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。

不同弯曲段长度对超高沥青混凝土心墙受力特性影响分析

传统沥青混凝土心墙坝在水平水压力推动下心墙易产生水力劈裂,通过将两端坝肩处心墙向上游起拱,能够减小心墙中的拉应力及拉应力区域面积,避免心墙产生水力劈裂破坏。采用三维有限元数值模拟方法,研究心墙两端不同弯曲段长度对沥青混凝土心墙坝的应力及变形影响。计算中采用Duncan-ChangE-B模型作为坝体及心墙材料的本构模型,对大坝填筑和水库蓄水过程进行模拟,将心墙两端弯曲段长度分别取为心墙沿坝轴线长度的10%、15%、20%,以获得不同弯曲段长度对沥青混凝土心墙和坝体的位移、应力分布的影响规律。计算结果表明,首先坝体的变形及应力均在允许范围之内,当心墙两端弯曲段长度取为心墙沿坝轴线长度的20%时,能最佳改善沥青混凝土心墙的受力特性,坝体填料和心墙材料满足强度要求,结果可为结构设计、施工提供参考依据。

基岩地基上心墙堆石坝基座体型对基座结构的影响

为研究合适的基座体型方案,以重庆巫山庙堂水库为例,采用数值模拟的方法分析了基座上游侧角、下游侧角和宽度对心墙与基座连接结构的影响,并提出了基座体型优化方案。结果表明,对于基座应力,影响程度由大到小依次为下游侧角>基座宽度>上游侧角;对于心墙竖向位移,影响程度由大到小依次为上游侧角>下游侧角>基座宽度;优化方案有利于连接结构的应力安全和变形控制,各项指标均有不同程度下降,尤其是拉应力最大值较初始方案降低了71.1%,此优化方案可供同类工程参考。

SH波不同入射方位下沥青混凝土心墙土石坝响应特性及安全评价研究

地震波空间斜入射下沥青混凝土心墙和坝体的破坏模式及安全评价的研究存在较大不足。考虑SH波入射方位角的空间任意性,基于波场叠加原理构建了地基边界上的非一致自由场,建立了SH波三维空间斜入射下的波动输入方法;基于试验结果建立了沥青混凝土瞬时抗拉强度随应变速率变化的经验公式,提出了依据瞬时拉应力和瞬时抗拉强度判别单元抗拉破坏的心墙安全评价方法;分析了入射方位角对过渡料与心墙之间的位错、心墙应力的影响规律,开展了坝体单元抗剪破坏评价,明确了不同入射方位下心墙和坝体的抗震薄弱部位。结果表明:地震波振动方向平行于水流向是过渡料位错、心墙拉应力和坝体局部动剪切破坏的最不利激振方位。与振动方向平行于坝轴向相比,振动方向平行于水流向时过渡料水平向脱开和竖直位错分别增大19.25倍和2.19倍,心墙最大拉应力增加1.8倍,上游坝坡单元发生动剪切破坏的深度加深。相对本文提出的心墙抗拉破坏判别方法,传统判别方法会导致心墙的破坏程度被高估。

沥青混凝土心墙施工参数试验及应用

针对红鱼洞水库不对称高陡、高缓岸肩施工百米级沥青混凝土心墙的特点,为减少过渡料和沥青料的施工干扰等不利影响,选用一体式联合摊铺机,对过渡料和沥青混凝土的同一层不分段、一次性完成摊铺成型。通过对拌和、运输、摊铺、碾压、缝面处理等主要工序的最优施工工艺及参数总结,有效控制了沥青心墙施工质量,缩短了施工工期,节省施工成本,取得较好成效。

峡谷区心墙堆石坝填筑施工技术及质量控制

依托重庆某水库沥青混凝土心墙堆石坝的施工过程,通过对现场碾压质量进行试验检测,确定了灰岩堆石料的施工控制措施,即采用进占法卸料,虚铺料厚度为100.0 cm,不需要加水,使用32 t重型振动碾大振幅(2.42 mm)和高频率(31.00 Hz)静压2遍,然后振动碾压8遍,行车速度应该小于3.0 km/h。碾压过程采用进退错距法,错距为30.0 cm。爆破采用深孔梯段微差爆破方式,爆破后颗粒的相关力学指标满足设计要求。进一步确定了灰岩堆石料填筑质量控制指标采用孔隙率和渗透系数,通过施工过程的优化和改进,大坝填筑施工速度得到了极大提高,高峰期实现了每日1层(1.2万m3)的填筑施工记录。经过现场试验检测,填筑料的孔隙率和渗透系数满足设计要求。实现了对V形峡谷心墙堆石坝分区、分片填筑碾压技术的新突破。

