压实后砂砾石料渗透特性试验研究

砂砾石料细颗粒含量多、易于压实,在重型碾压机具作用下,压实后砂砾石料的孔隙结构和渗透特性可能发生改变,将影响高混凝土面板砂砾石坝坝体渗流安全。开展压实后砂砾石料渗透试验,分析砂砾石料特征粒径与等效孔隙直径的关系,以及不同孔隙率对砂砾石料渗透特性的影响,并对常用的渗透系数经验计算式进行验证。研究表明:砂砾石料孔隙率的减小对其渗透特性影响较大,由于砂砾石料细颗粒含量较多,压实后颗粒填充紧密,渗透试验得出的渗透系数比常规经验公式计算值小1~2个数量级,出现较大偏差;随着孔隙率减小到一定程度,砂砾石料表现出黏性特性,内部无效孔隙增加、渗透系数大幅降低。基于中国水科院公式引入有效孔隙折减系数对公式进行修正,修正后公式计算得到的结果更加准确。研究成果可为高混凝土面板砂砾石坝坝体排水设计提供依据。

堆石坝加固工程中结构化胶结技术的应用

清华大学发明的结构化胶结技术通过调节自密实浆液流动性和粘性控制浆液在堆石料孔隙中的流动扩散范围,将堆石料按照设计目标进行部分胶结,在提高堆石料强度、弹性模量等力学性能的同时,仍然保持堆石料的散粒体特性,能适应地基较大变形。在覆盖层上建设结构化胶结堆石坝,可减少堆石坝体积,减少坝体沉降,提高坝体抗冲缓溃能力。介绍了结构化胶结技术在某混凝土面板堆石坝除险加固工程中的应用,该新型技术的应用可为后续相似病险坝的加固处理提供借鉴,也为新建结构化胶结堆石坝积累了设计施工经验。

高面板砂砾石坝堆石料力学变形特性及坝体分区研究

随着高混凝土面板砂砾石坝坝高的突破,坝体内部高应力区和坝坡、坝顶低应力区的应力差别增大,而不同应力条件下砂砾石料和块石料的力学特性存在较大差异,将影响着坝体分区及变形安全。开展砂砾石料和块石料三轴力学试验,研究不同应力条件对其力学变形特性的影响;在此基础上根据坝体应力分布特征,研究高混凝土面板砂砾石坝坝体分区。研究表明,在低围压条件下,块石料的模量系数大于砂砾石料;随着围压增加到一定程度,块石料颗粒破碎导致模量系数大幅降低,远小于砂砾石料的模量系数;为充分利用两种堆石料的力学变形特性,加强高面板砂砾石坝坝体变形控制,坝体内高、低应力区应分别采用砂砾石料和块石料填筑,提出一种基于坝体应力分布特征的坝体分区准则和优化调整方法;最终推荐一种块石料半包砂砾石料的坝体分区型式,提高了高混凝土面板砂砾石坝的综合安全性。

世界第一高混凝土面板坝——新疆大石峡水利枢纽工程正式开工建设

2017年12月19日，世界第-高混凝土面板坝——大石峡水利枢纽工程在阿克苏河上正式开工建设，相当于在河底扶摇直上建造起-座80多层高的巨型建筑物，他标志着中国水利建设史上面板坝设计、建设和管理水平站到了250m级的国际领先水平。

大石峡砂砾石坝料渗透特性及其影响因素研究

利用试样截面尺寸为1000 mm×1000 mm的超大型渗透仪和Φ300 mm的常规大型渗透仪,针对大石峡面板坝筑坝砂砾石料的渗透特性开展了较为系统的试验研究。结果表明:砂砾石料小于5 mm细粒含量对其渗透系数、抗渗透破坏能力及其破坏模式均具有重要影响;经过缩尺的砂砾石料渗透特性试验结果将高估原型料的排水性能和抗渗透破坏能力;试样尺寸越大,在振动压实制样过程中,砂砾石料中细颗粒离析至试样表面的现象越严重,为提高试验结果的可靠性,利用超大尺寸渗透仪开展试验时,应模拟现场砂砾石料实际振动碾压过程进行制样;大石峡高面板坝筑坝砂砾石料小于5 mm细颗粒含量较高,渗透系数偏小,有必要在垫层区和主堆砂砾料区之间设置过渡反滤区,以提高垫层区料的抗渗透破坏能力。

