特高堆石坝心墙监测廊道设计关键技术初步研究

对于特高心墙堆石坝而言,受传统监测仪器适用性的影响,监测技术的可靠性亟待改善,坝体心墙监测廊道为问题的解决提供了一种新途径。以某特高心墙堆石坝(坝高315 m)为例,开展了心墙监测廊道的可行性及关键技术研究,提出了廊道结构自身安全性、刚性廊道与心墙土料及岸坡之间的变形协调性、廊道周边的防渗抗渗以及接缝止水系统的可靠性及耐久性等,是工程建设需重点解决好的关键问题。基于非连续接触算法的精细化有限元模拟方法,初步研究了廊道应力变形特性,并对今后需进一步深入研究的方向提出了建议。

特高堆石坝砾石土心墙非均质缺陷对渗流场影响分析

砾石土心墙是特高心墙堆石坝防渗系统的关键组成部分,受土料物理特性以及掺料、碾压等施工过程中不确定性因素的影响,心墙砾石土渗透系数表现出一定的非均质性和随机性,对特高堆石坝渗流稳定安全造成重要影响。本文利用分形数学方法刻画出特高堆石坝心墙碾压分层结构及非均质缺陷,三维渗流模拟结果显示,存在非均质缺陷条件下心墙内水位等势线出现抬升,心墙下游面渗透坡降局部发生突变,最大渗透坡降超过允许值,增加下游面渗透破坏风险。砾石土心墙碾压施工过程中应减少欠碾或过碾等质量缺陷,严格控制压实质量。

特高堆石坝坝基混凝土单元工程优良率影响因素分析

为提高双江口水电站大坝坝基混凝土单元工程优良率,基于组合赋权理论,建立影响因素评价模型。根据模板局部变形、模板安装不牢、脱模剂不合格、仓面振捣时间不足、未按配合比拌料等16项末端因素,构建坝基混凝土浇筑质量评价体系,运用G1-熵权组合赋权法评估大坝坝基混凝土影响因素,并制定对策措施。计算结果表明:16项末端因素中模板局部变形、模板未除锈、仓面振捣时间不足是影响双江口水电站大坝坝基混凝土单元工程优良率的主要因素。该方法在双江口水电站大坝坝基混凝土浇筑过程中得到较好的应用,可为后续类似工程提供借鉴。

250 m级特高面板堆石坝混凝土面板顺坡向应力控制措施研究

面板应力变形控制是建设250 m级特高混凝土面板堆石坝的关键难题.大量工程实测案例和研究计算表明,特高面板坝压应力常处于较高水平,对于坝轴向应力来说,采用柔性缝降低压应力措施已被工程界普遍接受,然而,目前对于如何降低面板顺坡向压应力尚缺少有效的解决方法.本文以拟建的240 m级GS面板坝为研究对象,从特殊增模区布置、面板施工顺序、面板低高程柔性横缝、高压力区高强度混凝土材料等4个方面提出改善面板顺坡向应力的工程措施.文中通过三维有限元精细模拟方法分析了提出的顺坡向应力改善措施的效果,文中提出的措施可为250 m面板堆石坝面板应力控制提供借鉴.

特高混凝土面板堆石坝的结构分区研究

面板堆石坝变形控制的前提是保证坝体各分区的施工质量,而这与坝体分区结构设计关系密切。在坝体分区结构设计环节中,差异过大的主次堆石分区会导致面板出现过大的挠度变形,同时也容易产生开裂、脱空等问题。通过三维非线性有限元分析计算,着重从结构设计理论的角度分析了特高面板堆石坝应力变形特性的影响因素。结合某特高混凝土面板堆石坝,设计了坝体的不同分区方案,从计算结果的对比分析中得出了特高坝的建议分区原则:若次堆石区填料材料特性较差,应尽可能保证次堆石区靠近下游,同时主堆石区和次堆石区分界线应靠近下游;尽量避免次堆石区设置在坝顶范围,以免在次堆石区产生较大的竖向位移对坝顶及上游坝面的影响;全断面采用主堆石区或减小主次堆石区变形模量的差异性,有利于坝体的变形协调。

