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。

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。

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。

黏土心墙堆石坝填筑受力特性有限元数值分析

笔者以蒙山县古皂水库黏土心墙堆石坝为例,采用岩土工程有限元软件Plaxis 3D对大坝填筑过程进行数值模拟分析,研究在掺入膨润土和不同碾压方式等工况下大坝变形和内力变化规律。结果表明:1)随着掺入膨润土及增加碾压遍数,大坝沉降量有所减小,振碾效果优于静碾效果;2)掺入膨润土对大坝基础灌浆部位变形几乎无影响,碾压方式和碾压遍数对大坝基础灌浆部位的变形及内力变化影响较明显;3)掺入膨润土后采取静碾2遍和动碾6遍的方案进行施工,大坝变形和内力变化均处于可控范围内,此方案是较为合理的。研究成果可为大坝填筑施工提供理论依据。

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。

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。

德厚水库粘土心墙堆石坝施工技术及质控探究

粘土心墙堆石坝是水利工程中常用的大坝类型,主要利用当地的建筑材料进行施工由于它具有因地制宜、就地取材的特点在水利工程中得到广泛应用。本文针对德厚水库粘土心墙堆石坝施工进行研究,总结了德厚水库工程施工的关键工序、关键施工技术、质量控制方法,帮助技术人员了解粘土心墙堆石坝的施工流程、质量控制方法,提升水利水电工程的施工质量控制效果。

深厚覆盖层上沥青心墙堆石坝智能建设关键技术研究及应用

当前众多沥青心墙堆石坝建设于深厚覆盖层上,给工程建设与运行安全带来了较大考验。针对该问题,本文基于大坝智能建设理念,以巴塘沥青混凝土心墙坝为主要研究对象,构建了深厚覆盖层上沥青心墙堆石坝智能建设体系,实现了振冲桩施工、防渗墙施工、沥青混凝土温度控制及大坝填筑全过程监控,构建了巴塘水电站坝体-坝基施工质量全方位智能监控体系,提升了施工过程管控水平。

长河坝水电站特高心墙堆石坝双防渗墙渗流控制特性反演分析

为高效反演模型渗流参数,建立有限元模型,采用多因素敏感性分析法研究了长河坝水电站特高心墙堆石坝坝基渗流控制特性对防渗系统各材料以及表层基岩的渗透系数的敏感性。结果表明:表层基岩和主防渗帷幕的渗透系数对双防渗墙各自阻挡水头比例影响较大,极差分别为0.174和0.125;其余材料渗透系数影响较小,敏感性由强到弱排序为副防渗帷幕、副防渗墙、主防渗墙、砾石土心墙;基于此结果的反演计算值与实测值之间误差不超过5%,满足工程应用要求。

西南某特高心墙堆石坝溃坝概率研究

针对我国西南地区拟建的某特高心墙堆石坝,基于工程资料分析得到了大坝风险要素,采用FMECA法分析确定了大坝主要溃坝模式为漫顶溃坝和渗透破坏溃坝,其中,漫顶溃坝有5种溃坝路径,渗透破坏溃坝有3种溃坝路径;利用事件树法计算这8种溃坝路径的溃坝概率,最终计算得到综合溃坝概率。该计算结果可为编制应急预案和工程建成投运后的突发事件监测预警及应急处置提供科学依据。

考虑渗透系数空间变异性的超高心墙堆石坝渗流分析

为探究超高心墙堆石坝多组防渗材料空间变异性对渗流安全的影响,根据建立的随机渗流分析模型,对某超高心墙堆石坝内多组防渗材料的渗透系数进行空间离散,系统研究坝体和坝基内渗流控制指标的演变规律。结果表明:心墙渗透系数的变异系数每增加0.1,其最大水力坡降的均值增大约9.8%,远高于帷幕灌浆和天然坝基。同时考虑基岩与帷幕灌浆的随机渗流特性后,帷幕前压力水头的最大值与仅考虑帷幕灌浆时增大了5%,坝基材料的空间变异性对帷幕灌浆渗流安全有一定影响。忽视防渗体的空间变异性,会高估防渗结构的渗流安全状态。

