堆石料本构模型对混凝土面板坝应力变形计算结果的影响研究

堆石料本构模型选择是影响混凝土面板坝应力变形计算结果的主要因素。以某典型面板坝为例,采用邓肯E-B非线性弹性模型和“南水”双屈服面弹塑性模型,对坝体填筑过程和蓄水过程进行了三维有限元模拟;研究了两种模型计算的坝体和面板的位移和应力分布差异;分析了两种模型计算结果呈现差异的原因。两种模型计算结果最显著的差异体现在两个方面:(1)“南水”模型计算的坝体沉降、面板挠度等位移指标小于E-B模型,其原因是“南水”模型计算的坝体小主应力和变形模量更高。(2)E-B模型计算结果显示蓄水后面板底部顺坡向受拉;而“南水”模型计算的面板顺坡向应力为全断面受压。前者是由E-B模型的各向同性弹性本质决定的,垫层料因水压力作用顺坡向膨胀,产生沿坡面向上的位移;后者是其F1屈服面持续扩张产生塑性体积收缩导致的,塑性体缩抵消了顺坡向弹性膨胀,使垫层料产生沿坡面向下的位移。

混凝土面板与堆石料接触面模型及其应用

混凝土面板是面板坝防渗安全的生命线,其应力变形特性主要取决于坝体堆石料的应力变形特性及面板与堆石料之间的接触特性。在面板坝的应力变形计算中,通常采用接触面模型模拟面板与堆石料之间的荷载传递机制,因此接触面模型是否合理,直接影响到面板应力变形计算结果的可靠性。分析了传统双曲线接触面模型存在的不足,提出了一个考虑双向剪切耦合效应,且符合强度准则和标架无差异原则的接触面本构模型,该模型参数少,数值实现方便,可以定性地模拟出实际面板坝工程中出现的混凝土挤压破坏区域。

强震区抽蓄电站沥青混凝土面板堆石坝抗震稳定性分析

我国西北强震区某拟建抽水蓄能电站上水库采用沥青混凝土面板堆石坝,最大坝高161 m。为分析该坝抗震稳定性,在大坝非线性静力分析基础上,采用改进的等效粘弹性模型和有限元动力时程法等理论,对大坝开展三维有限元地震反应和坝坡抗震稳定性计算。结果表明,大坝在100年1%超越概率的校核地震(地震加速度为0.48g)作用下,坝体及面板的动力反应分布规律合理。其中,坝体顺河向、坝轴向、竖向加速度极值分别为13.93、13.91、13.80 m/s^(2)。考虑静动叠加后,在沥青混凝土面板反弧段的拉应变极值达0.95%,但小于改性沥青混凝土抗拉强度的一般允许值。因此,大坝即使遭遇0.48g的校核地震作用,亦能保持较好的整体安全性,不会出现重大抗震安全事故。

P波空间斜入射下沥青混凝土面板堆石坝响应特性及面板破坏评价

地震波入射方位和斜入射角度对于沥青混凝土面板堆石坝地震响应结果有着显著影响。本文从地震动传播机制出发,基于波场叠加原理,推导了P波以任意入射方位角和斜入射角空间斜入射下弹性半空间自由场计算公式,建立了P波空间斜入射波动输入模型。以不同应变率下的沥青混凝土单轴动态拉伸试验结果为基础,提出了考虑抗拉强度随应变率实时变化的沥青混凝土面板破坏评价方法。考虑16种不同入射方位角和斜入射角下的P波空间斜入射工况,从面板应力和加速度两方面分析了入射方位角和斜入射角对某实际沥青混凝土面板地震响应特性的影响,并进行了沥青混凝土面板的抗拉破坏评价,分析了静态评价方法与动态评价方法的差异。结果表明:所建立的P波空间斜入射波动输入模型能够准确模拟半空间自由场,波动输入数值解与解析解符合良好;与垂直输入射相比,面板顺水流向、垂直水流向加速度峰值最大分别增加135.9%和92.7%,竖向加速度峰值最大减少68.3%;空间斜输入导致面板动应力增大,主拉应力和主压应力最大分别增加3.6倍和2.7倍,忽略入射方位角和斜入射角可能会严重低估面板的地震响应。传统将静态强度提高30%作为动态强度的面板抗拉破坏判别方法过于严格,本文提出的考虑应变率效应的沥青混凝土面板破坏评价方法较为符合实际。

