深厚覆盖层上土石坝防渗墙损伤开裂精细化分析及防渗功能评价

混凝土防渗墙是覆盖层上土石坝坝基的关键防渗结构,由于防渗墙与覆盖层的刚度和尺度差异巨大,通常的数值分析方法难以保证精度,且现有基于强度的安全评价方法,无法适应防渗墙作为防渗结构而非承载结构的功能评价要求。本文提出了比例边界元-有限元耦合跨尺度离散、塑性损伤模型和内聚力模型分离描述压损伤和受拉开裂、破损后防渗功能目标评价的精细化分析方法,实现了深厚覆盖层上土石坝防渗墙的性态演化评价。研究结果表明:超深覆盖层上悬挂式防渗墙在两岸底部因近似垂直于岸坡的高压应力发生压损伤,类“外伸梁”的面内弯曲变形使靠近防渗墙两岸的顶部和底部区域产生坝轴向高拉应力导致槽段间出现竖向裂缝;在防渗墙两岸的上游侧局部设置辅助防渗措施,可有效降低防渗墙破损后的渗流量。本文方法揭示了混凝土防渗墙的损伤开裂模式,定位了防渗墙薄弱区域,评价了防渗墙损伤开裂对防渗功能的影响,量化防渗措施效果,实现了防渗墙从传统承载能力评价到功能性态评价的跨越,可为深厚覆盖层上土石坝防渗墙的安全评价和设计优化提供理论和技术支持。

水电工程深厚覆盖层地基防渗设计与潜蚀问题

我国西部一些水电站的坝址存在超深厚覆盖层,给工程的渗流控制和设计带来巨大的困难。垂直防渗墙是深厚覆盖层地基渗流控制最常用的措施。通过回顾泸定水电站深厚覆盖层悬挂式防渗墙地基异常渗漏治理的案例,指出对于西部河流中广泛存在的不稳定砂砾石地层,在关注渗流出口保护的同时,还应重视地基内部高流速和高水力梯度区域的潜蚀风险。为定量评价砂砾石地基内部潜蚀及其导致的后果,应开展深厚覆盖层内部稳定性评价准则、高上覆压力下砂砾石潜蚀试验技术、潜蚀数值模拟方法及潜蚀本构模型等关键技术问题的研究。

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。

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。

反滤压重及埋深对深厚覆盖层允许坡降影响研究

反滤压重及埋深均会影响土体允许坡降,但目前尚无法量化这些影响。量化反滤压重及埋深的影响是合理确定允许坡降,科学评价坝基渗流安全的关键。采用轴向应力模拟反滤压重及埋深的作用,针对泸定水电站下游坝基(3)-1层,开展了(3)-1层级配包络线在不同轴向应力条件下的渗透试验,量化了反滤压重及埋深对(3)-1层临界坡降的影响。结果表明:随着轴向应力的增大,(3)-1层上包线和平均线土体的临界坡降呈线性增加趋势,而下包线土体的临界坡降受轴向应力影响很小。基于试验结果,量化了反滤压重和埋深对(3)-1层允许坡降的贡献,建立了随轴向应力变化的(3)-1层土体允许坡降公式,提出了可考虑反滤压重措施及土体埋深影响的允许坡降建议取值方法,该方法可供后续类似工程借鉴采用。

高原水电站地基深厚覆盖层渗透特性分析

文章旨在探究高海拔地区水电站深厚覆盖层土体的渗透特性情况,采用模型试验的方法对海拔2968m的TST-70型渗透仪平台开展常水头渗透试验。结果表明,中砾和中砂的混合二元颗粒组合土体的抗渗性能最强。从试验中可以得出,二元颗粒抗渗性能的强弱很大程度取决于土体的干密度,即土体的密度,以及土体的孔隙比。本研究可为雅鲁藏布江下游大坝深厚覆盖层土体材料的选取及有效的防渗措施提供科学依据。

综合物探方法在深厚覆盖层探测中的应用

为查明枯木拔里水库深厚覆盖层厚度,采用多种物探技术结合的方法进行探测。先采用微动法、EH4音频大地电磁法对物探剖面进行定性解释;再通过大极距四极电测深法进行复核定量解释。结果表明,综合物探方法在深厚覆盖层探测中应用效果明显,解释精度超过90%,具有工程实用价值。

河床深厚覆盖层砂土液化判定对比研究

砂土液化会导致地基失稳和上覆建筑物结构受损,是地震区常见的工程地质灾害之一,因此,对拟建场地的液化判别是勘察设计中的重要课题。通过采用粒径法、标准贯入试验法、动三轴试验法及剪切波速法,分别对河床覆盖层中的全新统湖积层进行砂土液化判别。结果表明:各方法对湖积上层的判别结果存在差异,粒径法显示其黏粒含量达50%,且动三轴试验所得破坏强度比计算得土层抗液化剪应力小10 kPa以上,判定为不会发生液化,但土层的标贯基准击数比临界标贯击数小,剪切波速也比上限剪切波速小,判定其存在液化可能;对于湖积下层粉细砂层,各方法判别结果一致,均认为其存在砂土液化问题;综合对比分析4种不同方法的液化判别结果,最终评定为湖积上层淤泥质黏土层不会发生液化,但下层粉细砂层抗液化能力较弱,存在砂土液化问题。研究成果对解决工程区砂土液化问题具有重要实用价值。