低水位运行下心墙堆石坝的渗漏与渗流稳定分析

某水库坝体为黏土心墙堆石坝,坝体在库水位较低工况下发生了多处渗漏。通过开展现场监测和室内渗透试验,对心墙堆石坝的渗漏原因进行了分析,并进一步建立了坝体三维有限元渗流计算模型,分析了正常蓄水位工况下大坝的渗流稳定。结果表明,由于心墙堆石坝黏土心墙料的渗透系数与坝壳料的渗透系数接近,同时大坝下游排水设施排水效果较差,造成大坝在低水位运行工况下发生了渗漏;正常蓄水位工况下坝体浸润线过高,有可能导致下游坝坡渗透破坏、坝体渗漏过大的问题。因此,建议工程对坝体下游反滤排水设施进行改造或增设防渗墙。

300m级土质心墙堆石坝防渗砾石土料加水工艺试验

针对某300 m级特高土质心墙堆石坝的天然宽级配砾石防渗土料存在“天然含水率低”的特点,进行了“皮带机加水+堆料机堆料+料仓闷料”工艺和“分层摊铺+管网加水+料仓闷料”工艺的现场对比试验,验证相关加水工艺的合理性、可行性。试验结果表明,皮带机加水工艺较管网分层加水工艺具有优势,主要表现在皮带机自动化加水系统能实时、高效、精准地实现土料自动化加水;补水后的土料经过皮带运输由堆料机堆料,可实现自动化均匀堆料;土料加水完毕,闷制3~4 d后内部含水率基本稳定,闷料所需时间短;并提出了皮带机加水工艺的改进措施,改进后的“皮带机加水+堆料机堆料+料仓闷料”工艺可为类似土石坝的土料含水率调整提供参考。

中国心墙堆石坝的发展与展望

心墙堆石坝具有就地取材、安全经济以及适应性好等优点,在国际上建设的高坝大库工程中被广泛应用。20世纪80年代,苏联(今塔吉克斯坦境内)建成了当时世界上最高的努列克水库大坝,坝型为心墙堆石坝,最大坝高达300m,同期规划拟建的罗贡心墙堆石坝,大坝高度甚至达到了335m。

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。

软基黏土心墙堆石坝三维有限元沉降变形计算

团结水库大坝是位于软基的黏土心墙堆石坝,所面临变形控制难等设计难点,结合黏土心墙堆石坝坝体结构、坝壳料设计,借鉴已建工程经验提出软基抗变形工程措施。采用三维有限元软件建立了坝体、坝基的有限元计算模型,坝壳料的静力学本构采用了邓肯张非线性弹性E-B模型,计算分析了坝体竣工期与正常蓄水位时的变形量。结果表明:坝体在竣工期、正常运行期变形规律合理,黏土心墙不会发生水力劈裂。

软岩筑坝技术在卡洛特沥青混凝土心墙堆石坝的实践与探索

巴基斯坦卡洛特水电站坝址区地震基本烈度为Ⅷ度,地层为新生界上第三系沉积岩和第四系崩坡积及冲积物构成,岩性主要为中砂岩、细砂岩、泥质粉砂岩及粉砂质泥岩等软岩或较软岩。为充分利用当地材料筑坝以节省工程投资,卡洛特水电站沥青混凝土心墙堆石坝全断面采用软岩筑坝。系统总结了软岩筑坝技术在卡洛特沥青混凝土心墙堆石坝工程中的应用情况,并结合运行初期及其后的大坝安全监测数据分析,说明了软岩筑坝技术的特点和解决方案,可供类似工程设计参考。

特高心墙堆石坝蓄水工况非稳定渗流分析

某特高心墙堆石坝库水位在蓄水期上升较快,为保证心墙等关键部位的渗透稳定性,根据实际监测资料确定计算工况,基于非稳定饱和-非饱和渗流理论,采用有限元法计算坝体非稳定渗流场。计算结果表明:蓄水过程中,心墙防渗效果较好,坝体内等势线向心墙上游侧表面集中,渗透坡降最大达到11.52,此值超过了心墙现场检测的平均破坏坡降,但并未达到反滤层保护下的允许渗透坡降,渗透稳定满足要求。计算成果可为此工程后续蓄水以及类似工程提供参考。

黄石沟水库黏土心墙堆石坝土料碾压试验

黄石沟水库大坝设计为黏土心墙堆石坝,土料主要来自坝址下游土料场,岩性主要为粉质粘土、粉土、局部夹粉砂,为保证大坝填筑质量,填筑施工前需进行现场碾压试验。文中对不同碾压设备、不同含水率、不同黏粒含量、不同虚铺厚度及不同碾压遍数进行了对比试验,论证分析干密度、含水率、黏粒含量、碾压设备、碾压次数、虚铺厚度与压实度之间的关系,并根据试验结果提出满足设计填筑压实标准、经济合理的施工参数,为后续工程施工及类似工程提供参考与借鉴。