙两岸坡;随着河谷宽度的增加,应力传递的重心逐渐由底部转移到心墙两岸及心墙中上部;斜心墙整体的应力拱效应并非随着河谷宽度的增加单调变化,当坝轴线长度与坝高比值增加到3~4时,河谷产生的河谷效应对斜心墙变形及拱效应的影响大幅下降;随着覆盖层厚度的增加,斜心墙底部的拱效应明显增强,底部的拱效应系数分布逐渐集中化、区域化,容易产生局部破坏。

复杂条件下高面板堆石坝的特殊结构体安全监测设计体系研究

为了加强高面板堆石坝工程中挤压边墙、高趾墩和高趾墙等特殊结构体的安全监测,基于面板堆石坝安全监测设计资料,总结了特殊结构体在安全监测设计方面存在的不足和缺陷。通过收集整理国内包含高趾墩、高趾墙和挤压边墙等特殊结构体的高面板堆石坝数值分析成果,发掘特殊结构体的变形和应力应变规律,将特殊结构体的变形、应力应变及温度、接缝和渗流明确为安全监测设计重点;结合已有面板堆石坝工程的安全监测设计资料,构建了复杂条件下高面板堆石坝特殊结构体安全监测设计体系。该体系能够为在建和拟建的面板堆石坝特殊结构体安全监测设计提供科学的指导,全面提升面板堆石坝的安全监测水平。

某堆石混凝土拦沙坝施工期温度应力仿真分析

为了研究堆石混凝土技术在抽水蓄能电站中热力学性能和温度应力水平,依托某抽蓄水能电站的堆石混凝土拦沙坝工程,对坝体堆石混凝土在施工过程中坝体温度应力进行有限元仿真分析,初步掌握坝体在施工过程中温度应力变化规律,并据此进行坝体宽度和温控措施进行分析。结果表明:在施工过程中坝体内部最高温升低于堆石混凝土的绝热温升,且坝体整体应力水平较低,平均拉应力低于0.83 MPa,满足设计要求;对于不同坝段宽度,坝段宽度对该工程温度场和应力场影响不大,可进一步论证增加坝段宽度,简化施工工艺,降低施工成本。采取相当于8 cm~12 cm厚度的聚苯乙烯泡沫板的保温措施时可有效降低冬季坝体表面的高拉应力,避免产生开裂风险。

金沙江上游巴塘水电站沥青混凝土心墙堆石坝设计

金沙江上游河段的巴塘水电站工程,其挡水建筑物为最大坝高69m的沥青混凝土心墙堆石坝,工程坝址区地震基本烈度为Ⅷ度,区域地质条件较为复杂,存在一定的技术问题。在分析和借鉴国内外已建的类似工程的基础上,结合工程本身的实际技术特点,就该工程坝体结构设计、坝基处理、坝坡设计、沥青心墙与混凝土基座的连接方式、防渗心墙沥青混凝土材料的设计参数等方面进行了一些有益的方案设计。这些设计在工程上的实际应用,最终确保了工程建设的顺利实施,相关设计成果可为后续类似工程的设计提供一定的参考。

探地雷达技术在挤压边墙混凝土脱空检测中的应用

挤压边墙作为面板与垫层料之间的过渡层,在面板混凝土施工之前,需要对挤压边墙与垫层料之间进行脱空检测。本文结合工程实例阐述了利用地质雷达技术对挤压边墙脱空检测的基本原理、图像特征、工作布置、参数选取等,并用开挖验证方式证明了地质雷达法在该领域的有效性与可靠性。