大倾角坝基上混凝土面板堆石坝滑移变形特征研究

抽水蓄能电站是实现“双碳”战略目标的重要举措,混凝土面板堆石坝作为抽水蓄能电站上水库大坝的优选坝型之一,往往坝基顺河向坡度较陡,坝体容易产生顺坡向滑移变形,坝坡抗滑稳定性较差,危及抽水蓄能电站上水库大坝运行安全。因此,建立大倾角坝基上混凝土面板堆石坝数值模型,研究大倾角坝基上混凝土面板堆石坝滑移变形的规律,揭示大倾角坝基上混凝土面板堆石坝产生滑移变形的机制,提出减小其滑移变形的物理力学和几何结构设计措施。研究结果表明,较大下滑力和较小抗滑力是大倾角坝基上混凝土面板堆石坝容易产生滑移变形的根本原因;坝基倾角越大,重力沿坡面分力越大,坝体滑移变形越大,坝坡安全系数越小(当坝基倾角大于15°时,坝坡安全系数小于规范要求的最小值1.5);增设压坡能够有效减小坝体滑移变形,显著提高坝坡抗滑稳定性,压坡平台高度越高、宽度越宽和黏聚力、内摩擦角越大,坝体滑移变形越小,坝坡安全系数越大,推荐压坡平台高度和宽度取1/2倍主坝最大坝高,压坡密实度(黏聚力和内摩擦角)与主坝堆石密实度相当。

基于红外热成像技术的水电站混凝土面板裂缝检测方法研究

混凝土面板是水电站枢纽重要的水工结构,为排查混凝土缺陷需开展全面的检测。针对传统方法巡检低效高危等问题,采用热成像技术对水电站混凝土面板裂缝进行有效巡检与识别。对红外热成像技术在裂缝检测应用进行了理论分析,并通过数值仿真对该技术进行了机理性验证。使用该方法在老挝南公1水电站开展了现场实际应用,利用红外热成像技术对混凝土面板裂缝情况进行全面普查,为水利水电结构安全检测工作提供必要的技术支撑。

近断层地震动组合斜入射下沥青混凝土面板堆石坝响应研究

西部地区水利工程多建于复杂地震断裂带附近,因此近场地震动的脉冲效应对水工建筑物所产生的影响不可忽略。近断层地震动往往由P波、SV波等共同组成,到达地表后明显带有一定角度,垂直入射假定不再适用,因此有必要开展近断层脉冲型地震动组合斜入射对沥青混凝土面板堆石坝地震响应影响的研究。基于地表二维地震动反演确定P波、SV波斜入射时程,构建近断层地震动组合斜输入模型,选取脉冲型和非脉冲型各5条地震动记录,研究近断层地震动组合斜入射对沥青混凝土面板加速度、应力和坝体永久变形的影响规律。结果表明:与地震动垂直入射相比,面板水平向加速度随P波角度的增大而增大,随SV波角度的增大而减小,竖向加速度及坝体永久变形的规律则相反;面板拉应力随着P波、SV波角度的增大而增大;近断层地震动的脉冲特性对堆石坝的响应有显著放大作用,其中面板拉应力最大增加了116%。

沥青混凝土面板与土工膜防渗连接方式研究——以江苏句容抽水蓄能电站为例

江苏句容抽水蓄能电站上水库采用库周沥青混凝土+库底土工膜相结合的防渗措施,这两种防渗措施在抽蓄电站中尚属首次结合运用,其中土工膜和沥青混凝土之间连接接头的设计及施工难度较高,尚无成果经验借鉴。为此,采用三维有限元计算和模型试验相结合的方法,研究了适应高坝以及回填库盆大变形条件的库周沥青混凝土面板+库底土工膜的3种接头连接型式。研究结果表明:在沥青混凝土面板底部设置与土工膜的混凝土连接板的方案较优;同时,针对土工膜与沥青混凝土面板直接锚固的方案,若能验证锚固用环境砂浆与沥青混凝土的长期运行可靠性,仍不失为一种创新性方案。