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。

特高心墙堆石坝建设中值得关注的几个问题

基于已建工程经验、试验研究、坝料施工填筑质量检测、大坝变形监测数据分析等,并结合300m级RM特高心墙堆石坝工程建设面临的技术挑战,研究认为特高心墙堆石坝建设中的堆石体填筑质量控制标准、超大粒径堆石料室内缩尺试验精度、特高心墙堆石坝长期运行安全等几个问题值得关注。建议堆石体填筑采用孔隙率和相对密度双控标准,将现场试验和室内试验手段相结合研究超大粒径堆石料缩尺效应试验问题,可从理论上实现特高堆石坝变形协调与预测的准确控制;低频高水位变幅条件下特高堆石坝的长期变形机理较为复杂,需进一步深化研究库水位消落带变应力工作条件下往复循环荷载变形、流变和湿化问题。

特高混凝土面板堆石坝排水体局部缺陷排水量影响研究

针对我国在建的某特高混凝土面板堆石坝,研究其长期服役过程中排水体发生局部变形、淤堵等缺陷对排水能力的影响。研究结果表明:水平排水体局部沉降变形高度、淤堵范围与排水量呈负相关关系,且局部沉降高度小于排水体厚度时,对坝体浸润线和排水体排水量影响较小;水平排水体局部淤堵时,由于阻渗作用,在排水体淤堵断面前坝体浸润线高度明显升高;当存在局部缺陷时,排水体缺陷部位的渗透系数与排水量呈幂函数曲线关系,获取的规律关系及拟合公式,可为初步评估特高面板堆石坝排水体运行情况提供借鉴参考。

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。

高模量基础垫座特高面板堆石坝研究

为了解决300 m级钢筋混凝土面板堆石坝的可靠性和安全性,在面板堆石坝坝体中下部采用高模量材料代替常规堆石料填筑,形成高模量特高面板堆石坝。文章以某水电站为例,通过对比研究得出结论,高模量基础垫座特高面板堆石坝在坝体沉降和变形、面板挠度等方面较普通混凝土面板堆石坝有明显改善,为面板堆石坝向300 m级高度发展的研究提供了思路、建议和参考。

特高心墙堆石坝建设过程智能预警研究

特高心墙堆石坝建设规模大、大坝分区复杂、坝料料源众多,施工进度控制难度极大。施工进度预警是进度控制的重要手段,传统的施工进度预警主要是通过进度计划与仿真进度或实际进度的对比,进行施工进度预警分析。然而现有研究较少针对施工资源进行预警,且较少进行建设过程分级预警研究,难以实现施工个性化馈控。针对上述问题,以双江口特高心墙堆石坝为例,在实时收集坝场施工参数、施工进度计划、外界制约条件的基础上,构建了施工进度分析预警基础数据库,并构建了施工进度仿真模型,为施工进度控制奠定了基础。

特高心墙堆石坝基础混凝土垫层受力特性研究

目前我国已规划设计的200 m级以上特高心墙堆石坝,除深厚覆盖层上240 m高的长河坝外,其余工程均清除心墙基础部位全部覆盖层和软弱岩层,并浇筑混凝土垫层找平。混凝土垫层作为防渗心墙与基岩的连接部位,其受力情况复杂且影响因素较多。通过有限元数值计算,研究某315 m特高心墙堆石坝基础混凝土垫层的应力变形状态。计算结果表明:对于“V”形深切峡谷的特高心墙堆石坝,上覆坝体压力大部分传至岸坡,混凝土垫层在左、右岸中下部变形较大,将导致河床中部混凝土垫层横河向拉应力增大;上覆坝体压力以及防渗心墙拱效应等原因将导致混凝土垫层在心墙与反滤交界位置顺河向拉应力增大;合理设置垫层结构纵缝、适当增加垫层厚度等措施可有效降低混凝土垫层拉应力。

特高混凝土面板堆石坝的应力变形比较研究

结合金沙江拉哇特高混凝土面板堆石坝,分别采用邓肯E-B模型和河海统一广义塑性模型,考虑堆石料流变的遗传特性,进行大坝三维有限元分析,并在坝料相同试验结果的条件下对比研究两种不同本构模型下堆石体和面板应力变形的差异。结果表明:两种模型计算的堆石体应力变形规律相似,沉降差异不大,但河海统一广义塑性模型计算的堆石体水平位移及面板挠度均小于邓肯E-B模型;混凝土面板的位移分布差别较大,由于邓肯E-B模型不能考虑堆石料的剪胀性,计算满蓄期面板的变形远大于统一广义塑性模型结果;两种模型在满蓄期计算得到的应力较为接近,与统一广义塑性模型相比,邓肯E-B模型计算得到的堆石体第三主应力较小,面板压应力数值偏大,拉应力区域较大。不同本构模型的计算结果均说明拉哇特高混凝土面板堆石坝的变形与应力在安全范围内,现行设计方案可行。