深覆盖层上砂砾石坝渗流特性及防渗措施分析

以某水电站枢纽工程为例,构建三维渗流有限元模型,分析了各材料区渗透稳定性,通过不同防渗布置方案对比研究了厂坝址区渗流特性,并评价了各方案的可行性。结果表明,采用设计值方案,防渗墙和帷幕灌浆渗控作用很好,坝体和坝基各料区的渗透稳定性均符合要求,坝基渗控合理。

深厚覆盖层上高面板坝建基条件及防渗设计综述

覆盖层上修建混凝土面板堆石坝具有简化施工导流、缩短工期和节省投资等优点,但这类工程大坝防渗系统复杂,防渗系统的应力和变形控制是工程的关键。随着工程经验的积累和技术的发展,我国相继建成了那兰、察汗乌苏、九甸峡、苗家坝、老渡口等多个百米级趾板位于覆盖层上的高面板堆石坝,并有多座百米级深厚覆盖层上高面板坝处于在建和待建状态。覆盖层上高面板坝防渗系统应力变形特性与覆盖层的力学特性及防渗系统的设计关系密切,结合已建和在建的工程资料和研究成果,对覆盖层上高面板坝的建基条件和防渗系统设计进行总结,以期为类似工程设计提供借鉴,并为这一坝型的进一步发展提供技术支撑。总结分析结果表明,如果河床覆盖层变形模量达到40 MPa以上,覆盖层上百米级至150 m级面板坝防渗系统的强度和变形能够满足要求。

混凝土面板坝坝区防渗系统优化

以察汗乌苏水电站为例,针对覆盖层上混凝土面板堆石坝坝体和坝基防渗系统的布置关系到防渗效果问题,基于三维有限元法建立了相应的模型,模拟分析了防渗墙、帷幕、排水系统在不同布置方案下的渗流场,论证了防渗系统的有效性,经比较分析得出最优的布置方案。

察汗乌苏面板坝监测资料分析

建在深厚覆盖层上的混凝土面板堆石坝受力情况比较复杂,采用模型试验方法研究其应力变形规律与实际情况存在差异,因此,有必要对已经投入运行的覆盖层面板坝的原型观测资料进行整理和分析.通过对察汗乌苏面板坝安全监测资料的分析,了解了该坝的应力变形性状.察汗乌苏面板坝水平位移和沉降均较小;面板垂直缝变位小,无脱空现象发生,面板底部局部弯曲变形偏大;防渗墙在蓄水期向下游产生挠度变形,且墙体上部变形量大于下部;周边缝最大三向变位发生在岸坡,小于设计允许值;大坝的应力变形都在设计允许范围内,各测点测值已基本趋于稳定,说明在工程特性较好的覆盖层上建高面板坝是可行的.

新疆柳树沟水电站工程的导流兼泄洪洞设计

在新疆柳树沟水电站的工程设计中,为了节省临建工程量,适当地抬高了导流洞的进口高程,使导流洞与永久泄洪洞完全结合,兼顾施工导流与永久泄洪任务;导流洞一次建成过流,在下闸蓄水后仅对工作闸室和出口鼻坎进行局部改建。经水工模型试验模拟和详细设计研究,并经1年半时间的导流期过水验证和初期下闸蓄水的考验,均正常运行。目前,导流洞的改建基本结束,工程即将竣工。运行验证和监测资料表明,柳树沟水电站工程的导流兼泄洪洞是成功的设计案例,总体达到了优化枢纽布置和减少投资的目的。

