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。

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。

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。

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。

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。

托帕水库大坝沥青混凝土心墙设计及渗流特性分析

沥青混凝土具有防渗性能好和便于施工等特点,常作为水利工程的防渗材料。针对新疆托帕水库特有的坝址地形条件进行沥青混凝土心墙坝设计,详细阐述了沥青混凝土心墙的型式、布置型式、断面尺寸以及心墙与各部位衔接等方面的设计,并对已设计的沥青混凝土心墙坝进行渗流计算分析。结果表明:设计的沥青混凝土心墙坝结构合理,防渗设计满足规范要求。

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。

新疆TP水库沥青混凝土心墙坝三维有限元分析

为了验证沥青混凝土心墙坝设计,采用邓肯张E-B模型对新疆TP水库工程沥青混凝土心墙坝进行三维有限元计算分析。结果表明:三维有限元静力计算得到的坝体坝基、沥青混凝土心墙以及防渗墙应力变形结果符合基本规律,满蓄期大坝发生最大值沉降,沉降值约占坝体和坝基总高度的0.69%。应力应变均在合理范围内,该沥青混凝土心墙坝设计合理,研究结果可为类似坝体设计提供参考。

复杂地质条件下沥青混凝土心墙坝风险识别方法

针对复杂地质条件下沥青心墙坝风险识别问题,本文从“三高一深”复杂地质条件、沥青混凝土心墙和传统土石坝三个风险维度,系统建立沥青混凝土心墙坝风险指标体系。针对主客观信息融合不充分问题,本文采用三角模糊层次分析法(TFAHP)确定风险指标主观权重,通过指标重要性评价法(CRITIC)确定其客观权重,并利用博弈论法(GT)计算最优组合权重,构建基于TFAHP-CRITIC-GT组合赋权模型的沥青心墙坝风险智能识别方法。实例分析表明,新疆奴尔沥青心墙坝工程复杂地质条件风险指标权重占比0.516,是该工程的重要风险因素。综合考虑复杂地质条件风险对于准确识别沥青心墙坝风险因素具有重要工程意义,本文提出的指标体系及识别方法对于西部地区复杂地质条件大坝风险识别及评价研究具有推广价值。

考虑压实质量和改进本构的沥青心墙坝性态分析

针对邓肯-张模型对沥青混凝土心墙料力学性质描述偏离的不足,改进了心墙沥青混凝土本构模型;同时,考虑实际施工中各分区坝料压实质量空间差异导致的物理力学特性空间差异,提出了考虑坝料实际压实质量的大坝有限元分析方法。首先,通过数字大坝系统采集到的施工数据,对大坝各坝料分区进行压实质量空间估计;其次,建立各坝料分区本构模型参数与压实质量的定量关系,实现对任意单元材料参数的空间估计,并通过Abaqus软件的二次开发,实现坝料本构模型参数的每个单元赋值;最后,结合工程实例,对沥青混凝土心墙堆石坝施工期结构性态进行精细数值分析。结果表明,考虑坝料实际压实质量的数值模拟可以更好地反映大坝实际施工过程的应力变形情况;改进后的本构模型提高了心墙变形计算的准确性,为精确分析沥青混凝土心墙堆石坝结构安全提供了有效途径。

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。

高心墙堆石坝材料本构模型计算的适用性研究

为研究不同材料本构模型对高心墙堆石坝应力、变形计算的适用性,以RM 300 m级高心墙堆石坝堆石料的室内试验成果为基础,分别对邓肯E-B模型、沈珠江双屈服面模型及MPZG模型进行材料本构验证和坝体有限元分析。研究结果表明:3种模型均能较好地表现堆石料三轴路径下的应力响应,而邓肯EB模型在低围压下体积响应表现效果欠佳;3种模型计算的坝体应力、变形分布均符合一般规律,应力相近,但变形计算中邓肯E-B模型得到的沉降与顺河向位移均较大;在高心墙堆石坝建设初期,可采用邓肯E-B模型进行早期分析,后期宜采用沈珠江双屈服面模型、MPZG模型等进行决策评价。

沥青混凝土心墙坝漫顶溃坝试验与溃坝过程数值模拟

基于中国新疆射月沟水库溃坝案例资料,在水槽冲蚀试验系统进行了沥青混凝土心墙坝漫顶溃坝试验,直观展现了坝壳料冲蚀与心墙折断过程,发现了抗冲蚀能力强的沥青混凝土心墙对溃坝过程的重要影响。将沥青混凝土心墙坝的漫顶溃坝过程分为3个阶段:坝壳料溯源冲蚀至沥青混凝土心墙裸露;心墙第一次折断,溃口流量迅速增大并出现峰值;心墙发生多次折断直至溃口稳定。在试验成果的基础上建立了模拟溃口流量和溃口形态演化的沥青混凝土心墙坝漫顶溃坝过程数学模型,模型的特色在于通过冲蚀公式模拟沥青混凝土心墙的裸露长度,采用力矩平衡法计算裸露心墙的折断时刻、折断长度和折断次数,从而合理反映了沥青混凝土心墙坝漫顶溃坝时坝壳料与心墙的耦合作用机制。采用建立的数学模型对射月沟溃坝过程进行了反演分析,计算结果表明重要溃坝参数与实测值误差均在±25%以内,较好地反映了溃坝过程,研究成果可为沥青混凝土心墙坝漫顶溃坝过程模拟提供借鉴。