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。

高寒地区特高面板堆石坝填筑质量控制要点

高寒地区特高面板堆石坝填筑质量控制难度比较大,对此,本文将以在高寒地区修建的玛尔挡水电站面板堆石坝为依托,其填筑工程量大,从气候条件、坝体填筑参数指标、质量控制、填筑效果等角度进行分析,总结了高寒地区特高面板堆石坝坝体填筑施工质量控制要点,以期对同类型坝体尤其高寒地区特高混凝土面板堆石坝施工及质量控制有所裨益。

我国特高面板堆石坝的建设与技术研究

我国特高面板堆石坝是常见的河坝类型,因其具有较强的适应性等优势,故而值得积极推广。在此之上,本文简要分析了我国特高面板堆石坝的建设方法,并从优选碾机具填料、有效把控施工变形、合理设置断面分区、完善安全监测制度等方面,论述我国特高面板堆石坝的技术要点,由此达到最佳防洪减灾效果。

混凝土重力坝-面板堆石坝复式结构型式研究

针对目前特高面板堆石坝存在的面板挠曲变形大、面板缝易拉开、底部面板不能检修等突出问题,提出了一种适用于特高面板堆石坝的新型坝体结构型式——混凝土重力坝-面板堆石坝复式结构。重点分析了施工期、蓄水期及蓄水期发生地震时,新型复式结构混凝土重力坝的高度、上下游坡比、趾板布置等体型参数变化对大坝结构应力变形及面板挠度等指标的影响,为新型结构型式体型的选择提供参考。优选的新型复式结构型式与常规堆石坝结构的计算结果对比分析表明,复式结构除周边缝张开变位及施工期面板应力大于常规面板坝外,其他指标均占据优势,且周边缝张开变位完全在相应规范及止水结构允许变形范围内,并具有较高的安全裕度。新型挡水结构可缩短混凝土面板长度,改善面板受力状态,减少面板挠曲变形,并有效提升面板堆石坝坝踵及趾板部位的可维修性。

考虑坝基防渗体渗透溶蚀效应的特高土心墙堆石坝服役年限可靠性分析

特高土心墙堆石坝坝基防渗体非均质特征显著,影响渗透溶蚀效应下长期服役性能的准确评估。本文基于KL展开法离散了水泥基材料参数随机场,构建了水泥基材料渗流-溶蚀耦合随机模型,利用神经网络,建立了随机场与服役年限的映射关系,发展了服役年限可靠性分析方法。以长河坝工程为背景,研究了坝基防渗体渗透系数、孔隙率和固相钙浓度为随机场情况下特高土心墙堆石坝的渗流与溶蚀特征,并对特高土心墙堆石坝服役年限进行了可靠性分析。渗透溶蚀效应会增大坝基防渗体渗透系数的空间变异性;坝基防渗体渗透系数、孔隙率和固相钙浓度为随机场情况下坝体与坝基总单宽渗流量是均质情况下的0.87~1.19倍;坝基防渗体95%保证率的服役年限为63.4 a;降低主防渗帷幕区与固结灌浆区渗透系数均值、减小固结灌浆区渗透系数空间变异性,是延长服役年限较为有效的方法。特高土心墙堆石坝设计、施工、运行与维护过程中应重视渗透溶蚀效应下坝基防渗体的空间变异性。

基于自适应的高海拔地区心墙填筑进度仿真

为实现高海拔地区特高心墙堆石坝心墙填筑进度的仿真模拟,综合考虑心墙填筑过程中仓面施工料源供给、高海拔区气象特征和仓面施工参数对施工进度的影响,建立了气象预测和料源供给强度、施工机械配置等仿真参数自适应调整的高海拔地区特高心墙堆石坝心墙填筑进度仿真模型。将该仿真模型应用于某特高心墙堆石坝心墙填筑进度管控,结果表明:仿真结果与实际施工进度偏差为2.17%,比传统仿真方法仿真结果更符合施工实际情况,可用于现场施工进度仿真分析。