高聚物注浆修复的面板堤坝探地雷达波场特征分析

针对高聚物注浆修复堤坝面板脱空病害的修复效果问题,依据实际堤坝面板层间结构和材料介电参数,基于时域有限差分法和完全匹配层边界条件建立了高聚物注浆修复面板脱空堤坝的探地雷达电磁波计算模型,分析了雷达中心频率、面板脱空修复程度及脱空区域大小、面板厚度及配筋等因素对高聚物注浆修复面板脱空堤坝探地雷达波场特征的影响。结果表明:随着激励源中心频率增大,探地雷达剖面图分辨率逐渐增加;随着脱空区域长度增加,探地雷达剖面图中产生的水平状界面反射波增长;随着脱空区域深度增加,探地雷达剖面图水平状反射线之间时间间隔逐渐增大;随着堤坝面板厚度增加,在面板脱空修复区域绕射波和衍射波幅值减小;探地雷达发射的电磁波遇到钢筋时将产生能量较强的绕射波,强绕射波将脱空区域上下分界面的反射波分割开,难以判断反射波的水平长度。根据高聚物注浆修复面板脱空堤坝的探地雷达波场特征,能有效判断堤坝面板脱空区域的高聚物注浆修复效果,有助于解释实际堤坝面板高聚物注浆修复效果的探地雷达图像。

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。

基于改进流变元件模型的层状深厚覆盖层流变对面板坝结构性能影响的数值分析

在深厚覆盖层上建造面板堆石坝,除考虑水-土流固耦合外,还应考虑坝基流变的影响。为了更好地模拟坝基流变对大坝及渗控体系的真实受力,基于深厚覆盖层所呈现出的层状特性,首先改进新的流变元件模型H-KS以适应层状覆盖层,然后借助Comsol建立流变与流固耦合模型,最后按时间顺序计算了河口村面板坝各阶段的力学指标,分析了坝基流变对大坝及防渗体系的影响。结果表明:对于各向异性明显的层状坝基,采用H-KS流变模型能较好反映大坝各阶段的应力、变形和渗流实际情况,误差均在5%以内;计算结果相比不考虑流变的DuncanE-B模型,应力和变形均增大11.8%以上,部分增量对大坝结构的安全稳定造成影响;填筑期的沉降和应力总量占比达70%以上,但单位时间增量却较小,如沉降增量仅为0.015m/月;蓄水期的岩土体流变及流固耦合作用对大坝各部位强度和刚度影响最大,应力及沉降增长率分别为0.02MPa/月、0.038m/月;运行期的各指标增长率逐渐趋缓,最终趋于稳定,但变形和应力增量可能会导致主要结构失稳或破坏。混凝土面板-趾板-连接板-防渗墙是完整、有效的渗流控制体系,坝基流变导致防渗墙上部水平位移增大,整体强度降低;趾板和面板在中部有受弯破坏的趋势。层状岩土体流变具有时效性,该层状坝基的流变在蓄水后2~3a间基本完成,相应指标也趋于稳定。研究结果对层状覆盖层上的面板坝安全稳定体系的建立提供了理论支持。

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。

大倾角坝基上混凝土面板堆石坝滑移变形特征研究

抽水蓄能电站是实现“双碳”战略目标的重要举措,混凝土面板堆石坝作为抽水蓄能电站上水库大坝的优选坝型之一,往往坝基顺河向坡度较陡,坝体容易产生顺坡向滑移变形,坝坡抗滑稳定性较差,危及抽水蓄能电站上水库大坝运行安全。因此,建立大倾角坝基上混凝土面板堆石坝数值模型,研究大倾角坝基上混凝土面板堆石坝滑移变形的规律,揭示大倾角坝基上混凝土面板堆石坝产生滑移变形的机制,提出减小其滑移变形的物理力学和几何结构设计措施。研究结果表明,较大下滑力和较小抗滑力是大倾角坝基上混凝土面板堆石坝容易产生滑移变形的根本原因;坝基倾角越大,重力沿坡面分力越大,坝体滑移变形越大,坝坡安全系数越小(当坝基倾角大于15°时,坝坡安全系数小于规范要求的最小值1.5);增设压坡能够有效减小坝体滑移变形,显著提高坝坡抗滑稳定性,压坡平台高度越高、宽度越宽和黏聚力、内摩擦角越大,坝体滑移变形越小,坝坡安全系数越大,推荐压坡平台高度和宽度取1/2倍主坝最大坝高,压坡密实度(黏聚力和内摩擦角)与主坝堆石密实度相当。