高混凝土面板堆石坝接缝止水设计综述

接缝止水是高混凝土面板堆石坝设计的关键技术问题之一。对国内外高混凝土面板堆石坝接缝止水设计研究进展进行了综述,主要包括止水变形控制标准与止水结构设计两大方面,对目前中国高混凝土面板堆石坝接缝止水结构设计的基本思路及工程实践进行了回顾。研究认为采用数值计算结合工程经验确定接缝止水变形控制标准是合适的。目前接缝止水的新技术集中在表层填料止水及其保护盖板、垂直缝柔性嵌缝材料等方面。混凝土面板堆石坝接缝止水后续研究的重点为表层止水结构创新、止水结构简化设计、防挤压破坏措施、止水耐久性提高方法和修复技术。

防渗体系破损条件下混凝土面板堆石坝的渗流分析

在分析总结多座高混凝土面板堆石坝面板开裂特征的基础上,结合某高混凝土面板堆石坝工程,将局部防渗体系单元作为破损模拟对象,基于等效均质渗透系数法,利用Midas GTS开展了不同破损部位和破损程度条件下大坝的渗流场分析,并研究了垫层和过渡层是否发生破损对大坝渗流性态的影响。通过对大坝渗流量、浸润线形态等方面的分析,研究结果表明:相同的混凝土面板破损部位条件下,破损程度是影响大坝渗流性态的重要因素;当面板破损程度相同,垫层和过渡层未破损时,其防渗能力仍起到关键作用,大坝渗流场变化不明显;当整个防渗体系均发生严重破损时,大坝渗流性态恶化,渗透安全性明显降低。

夹岩水利枢纽工程大坝混凝土面板裂缝成因分析

本文基于安全监测和现场试验资料,详细分析了坝体沉降、面板挠度与脱空、面板应力应变、温度以及添加防裂剂等因素对面板结构的影响程度。结果表明,由内外大幅温差、温降引起的干缩变形和温度应力是面板开裂的主要原因;同时面板在局部约束情况下,其水平向应力状态将发生显著变化,工程中应避免出现强约束情况,另外合理添加防裂剂可改善混凝土顺坡向应力状态。该研究成果可为后续工程施工提供技术支撑,供类似工程参考借鉴。

寒冷强震地区250 m级特高混凝土面板堆石坝接缝止水设计

寒冷强震地区的250 m级特高混凝土面板堆石坝变形控制难度大、抗震安全问题突出、耐久性要求高,这些难题对面板坝接缝止水设计提出了更高的要求。以233.5 m高的玉龙喀什混凝土面板堆石坝为例,利用三维静动力有限元计算成果,结合国内外类似高面板坝的工程经验,定量提出其接缝变形控制标准,针对性地开展了不同部位接缝的止水尺寸设计。基于工程特点和大坝变形特性,考虑面板不同区域受力的差异、水位变动区冰冻的影响、防挤压破坏和板块间约束等因素,采用多道冗余设计、聚脲涂覆盖板、垂直缝均设嵌缝材料、压性缝局部加强等措施,对周边缝、垂直缝、防浪墙水平缝和沉降缝的止水开展了个性化设计,可供类似工程参考。

深厚覆盖层超高混凝土面板坝堆石体填筑标准的研究与应用

堆石坝一直采用孔隙率作为填筑控制指标,然而根据现场试验及国内外多个工程实践表明,单一孔隙率指标已经无法满足超高堆石坝的变形控制。由于强震区200 m级超高混凝土面板堆石坝建设期地震动参数调整提高,坝体抗震能力有所降低,阿尔塔什水利枢纽工程面板坝坝顶最后30 m堆石填筑时,提出采用孔隙率与相对密度双控指标控制坝顶填筑,通过增加堆石体碾压遍数提高大坝抗震能力,并进行静动力计算和抗震稳定分析复核。结果表明:坝体变形量有所减小,抗震稳定性有一定提高;采用相对密度与空隙率双指标控制堆石体变形,可以更好地满足超高面板坝堆石体变形控制要求。

国内首座镶嵌混凝土面板堆石坝主体全部完成

5月31日,黄河羊曲水电站镶嵌混凝土面板堆石坝混凝土浇筑全部完成。据悉,大坝主体的全部完成将为7月份电站下闸蓄水、2024年首台机组发电目标奠定坚实基础。黄河羊曲水电站位于青海省海南州兴海县与贵南县交界处,是黄河干流龙羊峡水电站上游“茨哈、班多、羊曲”三个规划梯级电站的最下一级。总装机容量120万千瓦,水库总库容16.39亿立方米,多年平均发电量47.32亿千瓦时。