德昌水闸深厚覆盖层地基渗流稳定及应力应变分析

深厚覆盖层闸基的渗透变形和不均匀沉降会直接影响到上部水闸结构的安全。该文采用有限元数值模拟方法,对德昌水闸深厚覆盖层闸基进行渗流稳定分析和应力应变分析;根据SL 265—2016《水闸设计规范》对闸基沉陷进行复核计算。研究结果表明,德昌水闸深厚覆盖层经工程处理后,其渗流稳定性、地基承载力、地基变形及沉降量均满足规范要求。研究成果为该工程设计提供依据,对类似工程具有参考价值。

深厚覆盖层混凝土建筑物的稳定性分析

以根据监测结果对某水电站工程深厚覆盖层条件下混凝土建筑物的变形情况进行探讨,对闸坝变形、闸基扬压力和闸室稳定性以及塑性混凝土防渗墙变形情况进行分析。分析结果显示,该水电站闸坝沉降变位、闸基扬压力和防渗墙变形虽然已经超出了规定,但目前并不会对其正常运行产生不利影响,整体运行和应用效果依然能够得到保障。

拖木沟深厚覆盖层形成机理分析

在典型红层地区内,深厚覆盖层成因往往成为水利工程选址、选线的制约因素。在四川省亭子口灌区勘察阶段,发现拖木沟两岸覆盖层厚度大、分布广。为查明该区域深厚覆盖层成因,进行了地质测绘与钻探,并对岩体、土体取样试验。区内无泥石流发育,上部岸坡无覆盖层,该处为覆盖层滑坡堆积可能性不大;结合试验成果与工程类比计算,边坡垂向破碎带内地下水可能瞬时达hcr(13.7 m),岸坡岩体被推至河床内堆积,形成基岩平推式滑坡;临河岸坡差异风化明显,表面风化强烈,随着河床下切,岸坡多次崩塌堆积,可形成现有覆盖层结构。结果表明,该处物理地质现象发育,进行水利工程勘察工作时应充分考虑其不利因素。

基于Autobank的深厚覆盖层上面板堆石坝抗滑稳定性分析

由于坝址地质条件的限制,越来越多的土石坝修建于深厚覆盖层地基上。为了深入了解深厚覆盖层上的土石坝抗滑稳定性,以国内某拟建面板堆石坝为例,基于Autobank软件,通过简化毕肖普法,求解最危险圆弧滑面及相应安全系数,对1#坝和2#坝在多种工况下的稳定性进行分析。结果表明,1#坝和2#坝在正常运行工况、施工期、水位骤降以及地震工况下的抗滑稳定性均满足规范要求,但下游侧坝坡安全裕度较低。建议在施工时,对上坝料进行严格控制,防止过多不合格料上坝而导致下游侧坝坡抗滑稳定性不满足规范要求。

深厚覆盖层振冲碎石桩施工中的孔隙水应力分析

硬梁包水电站首部枢纽工程覆盖层深厚,地质条件复杂,多为含孤(漂)、块(卵)碎砾石层。工程中采用的振冲碎石桩施工属于超常规振冲成桩工艺,故难以精确估计其在施工过程中对地层产生的影响。因此,对超常规振冲碎石桩施工过程进行孔隙水应力有限元分析是此次研究的关键点。阐述了使用Abaqus有限元软件二维模拟振冲碎石桩在施工过程中对地层产生的影响,并对地层之间产生的孔隙水应力以及位移进行了分析。通过对模拟结果进行分析,最终得出振冲碎石桩施工对地层产生的影响在合理的范围内,进而保证了振冲碎石桩的正常施工和安全。

深厚覆盖层地区无塔平拉索道桥锚碇结构设计

本文以苏洼龙水电站下游索道桥锚碇结构为研究对象,研究深厚覆盖层地区无塔平拉索桥锚碇设计,以期为类似桥梁锚碇型式选择提供可借鉴的经验。结果表明:采用了梯形地笼式锚碇,构造简单,对地基承载能力要求低,适应整体变形能力强,经济性好。

深厚覆盖层河床降低截流施工难度技术措施探究

为进一步探究深厚覆盖层河床的截流工程施工作业,文章以降低截流施工难度为根本目标,结合实际工程案例展开探究。首先结合实际工程案例中存在的技术难题,通过模拟实验和理论分析,对施工中的关键技术参数予以确定;然后根据已确定的技术参数拟定施工方案,并依次进行护底、进占和合龙施工作业;最后对施工质量进行检验。结果显示,本次施工技术措施基本达到预期目标,具有一定的现实意义。