句容抽蓄上水库筑坝料E-B模型分期反演参数对比分析

为预测句容抽蓄上水库坝体和库盆在竣工期和蓄水后产生的变形,利用施工期上库主坝和库盆的变形监测资料,对填筑料E-B模型参数进行分期反演。在此基础上,采用第三期反演参数,对竣工期和蓄水后的库盆变形特性进行预测和分析。研究表明,利用早期短时序坝体变形监测资料得到的模型反演参数偏大,随着坝体填筑高度的增加,采用后期长时序变形监测资料反演得到的模型参数逐渐减小并趋于真实值;在E-B模型中引入初始应力状态参数S0可以考虑现场压实坝料的超固结特性,S0越大,坝体变形越小,经历高强度碾压后的填筑料S0在0.40~0.55之间;基于第三期反演参数的库盆竣工期沉降计算结果与实测结果总体吻合较好。研究结果可用于指导工程实践。

软岩筑坝技术在某面板堆石坝的应用研究

本文采用邓肯张e-b模型,使用通用岩土分析软件MIDAS GTS NX软件对大坝建立了三维模型,设计四种不同分区使用软岩的方案,分别为主体、主堆石区、次堆石区以及次堆石区510~610 m高程部分使用软岩,并对四种方案下面板堆石坝的应力与变形进行了分析。得到以下结论:采用软岩的大坝应力与变形分布规律与传统堆石料类似,在次堆石区部分部位使用软岩可以大大降低大坝的应力与变形,软岩用于高面板坝坝体填筑是安全可行的。分析结果对工程设计优化、类似工程借鉴、保证工程安全具有一定的参考价值。

本构模型对面板堆石坝动力特性影响及敏感性分析

为研究堆石料本构模型及模型参数对面板堆石坝动力响应特性的影响,基于有限元方法和动力时程分析,分别采用邓肯-张E-B模型和南水模型对某沥青混凝土堆石坝进行动力计算,比较了两种本构模型下坝体的静动位移、动应力和地震永久变形的分布规律和数值大小,在此基础上针对堆石料参数设计了正交试验,采用极差和方差分析方法研究了参数敏感性。结果表明,两种本构模型下面板坝的动位移分布规律相似但数值大小不同,动应力大小和分布规律均不同,参数K和Rd分别是邓肯-张E-B模型和南水模型中对坝体动位移最敏感的参数。

不同基座高度对沥青混凝土心墙堆石坝受力特性的影响研究

为研究不同基座高度对沥青混凝土心墙坝受力特性的影响,采用邓肯-张E-B模型作为坝体及心墙的本构模型,对大坝施工和蓄水过程进行模拟,并依据基座与心墙的高度关系拟定5种计算方案,对比不同基座高度下堆石体和心墙的受力特性。结果表明,基座越高,大坝堆石体竖向位移及第一、三主应力越小,而心墙第一、三主应力越大,竖向位移则随基座增高而减小。在此基础上,利用熵值法构建了基座影响定权模型,量化了基座高度变化对大坝不同部位的影响程度:基座高度变化对心墙的影响(权重56.06%)最显著,建议工程设计和安全评价需要考虑基座高度发生变化时对心墙第一主应力状态的影响。研究成果可为沥青混凝土心墙堆石坝工程设计和施工提供参考依据。

某高面板堆石坝设计与研究

混凝土面板堆石坝是一种安全经济的坝型,对地形、地质和气候条件有广泛的适用性,在世界范围内得到了广泛的应用,近几十年来得到迅速的发展。本文对某高面板堆石坝进行了设计,采用邓肯张e-b模型,使用通用岩土分析软件MIDAS GTS NX软件对大坝建立了三维模型,拟定三种参数方案,对面板堆石坝的应力与变形进行了分析,确定了最优参数方案,得到了大坝在竣工期及蓄水期的应力与变形,分析结果对工程设计优化、类似工程借鉴、保证工程安全具有一定的参考价值。