新屯水库工程施工中混凝土面板堆石坝的设计与应用

混凝土面板堆石坝施工技术在水库工程中合理应用,该项技术实际应用过程中主要以加强填筑的方式不断提升填筑密度,解决大坝不均匀沉降问题同时,又能减少外部环境因素对整个水库工程安全稳定运行影响。基于此,文章结合实际工程案例,阐述混凝土面板堆石坝在水库工程中设计要点,并对该项技术具体应用加以阐述,以提高水库工程建设水平,实现工程项目建设效益最大化。

装配式钢筋混凝土面板抗屈曲剪力墙的抗震性能

为进一步提高装配式钢筋混凝土板抗震性能,提出屈曲约束混凝土板剪力墙,即把单块混凝土板分成多块混凝土板,并使用ABAQUS软件建立带铰接框架的有限元模型。在验证数值模拟的基础上,进一步研究循环荷载下装配式钢筋混凝土板之间的间隙宽度和内钢板一侧的混凝土板数量等参数。试验结果表明,钢筋混凝土面板数量和间隙宽度这两个参数对屈曲约束混凝土板剪力墙结构承载力和内力需求变化的影响较小,但对钢筋混凝土面板的拉伸破坏和裂缝发展都有不可忽视的影响,尤其是前者。因此,在地震作用下钢筋混凝土面板数量和间隙宽度应设为1和72 mm。地震作用下的屈曲约束混凝土板剪力墙的剪力对钢筋混凝土板的水平和垂直组装更为“敏感”,当钢筋混凝土板垂直放置时,钢板易受到应力集中现象,内部钢板越容易发生屈曲,从而明显导致剪力减小。在相同的钢筋混凝土面板数量下,当n<4时,拉伸破坏系数随间隙宽度的增加而增大。

水利水电工程混凝土面板堆石坝施工技术

结合某水电站大坝工程,详细介绍了混凝土面板堆石坝施工技术的施工要求和施工准备工作,重点分析了坝体填筑和混凝土面板堆石坝垫层与面板的施工要点以及分缝止水工艺,提出了施工质量控制措施。

混凝土面板堆石坝防渗灌浆技术优化研究

以绿春县八尺水库为例,对混凝土面板堆石坝防渗灌浆技术进行优化,特别采用“自下而上小段脉冲”灌浆工艺进行优化。为了验证经过优化的防渗灌浆技术的防渗性能,将优化前后的混凝土面板堆石坝渗流量曲线进行对比,研究发现当水位高程达到1730m时,优化后的混凝土面板堆石坝的渗流量从15L/s降至3 L/s,渗流量降低了80%。优化后的混凝土面板堆石坝防渗灌浆技术能够显著降低渗流量。

南极极端环境下混凝土面板防裂技术研究

本文以圣克鲁斯河吉赛水电站工程JC大坝为例,研究南极极端环境下混凝土面板防裂的关键技术。基于地质模型、3D有限元模型等软件进行分析计算,提出“深齿槽+基础固结灌浆+帷幕灌浆+排水廊道(孔)”基础加固整合方案;通过试验对比分析研制出新型柔性和高韧性钢纤维混凝土;根据工程现场实际提出混凝土温控技术。研究结果表明,以上三种技术能很大程度上实现面板裂缝控制,提升大坝建造质量水平。

重载临时道路装配式混凝土面板设计及经济分析

针对建筑施工场地临时道路低中等交通频次和大载重的设计特点,结合天津静海区某工程项目临时道路工程地质条件,根据JTGD 40—2011《公路水泥混凝土路面设计规范》进行道路面板设计,计算表明:20 cm厚度预制混凝土面板厚度可以满足车轮荷载和温度梯度变化疲劳极限强度,采用规范要求的构造配筋率即可满足混凝土面板收缩受阻产生的拉应力验算和起吊工况产生的底板拉应力验算。利用天津市道路工程定额计价系统,对比分析了相同厚度预制混凝土面板和现浇混凝土面板的施工综合单价,重复利用2次预制混凝土面板综合单价和现浇混凝土路面板持平;增加周转使用次数才能更好体现装配式混凝土道路面板成本节约、经济效益好的优点。