黏土心墙堆石坝防渗土料掺配加工技术研究

针对土石坝项目因周边环境、水文地质不良以及征地问题造成的土料场料源储量少、质量不合格等问题,笔者以广西蒙山古皂水库为例,分析土料加工控制原理,研究土料开采、加工、运输等环节的控制措施,总结出控制黏土心墙堆石坝防渗土料质量优化的施工技术,提出适用于该项目的防渗土料掺配加工工艺。结果表明:所提出的工艺将土料生产效率从600 m3/d提高到850 m3/d,效率提高了41.67%;大坝心墙填筑工期由原计划的12个月缩减至9个月。研究成果可为土石坝土料加工提供参考。

黏土心墙堆石坝坝体填筑施工关键技术探析

为有效解决坝体填筑工程量大、施工周期长、质量难控制等难题,文章结合某黏土心墙堆石坝实例,从填筑料控制指标、填筑碾压试验、坝体填筑施工等方面进行研究,提炼并总结出一套黏土心墙堆石坝坝体填筑施工技术,不仅保证了坡面平整度、密实度满足设计要求,极大提高了生产效率,且防范了施工质量病害隐患。本文研究成果可供后续类似大坝填筑施工参考。

土工膜缺陷对土工膜心墙堆石坝工作性能的影响分析

土工膜是土工膜心墙堆石坝的防渗体,土工膜缺陷会引起土工膜心墙堆石坝的渗透特征发生改变,导致坝体发生渗漏,坝体的工作性能亦受到较大影响。为研究土工膜出现缺陷后土工膜心墙堆石坝的工作性能,以某24 m高土工膜心墙堆石坝为例,采用数值模拟的方法,计算分析了缺陷大小、位置、数量及库水位变化等因素的影响。计算结果表明,缺陷高程在1/2库水位高度时,坝体的浸润线高度最高,渗流量最大;随着缺陷大小的增加,坝体内部浸润线高度及坝体渗流量均会增加;库水位的上升会导致坝体的渗流量及坝体内部浸润线增加,水位相同时不同的上升速率渗流计算结果基本一致;坝体的变形特征受单个土工膜缺陷的影响较小,与无土工膜缺陷变形量差距不足1 cm;土工膜缺陷出现会导致坝体稳定性减小。

特高堆石坝砾石土心墙非均质缺陷对渗流场影响分析

砾石土心墙是特高心墙堆石坝防渗系统的关键组成部分,受土料物理特性以及掺料、碾压等施工过程中不确定性因素的影响,心墙砾石土渗透系数表现出一定的非均质性和随机性,对特高堆石坝渗流稳定安全造成重要影响。本文利用分形数学方法刻画出特高堆石坝心墙碾压分层结构及非均质缺陷,三维渗流模拟结果显示,存在非均质缺陷条件下心墙内水位等势线出现抬升,心墙下游面渗透坡降局部发生突变,最大渗透坡降超过允许值,增加下游面渗透破坏风险。砾石土心墙碾压施工过程中应减少欠碾或过碾等质量缺陷,严格控制压实质量。

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。

特高心墙坝堆石料缩尺试验与变形特性验证分析

基于坝料现场与室内缩尺试验相结合和粘弹塑性固结有限元法,结合长河坝原型监测资料,研究了缩尺方法对大坝变形预测的影响;根据堆石料碾压试验资料,讨论了堆石体单一孔隙率标准存在的问题。结果表明:采用分形缩尺方法和与现场相同的相对密度制样,坝料室内三轴试验成果可以较好反映超径堆石料的力学特性,计算变形与原型大坝监测值吻合较好;混合法缩尺的坝料室内三轴试验成果计算变形明显偏离原型大坝监测值;由于长河坝坝料级配优良,采用33 t振动碾碾压4遍,堆石体孔隙率即可达到规范不大于21%的要求,但此时相对密度为0.52,尚未达到密实状态,坝体分区变形协调性较差,且坝顶将出现蓄水开裂现象;实际施工时堆石体采用33 t振动碾碾压6遍,孔隙率提高到不大于19%,相对密度为0.65,基本达到密实状态,即可避免坝顶出现蓄水开裂,也有利于提高大坝的抗震性能。高心墙堆石坝的变形协调设计需考虑级配效应的影响,应采用孔隙率和相对密度双控填筑指标。

江家口水库沥青混凝土心墙堆石坝结构设计

文章介绍了江家口水库沥青混凝土心墙堆石坝的结构设计情况。江家口水库大坝最大坝高98 m,大坝主要由弱风化及新鲜的砂岩料、灰岩料填筑,采用沥青混凝土心墙作为防渗体,通过大坝渗流计算及坝坡稳定分析计算,论证了大坝分区设计和坝料参数取值的合理性,为类似坝高和坝料的水利水电工程设计提供了参考。

云洞水库黏土心墙堆石坝黏土心墙填筑施工技术研究

黏土心墙是以粘性土料作成的土石坝中央防渗体。常用黏土、壤土等材料碾压填筑成,要求其渗透系数值相当于坝壳材料渗透系数的1/1 000以下,且不大于10 Lu。水利工程工作条件复杂,建设工程在施工中难以准确的把握水文、地质、气象等自然条件,使项目工程施工难度增加。阐述了黏土心墙堆石坝心墙填筑施工技术,包括天然含水量高的降水处理、黏土料的碾压试验、黏土心墙的施工工艺和黏土料填筑的重点难点。

