科技创新引领中国坝工技术升级

水库大坝作为重要的基础设施,是防洪工程体系的重要组成部分,也是国家水网的重要“结点”,在水旱灾害防御、水资源优化配置、江河生态保护治理等方面发挥着不可替代的作用。立足应对气候变化和为全面建设社会主义现代化国家提供坚实水安全保障的新要求,我国坝工技术不断取得新跨越,成为世界坝工技术创新和高坝建设的引领者。2023年12月4日—5日,由中国大坝工程学会与西班牙、日本和法国大坝委员会共同主办的第九届碾压混凝土坝暨胶结坝国际研讨会在广州举办。来自20多个国家的340多位专家学者与会,分享最新研究与实践成果。本期特别邀请有关领导和专家围绕碾压混凝土坝和胶结坝技术创新及数字化与人工智能技术应用等进行解读。

黄土高原老旧淤地坝提升改造投资分析

为贯彻落实《黄河流域生态保护和高质量发展规划纲要》中“加强老旧淤地坝提升改造”精神,开展老旧淤地坝投资分析研究。文章利用黄委绥德水保站70多年来对于韭园沟小流域淤地坝建设和研究资料,选择11座典型淤地坝进行分析,提出排洪渠、坝体加高、坝坡绿化、坝地盐碱防治等4种主要措施,并邀请黄河流域7省(自治区)水保部门开展50座典型老旧淤地坝补充相关数据,开展全面的分析研究。对老旧淤地坝建设尺寸和面积、工程量和投资规模进行计算,得出了大型坝投资100万元/座,中型淤地坝投资60万元/座的结论。依据《黄河流域水土流失综合防治规划》提出的提升改造4348座老旧淤地坝,科学预测出完成这些老旧淤地坝提升改造的总投资规模应为31.64亿元。

高寒地区细粒尾矿堆坝方案研究

以小兴安岭地区某尾矿库为例,开展了全尾矿湿排堆坝、全尾矿池填法堆坝和旋流器分级堆坝试验。结果表明,旋流器分级堆坝具有对比优势,可有效提高坝前尾矿的排水固结能力、增大干滩长度和坝前区域尾矿的强度,同时可形成较大的沉积滩坡度、保证安全超高,改善坝体渗流条件、提高滩面承载能力和堆坝效率。通过细化旋流器分级堆坝工艺,采用非冬季堆坝、冬季放矿的宽体子坝堆筑方案可在一定程度上解决沉积滩含水量大、承载力低、无法尾砂堆筑子坝等问题,但在粗砂利用率、高等级尾矿库子坝宽度、冻土发育等方面仍存在不足。最终结合旋流器分级宽体子坝和模袋法两种堆坝工艺,有效解决了尾矿库堆坝所面临的主要问题,可作为高寒地区细粒尾矿堆坝的高效方案加以推广。

混凝土坝面作业场景智能识别ResNet50-SEMSF方法

为提高混凝土坝面作业场景识别工作效率,提出了一种混凝土坝面作业场景智能识别方法(ResNet50-SEMSF)。将采集的坝面施工现场监控视频分割为图像,分析混凝土坝面作业人、机、料、环境等实体要素图像特征,界定坝面作业典型场景;以残差网络(ResNet50)为骨干网络结构,引入挤压激励(SE)注意力机制,关注不同通道间特征关系,提升坝面作业场景图像中多目标实体要素关键特征表达能力;融合下采样多尺度特征,保留坝面作业场景图像低级特征和高级语义信息,增强模型对图像不同层次特征的理解能力,克服尺度变化、目标变形等问题。对比分析其他3种卷积神经网络模型试验结果,使用梯度类激活映射(Grad-CAM)可视化方法,解释ResNet50-SEMSF模型对场景类别中实体要素信息的关注程度。结果表明:ResNet50-SEMSF识别效果明显优于ResNet50、MobileNetV2、VGG16等经典网络模型,表明ResNet50-SEMSF模型用于混凝土坝面作业场景智能识别的可行性,为混凝土坝面施工安全管理工作提供参考。