某水电站导流洞进口边坡的垮塌及其处理

结合某水电站导流洞进口边坡垮塌及其处理的实际过程,重点介绍了边坡的垮塌过程、原因初步分析、处理方案比选及改线方案的实施情况。

大石峡特高面板砂砾石坝设计安全标准及安全控制指标研究

大石峡工程技术条件复杂,场地地震基本烈度Ⅶ度,大坝抗震、渗透稳定、绝对变形和变形协调、接缝变形等安全控制指标成为大坝设计的关键问题。大石峡特高面板砂砾石坝坝高247 m,坝高量级跨越200 m级达到250 m级,突破了现有设计规范的适用范围,设计标准和安全控制指标应进行专门研究。通过借鉴已建200 m级面板坝工程科研试验、设计经验和工程实践和250~300 m级面板坝研究成果,在大坝静动力计算成果基础上,提出了坝体变形、坝料渗透、地震震陷、面板挠曲、面板拉压应变、接缝变形等控制指标,作为大石峡特高面板砂砾石坝的设计安全标准,为后续特高面板坝设计提供参考。

大石峡水电站压力隧洞钢筋混凝土衬砌限裂分析

大石峡引水压力隧洞上平段为钢筋混凝土衬砌,内水压力标准值为0.99 MPa,需要设置一定数量钢筋控制衬砌裂缝分布及其宽度。通过采用基于修正摩尔-库伦准则的弹塑性损伤混凝土有限元法和预设裂缝法,建立非线性数值模拟模型,其中用植入式杆单元模拟钢筋力学效应,用具有抗拉和滑移力学特性的节理单元来模拟衬砌上的预设裂缝。结果表明:仅衬砌内层和内外层均布置钢筋对混凝土衬砌塑性损伤区即开裂出现时机和位置基本没有影响,只对塑性区分布的范围稍有影响;布置钢筋方式对钢筋应力影响较小,钢筋混凝土塑性模型计算的两种情况的钢筋应力相差1.6%,预设裂缝模型计算的相差22.1%。两种数值模型计算出的钢筋混凝土衬砌裂缝宽度均小于规范允许值,满足结构限裂要求。

某水电站导流洞进口边坡的垮塌原因分析

结合某水电站工程导流洞进口边坡垮塌的实际过程,重点分析其垮塌原因。通过现场地质调查,进行工程边坡的块体组合和有限元计算,分析施工过程,初步得出:边坡地质情况复杂,多条断层交汇,岩体完整性差,边坡在重力作用下卸荷蠕变是客观事实;而冬季低温施工,边坡的系统锚固滞后,在此条件下再进行边坡底部的进口段隧洞的开挖,造成了洞脸上部边坡的进一步变形;而持续集中性强降雨沿岩体结构面入渗,极大地降低了岩体结构面的力学强度,引起了尚未有效支撑的进口隧洞段的塌方,并引发了因失去底部支撑的导流洞进口边坡失稳,发生了连续的自下而上的牵引式垮塌。本工程导流洞进口边坡的垮塌,由一些不利的原因诱发,教训是深刻的,值得吸取和反思。

堆石料注浆技术及注浆后力学性质试验研究

采用自密实砂浆对砂岩堆石料进行现场注浆试验,验证堆石料注浆扩散范围的可控性及注浆技术的可行性;该注浆技术施工简单,注浆后堆石料之间形成砂浆胶结结构,减小了堆石料的孔隙率,改善了堆石料的力学性质。同时开展了室内静力大三轴试验,对比分析了注浆前后及不同级配特征情况下注浆堆石料的力学特性;研究了围压、粗颗粒含量对注浆堆石料力学性质的影响,讨论了不同围压、不同级配特征堆石料的强度参数和变形特征。试验表明,注浆极大提高了堆石料抵抗变形的能力;粗颗粒含量越高,骨架作用越显著,注浆后能形成相对稳定的胶结结构,堆石料的强度参数越高,抵抗变形的能力越好。