库水骤升条件下特高心墙堆石坝渗流及坝坡稳定性分析

为分析库水骤升对特高心墙堆石坝的渗流特性及坝坡稳定性的影响,以某特高心墙堆石坝实际情况为例,建立有限元分析模型,采用饱和-非饱和非稳定渗流理论,对库水骤升阶段渗流场进行了数值模拟,并将非稳定渗流场与极限平衡法相结合分析了坝坡稳定性。研究结果表明:库水骤升过程中,心墙内浸润线变化相对库水位变化表现出明显的滞后性,浸润线呈现“下凹”形状,且水位骤升速率越快,向下弯的程度也越大;库水骤升阶段,心墙内非稳定渗流等势线整体向上游偏移;库水骤升对上游坝坡稳定性具有有利影响,下游坝坡由于心墙较好的防渗性,基本保持不变。

水工规范地震动模拟及高心墙坝可靠度研究

抗震可靠度评估可以有效估计大坝在地震荷载作用下的安全性。施加人工模拟的随机地震动并将结构随机响应定量化的思路受到广泛的关注。本文首先基于水工建筑物抗震设计规范,利用谱表达-随机函数的方法建立五类不同场地的非平稳随机地震动模型;其次将该模型与广义概率密度演化方法结合,以获取大坝动力响应的概率信息;最后,引入等价极值事件的思想,建立以坝体变形和坝坡滑移为指标的高心墙坝动力可靠度分析框架。以如美大坝为例的分析结果表明,计算所得坝体变形破坏比坝坡滑移破坏概率大;本文的分析框架引入荷载的随机性,可以计算出较为准确的失效概率,从而为高心墙坝的抗震可靠度评估提供依据,且在岩土工程中均具有适用性。

不同环境下大坝廊道混凝土力学性能预测研究

为了能对不同环境下大坝廊道混凝土力学性能发展趋势有较为准确的了解,开展了不同温湿度工况下大坝廊道混凝土强度和断裂性能指标试验。结果表明:环境温湿度对于混凝土力学性能有较大影响,在合理范围内提升环境温湿度可以提高混凝土的力学性能;混凝土力学参数与等效龄期呈良好的对数型函数关系,通过对数型函数模型预测得到的力学参数与实测值的平均误差小于5%,具备较好的预测精度。

RM水电站特高心墙堆石坝重大关键技术研究

RM水电站是LCJ上游梯级电站的唯一龙头水库和清洁能源基地的控制性工程,其砾石土心墙堆石坝最大坝高315m,为世界罕见的大坝。工程具有“地质条件复杂、施工条件恶劣、生态环境脆弱”等显著特点,天然防渗土料存在显著质量缺陷、地震烈度高。在借鉴多个同等规模已建或在建工程经验的基础上,针对大坝防渗安全性、变形适应性、堆石料的缩尺效应、湿化流变、抗震安全等关键技术问题开展了系统研究,阐明了颗粒尺度对堆石料参数的影响机制及变化规律,建立了考虑湿化、流变和风化劣化影响的坝体变形控制指标,揭示了砾石土水力击穿破坏形式及机理,预测了强震作用下高土石坝动力响应特性及破坏模式,研究成果为RM特高心墙堆石坝的建设奠定了坚实的基础,也可为同类工程建设提供借鉴。

高寒地区沥青混凝土心墙配合比设计

水工沥青混凝土配合比是控制水利工程质量最基础的环节之一,为满足高寒地区心墙坝对水工沥青混凝土各项性能的要求,以托帕水库工程为背景,结合丁朴荣公式原理,依次改变骨料级配指数、填料含量和油石比等配合比参数,进行水工沥青混凝土配合比设计。基于孔隙率和间接拉伸强度及其对应的应变作为配合比评价指标,筛选出较优配合比,并进行单轴压缩、小梁弯曲、水稳定性、渗透性作为性能验证性试验,是否满足工程技术施工要求,可为高寒地区心墙配合比设计提供理论依据。

新疆托帕水库沥青混凝土心墙坝应力变形分析

采用三维非线性有限元软件,用邓肯E-B模型作为坝体及心墙的本构模型,根据心墙模型参数室内三轴试验结果,对托帕沥青混凝土心墙堆石坝进行应力变形分析,模拟大坝施工和蓄水过程,分析坝体沉降过程及心墙水力劈裂可能性。结果表明:坝体在竣工期最大沉降值为26.8 cm,现场监测最大沉降为20.5 cm,计算模型准确;预测蓄水期坝体的沉降为27.6 cm,其占最大坝高0.45%,小于1%,坝体沉降符合规范要求;心墙与上、下游过渡料之间变形不协调,最大沉降差分别为5.4 mm和7.3 mm,导致内部存在拱效应,但其上游面最小主应力大于水压力,其发生水力劈裂的可能性极小。