华山沟芯膜堆石坝坝顶塌陷病机研究

华山沟土工膜砾石土复合心墙堆石坝发生冒顶塌陷病害,文章以监测资料分析、现场勘察、物探资料分析、建模分析为手段开展病害机理分析。物探试验证明坝体土工膜及心墙均发生局部变形破坏致防渗系统损坏;监测资料表明在2670m高程附近存在渗漏通道;数值模拟计算印证在2662~2670m高程土工膜存在破坏的可能性大。土工膜砾石土复合心墙的施工工艺和质量缺陷导致不可协调的超量变形,进而使防渗体系破损,加之反滤层未起作用,终致冒顶塌陷。研究结果为分析芯膜堆石坝渗漏变形破坏机理和病害诊疗提供参考依据。

小山口水电站砂砾石面板坝三维静、动力有限元计算分析

鉴于小山口水电站为软岩基础,坝体较长,且混合坝接头部位非常复杂。为了解决该坝体面临的变形控制难、坝体抗震等级高等设计难题,结合砂砾石面板坝结构、坝壳料设计,通过构建三维有限元模型,该模型包括坝体、泥岩和沙质泥岩基础组成。在静力本构分析中,采用了非线性邓肯E-B模型,而在动力本构分析中,则使用了等效线性粘弹性模型。通过这个模型,对坝体的应力和变形进行了全面系统的研究和分析,同时对坝体的抗震性能和抗震稳定性进行了验证。结果表明,在各种工况下坝体所表现出的变形规律合理。同时在混凝土面板最大拉应力和压应力都符合所采用混凝土材料的允许应力要求,坝体的抗震性能和抗震稳定性满足规范要求。

基于insar和人工监测新疆BEJ水库变形体稳定性分析

以新疆BEJ水库为研究对象,通过变形观测分析和理论计算,BX1体垂河向水平位移量为3.78 cm,平均速率0.038 mm/d;垂直沉降总量4.61 cm,平均速率0.046 mm/d;各阶段监测水平位移速率0.038 mm/d→0.023 mm/d→0.034 mm/d→0.015 mm/d→0.010 mm/d;水库蓄水后,BX1变形体发生明显变形,处于蠕动变形状态。建议加强监测预警工作,做好安全保障措施。

过渡料特性对沥青混凝土心墙开裂的影响

沥青混凝土心墙的应力水平变化不仅受自身材料特性影响,也受相邻过渡料特性的制约,改变过渡料特性会对心墙水力劈裂产生较大影响。为探明过渡料特性变化与心墙开裂之间的关系,采用邓肯张E-B模型对庙堂心墙堆石坝进行有限元计算,提出了抗裂安全系数Kn来表征心墙发生水力劈裂的危险程度,并在此基础上采用正交实验的方法比较了过渡料E-B模型各个参数与心墙开裂的相关性,得出结论:过渡料刚度越大,心墙发生水力劈裂可能性越大;在过渡料选择上,应当优先考虑高敏感性因素破坏比(R_(f))、卸荷再填筑时的弹性模量指数(n)、土体内摩擦角(φ_(0))、初始弹性模量(K),在满足沥青混凝土心墙坝设计和施工规范的前提下,选取R_(f)较大,K、φ_(0)较小的过渡料,能够有效提升沥青混凝土心墙坝抗裂性能。

夹岩水利枢纽工程大坝混凝土面板裂缝成因分析

本文基于安全监测和现场试验资料,详细分析了坝体沉降、面板挠度与脱空、面板应力应变、温度以及添加防裂剂等因素对面板结构的影响程度。结果表明,由内外大幅温差、温降引起的干缩变形和温度应力是面板开裂的主要原因;同时面板在局部约束情况下,其水平向应力状态将发生显著变化,工程中应避免出现强约束情况,另外合理添加防裂剂可改善混凝土顺坡向应力状态。该研究成果可为后续工程施工提供技术支撑,供类似工程参考借鉴。