深厚覆盖层上沥青混凝土心墙坝非平稳随机地震动响应分析

由于良好的环境适应能力沥青混凝土心墙坝是我国西南强震区深厚覆盖层场地的优选坝型,然而对于沥青混凝土心墙坝非平稳随机地震作用下的抗震安全评价研究尚有不足。采用改进的Clough-Penzien功率谱结合随机函数,充分考虑地震动频率与强度的非平稳特征,生成了一系列与反应谱拟合的非平稳随机地震动集合,以某深厚覆盖层上沥青混凝土心墙坝为例,对其坝顶水平加速度及竖向永久变形等响应的均值及变化范围等进行了统计分析及分布检验,揭示了覆盖层与坝体响应均值及变异性沿高程变化规律,并通过概率密度演化方法,展示了坝顶水平加速度概率密度沿时间的演化过程,同时对生成的55条非平稳随机地震动进行调幅,结合多条带分析法易损性分析方法开展了深厚覆盖层上沥青混凝土心墙坝非平稳随机地震动易损性分析,给出了以震陷率为破坏等级控制指标的坝体易损性曲线,为深厚覆盖层上沥青混凝土心墙坝的抗震安全评价提供了新的方法和思路。

基于混合模型的黏土心墙坝除险加固渗流稳定性分析

渗流是影响土石坝整体安全的重要因素,为了提升土石坝稳定性,采用有限元法对某水库除险加固后的渗流稳定性进行计算,在有限元计算结果基础上结合实测资料建立混合模型,并对大坝渗流状态进行分析。结果表明,除险加固措施可以有效降低土石坝浸润线、渗透坡降和渗流量,主坝的混凝土防渗心墙和出逸点等各部位渗透坡降均小于允许值,各工况坝坡的抗滑稳定安全系数均满足规范要求。此外,混合模型能够较好地反映大坝渗流的实际情况,可以用于监测预报大坝的工作状态。

基于LHS-ISSA-SVR的心墙堆石坝渗流参数反演方法及应用

高效合理地确定大坝的渗流参数是科学分析大坝渗流性态的关键。针对心墙堆石坝复杂多渗流参数反演问题,提出了一种基于LHS-ISSA-SVR组合代理模型的心墙堆石坝渗流参数反演新方法。基于饱和—非饱和渗流理论,建立了心墙堆石坝渗流有限元模型,采用拉丁超立方抽样(LHS)获取均匀性更优的渗透系数组合样本集,并代入有限元模型模拟监测点水头,通过支持向量回归机(SVR)准确建立监测点水头与材料渗流参数的映射关系。融合佳点集、莱维飞行与柯西反向学习策略改进麻雀搜索算法(SSA),基于改进的麻雀搜索算法实现了SVR模型参数的优化调整和渗流参数的智能反演。工程实例应用表明,各监测点渗压水头反演值与实测值相对误差均在2.5%内,心墙堆石坝渗流场位势分布规律合理,渗流参数反演结果准确可靠。该方法为准确反演长期服役的心墙堆石坝渗流参数提供了新途径。

坝基廊道开裂对心墙坝渗流特性的影响

以某110 m高的沥青混凝土心墙堆石坝为例,采用有限元数值模拟方法对大坝开展三维渗流分析,研究心墙底部廊道出现不同深度、长度以及位置的裂缝对大坝渗流特性的影响。结果表明:廊道浅表裂缝对大坝渗流场基本无影响,但当廊道顶部出现贯穿性裂缝时,附近区域渗流场的分布规律显著改变,且渗流量加大;而廊道底部贯穿性裂缝对渗流量影响相对较小;当廊道产生多条贯穿性裂缝时,渗漏量增加明显,同时会引起上游侧地层和过渡Ⅰ区渗透坡降的增大,需引起重视。

基于ABAQUS的心墙堆石坝湿化流变耦合数值模拟方法

针对库水作用下心墙堆石坝湿化与流变耦合影响下的坝体变形问题,结合邓肯—张E-B模型、修正沈珠江湿化模型和沈珠江三参数流变模型,提出了湿化流变耦合计算模型,同时基于ABAQUS平台子程序开发,实现了考虑坝体堆石料湿化流变耦合分析,并进行了相应的验证及坝高从100~300 m的敏感性分析。结果表明,耦合作用下的上游堆石体沉降量较非耦合作用下增加约12%~16%,向上游位移减小约5%~10%,且耦合作用对坝体变形的影响随坝高增大而愈发显著。该研究可更为准确地考虑湿化与流变耦合作用下的坝体变形,对心墙堆石坝的设计、施工具有现实的理论意义和应用价值。

华山沟土工膜砾石土心墙坝渗漏治理实践与思考

四川大渡河支流上的华山沟大坝为土工膜砾石土心墙坝,大坝蓄水后渗流量持续偏大,大坝下游坝坡出现局部塌陷,大坝运行存在重大安全风险。分析了渗漏增大及塌陷产生的原因,认为主要是由PVC防渗膜缺陷以及心墙本身防渗质量不佳造成。阐述了心墙灌浆方案的不足及防渗墙方案的特点,总结了除险加固方案施工过程中的技术特点,通过从坝顶实施超深防渗墙、心墙充填灌浆、基岩帷幕灌浆等工程措施后,大坝量水堰流量在同水位情况下接近于零,达到了预期治理效果。相关经验可供类似大坝安全运行及工程隐患治理借鉴。

高土石坝心墙砾石土料掺配施工技术

高砾石土心墙土石坝防渗体砾石土料的质量对坝体结构稳定和长期安全运行至关重要,通过对不同土料掺配施工技术研究,制定出精确掺配的相关施工工艺参数,解决了常规施工存在的诸多问题,提高了高土石坝砾石土料掺拌和填筑施工质量,节约了工程施工成本,确保了坝体结构稳定和运行安全,为工程正常有序施工及完建创造了良好的条件。