汉中市留坝县木桶沟水库大坝工程设计研究

随着留坝县城建设和中小工业快速发展,现状地表水源已无法满足城区发展需求,虽然地区水量较为丰富,但干旱季节仍会出现缺水现象。木桶沟水库建设主要为解决天然来水量的年内和年际差异,增强水源的调蓄能力,提高供水保证率。基于此,针对工程方案设计中的坝型拟定、表孔型式、坝体稳定应力及筑坝材料选择等方面进行分析计算,依据相应规范科学合理设计大坝结构,设计成果可为类似水库工程建设提供借鉴参考。

考虑人体与水流相互作用的溃坝洪水生命损失评估模型

溃坝洪水会给下游人民群众造成巨大的生命损失,开展溃坝洪水造成的生命损失风险定量评估对应急抢险救灾具有重要的现实意义。本文在已有生命损失贝叶斯网络HURAM1.0模型基础上,引入了人体稳定性物理模型,考虑人体与水流相互作用关系,对处于洪水中的人先进行稳定性判定,并进行溺水判定,运用蒙特卡洛模拟方法,综合了水深和水流速对生命损失的影响,建立HURAM2.0模型;并将该模型应用于唐家山堰塞坝溃坝洪水生命损失分析。结果表明:HURAM2.0模型建立了水流流速对生命损失影响的定量关系,更精确地刻画了人体在水流中的稳定性和求生能力,相比HURAM1.0模型对较强洪水强度条件下的生命损失预测结果更准确。同时,在本文建立的模型中,除水深度、洪水严重程度变化不大,其余变量的敏感性均有所上升,其中居民区住宅层数、在建筑物中庇护情况和溃坝时长等变量对模型计算结果的最大影响程度分别增加142%、95%和93%,加强了模型在低、中、高3类洪水强度下的解释性,与HURAM1.0相比在贝叶斯反演分析中更占优势。在唐家山堰塞坝溃坝风险分析中,HURAM2.0能区分出不同水流速条件下的生命损失,更符合实际情况,即开挖泄流槽前风险大、死亡率高,在现场勘测和开挖泄流槽后风险及死亡人数大大降低,建议结合预警疏散以降低生命损失风险。

充气式橡胶坝的模型试验及有限差分研究

橡胶坝的挡水性能优越,兼具实用性与景观性,被广泛用在城市河流挡水闸坝和溢流坝等领域。充气式橡胶坝相比充水橡胶坝,安装和拆卸更为方便,但目前充气式橡胶坝采用查表法进行粗略设计,过程复杂且存在误差。鉴于此,设计大比尺模型试验测试充气式橡胶坝在充气、挡水条件下的坝袋截面形状和袋体张拉力分布特点。基于有限差分软件建立充气式橡胶坝的力学模型,通过大比尺模型试验和现行设计规范验证了该模型的准确性。分析充气式橡胶坝在挡水过程中横截面几何形状及尺寸、张拉力与上游水位及内部气压之间的关系。结果表明:坝袋宽度B、接地宽度b随上游水位增大呈非线性增加;坝袋高度H、横截面面积A随上游水位增大呈非线性减小。设计工况下,坝袋高度H、横截面面积A随气压增加呈非线性增大,坝袋宽度B、接地宽度b随气压增大呈非线性减小;坝袋张拉力与气压呈正比关系。基于Chapman-Richard曲线模型对设计工况下的几何尺寸、张拉力与内部气压间的关系进行拟合,提出橡胶坝简化设计计算公式,可用于充气式橡胶坝的设计计算。

大型高拱坝嵌深对坝肩块体稳定性的影响分析

结合古学拱坝坝肩不同嵌深设计方案,利用刚体和有限元极限平衡法,对坝肩块体进行稳定性分析,研究了高拱坝嵌深变化对坝肩块体稳定性的影响规律。结果表明,拱坝嵌深的增加会产生块体体积、滑面面积减小和拱推力增加两种效应,分别增加和降低块体稳定性,因此坝肩块体抗滑稳定安全系数随嵌深增加呈现出持续增大、持续减小、先增后减、先减后增4类变化趋势。经比选,推荐古学拱坝采用左岸嵌深36.5m、右岸嵌深40.5m的中嵌深方案。