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。

深厚覆盖层上高土石坝坝基廊道安全性研究

工程实践表明,建造在深厚覆盖层地基上的高堆石坝坝基廊道漏水问题仍然十分严峻,此类廊道连接坝基防渗墙和坝体心墙,结构和受力情况复杂,影响因素较多,是整个防渗系统的薄弱部位,研究廊道的破坏模式和规律,完善其结构设计理论,是当前亟待解决的重要课题.本文结合已建工程的实际情况,分析了坝基廊道运行过程中存在的具体问题,并建立了考虑廊道周围结构网格的精细化模拟、混凝土徐变、廊道与周围土体接触等多种影响因素的廊道计算模型,通过计算得到的廊道应力分布规律与廊道中实测钢筋应力分布规律一致,数值也比较相近,证明该方法能够合理反映廊道应力变形特性.分析表明:廊道拉应力主要出现在两岸基岩和覆盖层交界位置附近,及廊道内部顶拱和底板部位;廊道结构缝破坏形式与结构缝位置密切相关;当覆盖层河谷两岸坡度存在非对称性时,廊道在基岩和覆盖层交界位置会产生不同形式的裂缝,在陡坡侧容易出现环向裂缝,在缓坡侧容易出现剪切性质的斜裂缝,且缓坡侧的横河向拉应力、底板的顺河向拉应力值和范围均比陡坡侧大.

深厚覆盖层上土质心墙坝防渗墙-心墙接头局部无网格大变形分析

土质心墙坝作为覆盖层地基上的一种重要坝型,其上部土质心墙与下部混凝土防渗墙直接相连,由于材料刚度差异悬殊,两者在接头区域往往存在防渗墙“贯入”心墙的局部大变形现象。在任意拉格朗日-欧拉(ALE)框架下,开发了无网格大变形弹塑性分析方法,协同发挥了ALE框架在大变形分析中稳定和高精度的优势以及无网格法(Meshless)无需单元拓扑的特点,解决了有限元法因网格扭曲引发的精度降低或复杂重剖分问题。基于面向对象的C++语言,将该方法集成到自主开发的GEODYNA计算系统中,实现无网格大变形方法与有限元(FEM)、比例边界有限元(SBFEM)的无缝耦合。将耦合Meshless-FEM-SBFEM方法应用于某深厚覆盖层上土质心墙坝,联合土体广义弹塑性模型,再现了坝体在填筑过程中防渗墙“贯入”心墙的局部大变形发展过程,发现在竣工期小变形分析低估防渗墙竖向应力约4.1 MPa(占13%),并指出了防渗墙顶部两侧土体间存在剪切带。

深厚覆盖层上的面板堆石坝防渗布置最优方式

深厚覆盖层上修建面板堆石坝通常采用混凝土防渗墙-连接板-趾板-面板形成完整的防渗系统,防渗墙用于基础防渗,连接板用于协调防渗墙和趾板间不均匀变形。防渗布置可采用单防渗墙、双防渗墙、单连接板、双连接板等多种组合方式,何种防渗布置方式更为高效难以采用理论分析,为揭示防渗布置方式对面板堆石坝工作性态的影响规律,结合某深厚覆盖层上的面板堆石坝,采用三维非线性有限单元法对其进行施工和蓄水过程仿真模拟,研究不同防渗布置方式对坝体、坝基、防渗体系应力变形的影响,结果表明增设防渗墙、连接板并不能实质性地改善防渗体系的应力和变形,反而增加了防渗体系的复杂度、施工难度和工程造价。

深厚覆盖层上土工膜防渗堆石坝渗流场影响因素分析

随着筑坝技术的发展,深厚覆盖层逐渐成为土石坝常选坝基方案,其中坝基渗流控制是需要解决的关键问题之一。采用有限元法,对深厚覆盖层上土工膜防渗堆石坝渗流场进行计算分析,重点研究悬挂式防渗墙深度、覆盖层深度和渗透性对坝基渗流特性的影响。结果表明:防渗墙深度、覆盖层深度和渗透性均显著影响坝基渗流特性;防渗墙深度变化或覆盖层深度变化下,大坝渗流量和相对防渗深度关系曲线基本重合,均呈现先线性缓慢减小后急剧下降的特点,防渗墙和覆盖层深度共同决定坝基渗控效果;采用悬挂式防渗设计时,为保证大坝渗流量控制率达到75%,相对防渗深度与覆盖层渗透系数之间呈强对数线性关系。研究成果可用于待建类似工程防渗墙深度的初拟或已建类似工程坝基覆盖层防渗效果的评价。