高寒、高蒸发地区面板坝钢筋混凝土面板防裂抗裂技术探讨

主要介绍了新疆地区高寒、高蒸发等恶劣气候条件下2座百米级混凝土面板坝防裂、抗裂设计、施工经验。察汗乌苏面板坝面板混凝土掺聚丙烯纤维防裂,由于气候原因使混凝土养护困难造成后期面板裂缝较多。柳树沟面板坝在总结察汗乌苏工程经验教训的基础上,面板采取在不同的分区分别掺入罗赛植物纤维和钢纤维的方法提高抗裂性能。事实证明,在与察汗乌苏基本相同的施工环境及混凝土养护条件下,钢纤维混凝土对特殊拉压部位混凝土初裂强度和断裂韧性提高作用较明显,罗赛纤维混凝土抗裂效果明显提高。

新疆大石峡面板砂砾石坝坝体分区安全性分析

新疆大石峡水利枢纽工程地形地质条件复杂,坝址区地震基本烈度高,国内国际250 m级面板砂砾石坝建设成功经验甚少。大石峡坝址区分布有丰富的符合高面板坝筑坝材料工程特性要求的砂砾料,同时坝址区微晶灰岩也是较优良的筑坝块石料。砂砾料具有变形指标较高,对坝体变形控制有利的突出优点,人工堆石料具有抗剪强度高、抗震动力指标高、渗透抗震稳定性较好的有利条件。初设阶段通过面板砂砾石坝坝体分区设计研究,综合利用2种材料的特点,推荐一种堆石料半包砂砾石料的坝体分区型式,在确保大坝变形控制的前提下,提高大坝的抗震安全性、渗透稳定性、坝顶及坝坡抗滑(剪)安全性,进而确保大坝的综合安全。

基于压力拱理论的极软岩隧洞衬砌应力变形研究

软岩隧洞开挖后未能及时支护时,会导致围岩变形过大而坍塌,进而对后续衬砌结构造成不利影响。通过采用压力拱理论和数值模拟结合计算分析的方法,对仅一衬支护、仅二衬支护(厚度0.5、0.8 m和1 m)和一衬与二衬联合支护等3种工况下拱顶中心内侧、拱肩内侧和边墙中心内侧等3个监测点应力及变形进行分析。结果表明:仅一衬支护工况下3个监测点以及仅0.5 m厚度二衬边墙中心的拉应力均超过强度设计值,可能会发生拉坏现象;3种工况下作用在衬砌上的压应力均未超过设计强度值,说明衬砌在山岩压力的作用下出现压坏现象的可能性较小。研究结果可为极软岩隧洞坍塌形成压力拱后支护设计提供理论支撑。

察汗乌苏面板坝过渡料生产方案研究

察汗乌苏水电站工程大坝为目前国内在建的首座河床趾板建在深厚覆盖层上的百米级混凝土面板砂砾石坝。在大坝垫层区与主砂砾石区之间设置了必要的过渡区,就过渡料的生产,研究了洞挖料、洞挖料掺砂石骨料以及洞挖料掺配天然砂砾石料3个生产方案,最终采用洞挖料与天然冲洪积砂砾石料互掺的方式生产过渡料,获得了较好的技术经济指标。

察汗乌苏面板堆石坝垫层料的生产及渗透特性研究

察汗乌苏水电站水库大坝为目前在建的河床趾板建在深厚覆盖层上国内首座百米级的混凝土面板堆石坝。大坝垫层料采用以天然砂砾料为主、掺入小石和粗砂以调整级配的方式生产。为掌握其特性,进行了颗粒级配分析、渗透和渗透变形等项试验,研究解决了以天然砂砾料为主的垫层料的水力学指标问题,满足了工程需要,可为类似工程应用提供参考。