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。

小流域拦砂坝上下游冲淤特征调查分析

极端降水诱发的泥石流具有规模大、沿程侵蚀严重、淤埋范围大等特点,需要在小流域内修建梯级拦砂坝工程进行调控。在汶川地震影响区域内选取33条典型泥石流沟道进行调查,获取了105座拦砂坝特征参数以及梯级拦砂坝作用下的沟道冲淤形态变化,总结了拦砂坝的类型及判别方式,提出了实体坝与透过性坝的4种坝型组合模式、梯级坝的坝间距下2种回淤模式。进一步分析了梯级坝的特征模式(坝型组合模式、回淤模式)对沟道的冲淤形态(回淤坡降折减系数、冲刷深度相对系数)的影响。结果表明实体坝与透过性坝的组合模式(SO、OS模式)对沟道回淤形态影响明显,两种回淤模式中的互馈式运行模式对淤积形态影响显著,回淤相互不影响的独立运行模式下的冲刷作用更强烈。研究结果可为小流域内梯级坝的坝型选择、坝间距优化提供参考。

锡伯图水库坝址工程地质条件分析及坝型比选

对选定的坝址坝线,在地形地质条件基础上进行坝型适应性综合分析是做好水库工程规划建设的重要环节。结合锡伯图水库工程,简要阐述了工程概况、坝址区地质概况,在此基础上,拟定沥青混凝土心墙坝、混凝土面板坝、混凝土重力坝3种坝型,各坝型的坝轴线位置相同。针对各坝型的特点,详细分析评价了不同坝型建坝条件及地质适应性,经过比选,推荐该工程坝型为沥青混凝土心墙坝,可为类似工程坝型比选提供借鉴。

典型海相砂质临滨坝沉积演化过程及成因机制

滩坝砂体是重要的油气储层,其形成的水动力机制复杂多变,受露头及现代沉积等资料的局限性影响,坝体的发育过程、几何形态、动态演化模式及构型叠置关系尚不明确。针对以上问题,利用沉积数值模拟与现代沉积相结合的方法,对典型正向线性临滨坝的沉积演化过程及成因机制进行了探讨。研究结果表明:典型海相临滨坝完整的发育阶段包括锥形坝形成期、弯月坝发育期、条带状复合坝形成期、条带状复合坝扩大生长期以及条带状复合坝停止发育期,现代沉积中可见不同发育阶段的坝体。不同演化阶段的坝体受向岸流、环流、沿岸流和底流等水动力控制。锥形坝及弯月坝为多个小规模、近等间距规则排列的坝体,受向岸流及沿岸环流不断冲刷,锥形坝演化为弯月坝。锥形坝及弯月坝间发育裂流凹槽,坝顶可发育回流沟槽,为典型的顶积式沉积过程。弯月坝坝体及坝间凹槽不断被沉积充填,形成相对整一的条带状复合坝,此阶段表现为典型的侧积式沉积过程。复合坝在向岸流及底流改造下变宽、变厚,最终出露水面形成障壁型滨岸。复合坝内部构型可由多个锥形坝、弯月坝及坝间凹槽构成,呈锥形坝-裂流凹槽-锥形坝或弯月坝-裂流凹槽-弯月坝的构型叠置关系,剖面上呈厚—薄—厚的叠置特征。

中国第一座充水式橡胶坝运行应用分析

北京市右安门橡胶坝建成于1966年,是新中国第一座充水式橡胶坝。它为北京核心城区防汛、供水、水环境等方面做出了极其重要的贡献。文章梳理右安门橡胶坝建设、历次维修、运行管理等方面情况,回顾右安门橡胶坝近60a的发展历程。

基于HEC-RAS的沥青混凝土心墙坝溃坝洪水过程模拟分析

大坝溃口发展过程模拟是开展溃坝洪水分析的基础,不同坝型溃口发展过程不同,溃口流量(下泄洪水)过程差异很大。文章通过对某水电站沥青混凝土心墙坝溃口形式的研究,采用HEC-RAS(Hydrologic Engineering Centers-River Analysis System)软件进行溃坝洪水模拟,旨在探讨沥青混凝土心墙坝在水库溃坝风险中的关键因素,着重考虑沥青混凝土心墙对溃口发展的影响。结果显示,初始运行水位、洪峰流量的重现期、溃坝历时及泄水建筑的泄流方式对溃口流量产生显著影响。研究成果为未来水利工程的安全可靠建设提供了科学依据。

一种多功能低水活动坝底板的应用分析

常规的低水活动坝类型主要有橡胶坝、液压坝和翻板坝等,本文以水阳江低水活动坝工程为实例,对橡胶坝型式在实际工程中的应用展开分析,指出橡胶坝使用期间先采用混凝土填实,同时在橡胶坝底板上预留液压坝安装基座孔、液压管槽等,可给未来更换液压坝坝体提供条件。分析结果为类似条件的工程提供了借鉴和参考。

瓦石峡水库大坝坝型方案比选分析

本文基于坝址河槽的河床情况,在分析沥青混凝土心墙坝和混凝土面板坝两种坝基处理的基础上,从地形地质条件、工程布置及工程量、建筑材料、安全性及检修条件、工程技术条件、基础条件、当地气候的影响、工程施工等方面对瓦石峡两种坝型进行了综合比较,提出选用沥青混凝土心墙坝作为推荐坝型,为瓦石峡水库建设提供了科学依据。

考虑超标准洪水作用的沥青心墙坝溃决生命损失评估模型

抗冲刷能力更强的沥青心墙坝一旦遭遇超标准洪水,将面临溃决风险,对下游人民造成严重威胁。现有针对沥青心墙坝的溃决生命损失研究尚属匮乏,亟需开展生命损失评估。本文分析超标准洪水作用下沥青心墙坝的溃决特征,考虑生命损失影响因素之间的相互作用过程,基于溃决洪水致灾机制构建生命损失定量评估模型,实现溃决生命损失的快速定量分析;通过方法对比和敏感性分析,明晰不同影响因素对溃决生命损失的作用规律。将模型应用于新疆射月沟溃决案例发现:溃决洪峰流量为3320 m^(3)/s,溃决历时3.35 h,与实际结果相符;生命损失定量模型分析结果为31人,与实际误差在11%以内,优于其他损失模型;风险人口的敏感性指数I_(max)和I_(min)值最大,分别为1.436、0.486,是射月沟溃决生命损失最重要的影响因素,其他依次为洪水严重性、是否撤离、警报时间、淹没范围。

和平水库坝址坝型比选及坝体结构设计

坝址坝型比选是水库枢纽设计的重要内容,坝址确定和坝型选取对工程投资和质量安全影响较大。针对和平水库建坝河段局部存在强岩溶地层,易产生河床渗漏等不利地质问题,综合考虑成库条件、蓄水能力、枢纽布置和施工条件等因素,设计优选下坝址面板堆石坝。论证分析表明:下坝址蓄水能力强且库岸稳定,利于面板堆石坝枢纽布置,虽防渗工程量较心墙坝略大,但面板坝坝型适宜性强,投资经济效益好。

汾河水库大坝加固改造工程设计

汾河水库控制流域面积5 268 km2,总库容7.33亿m3,兴利库容2.64亿m3,是一座以防洪灌溉、工业和城市供水为主,兼顾发电等综合利用的大(2)型水利枢纽工程,水库存在左副坝坝基渗漏和渗透变形等问题,严重影响着水库正常运行。文章对包括坝基防渗、坝坡加固、右坝段下游坝坡排水系统改造、坝顶改造等大坝加固改造工程进行了设计,为确保水库安全运行,充分发挥水库的各项效益提供了解决方案,可为同类工程提供借鉴与参考。

非洲某水电站项目坝型选择

依托非洲某水电站项目,结合地形、地质、填筑材料、气候等实际条件,从坝体稳定、施工组织设计、工程投资等方面对各坝型(混凝土面板堆石坝、沥青混凝土心墙堆石坝、复合土工膜面板堆石坝、粘土心墙堆石坝及碾压混凝土坝)进行了综合比选。笔者分析了各坝型的优缺点,以期能给类似工程提供经验,使其因地制宜,选择最合适的坝型。