峡谷区深厚覆盖层上面板堆石坝结构安全研究

趾板直接建在覆盖层上的面板堆石坝,通过防渗墙、连接板、混凝土面板以及接缝止水构成完整的防渗体系,由于覆盖层的大变形以及岸坡区以及河床覆盖层区较大的差异变形使得整体防渗体结构安全面临严峻考验。依托新疆某电站面板堆石坝工程,室内试验与现场旁压试验相结合确定合理的覆盖层和筑坝料力学参数,采用数值计算方法优化分析了连接板宽度、防渗墙施工次序、混凝土面板宽度、面板柔性缝设置方式等措施对改善防渗体系应力变形的效果。结果表明:合理的连接板长度与分缝型式可减小连接板应力和接缝变位;防渗墙后期施工能显著改善墙体应力,减小面板分缝宽度和设置柔性缝均能较好控制面板的应力性态;对于覆盖层上的新疆某电站面板堆石坝,防渗墙与连接板接缝以及陡峭左岸周边缝剪切变形是控制该工程运行安全的重要因素,研究结果可为同类型土石坝设计建设提供借鉴。

缓黏结预应力钢绞线研究及其在CFRD中的应用

介绍缓黏结预应力技术研究的基本情况。对缓黏结预应力钢筋用胶黏剂的组成材料环氧树脂、固化剂、稀释剂、填料及悬浮剂的选择因素进行研究,并对胶黏剂主要材料进行配比。测定胶黏剂的固化期和试用期,以及其物理性能和固化后的力学性能。介绍缓黏结预应力筋的生产工艺和具体的产品规格。阐述缓黏结预应力钢绞线在水利工程CFRD中的实际应用情况。实践表明,缓黏结预应力钢绞线作为堆石坝面板的预应力筋,在对钢筋混凝土面板施加预应力时,面板混凝土在受力状态和防裂方面均比普通钢筋混凝土面板要好得多。

分布式光纤传感技术在高面板堆石坝内部变形监测中的应用

面板堆石坝内部变形监测是评价其变形稳定和安全的重要指标,针对传统监测技术在高面板堆石坝内部变形监测方面的不足,提出了一种基于分布式光纤传感技术的高面板堆石坝内部变形监测方法,在200m级高面板堆石坝中开展应用研究。对比研究了3种光纤布设方式(分别安装于45a型工字钢、6分镀锌钢管和保护沙层中)测量水平位移的可行性,3种布设方式实测结果最大平均差值均小于1.0mm,说明3种方式测量一致性较好。结合数值计算和传统水管式沉降计测量结果,基于分布式光纤传感技术的坝体内部变形结果与数值计算结果基本吻合,且沉降监测结果与水管式沉降计测得量值的平均误差小于10mm,表明本技术可以满足高面板堆石坝内部变形监测需要,验证了基于分布式传感光纤技术在坝体内部变形监测应用的合理性和可行性。

Cracks in Tianshengqiao CFRD Versus Sectionalized Filling

During the later period of construction of Tianshengqiao concrete faced rockfill dam(CFRD), cracks appeared in the upstream fill slope. The main reason was the nonuniform deformation. The treatment methods were: for cracks with opening less than 1 cm, the cracked slope was compacted with added effort to eliminate cracks; for cracks with opening greater than 1 cm , crack grouting was carried out . The practice demonstrated the treatment was successful. Careful analysis of the relation between sectionalized filling and crack emergence is of significance in guiding the construction design and drawing out filling plan for a high CFRD.

高堆石坝面板随机动力分析和抗震效果研究

强震作用下,高面板堆石坝面板中上部会产生较大顺坡向拉应力,可能导致面板开裂。已有研究表明,针对顺坡向拉应力较大的区域设置永久水平缝可有效降低该应力,而以往对于其抗震措施效果的研究多采用单一地震动进行确定性分析,缺乏考虑地震动过程不确定性对抗震措施效果的影响。本文以300 m高坝为例,基于随机动力方法,确定了面板顺坡向高拉应力区,并对水平缝设置长度进行讨论。联合广义概率密度演化方法,分别选择特定方向和典型单元对水平缝影响区域和顺坡向拉应力的降低作用进行研究,结果相互验证。从概率角度表明了水平缝抗震效果,并为其他抗震措施效果的研究提供新的思路。

世界首次在CFRD面板上施加预应力的试验实践

自上世纪30年代初美国修建世界第一座CFRD以来,已80多年从未有过在CFRD面板上施加预应力的报道。笔者在2008年香港国际CFRD经验交流会上提出,在钢筋混凝土面板上施加预压应力,藉此达到提高抗裂性能、减少钢筋用量,这一创新提议得到与会专家的赞同。经三年多来在葛洲坝集团伊犁水电投资公司、水利部新疆水利厅勘测设计研究院、天津冶金中兴盛达公司及柳州OVM公司的大力支持下,通过斯木塔斯水电站挡水大坝——CFRD面板试验获得成功。本文简要地介绍大坝及施加预应力情况,并在总结实验的基础上提出改正的意见。

CFRD 应力应变分析方法评述

根据混凝土面板堆石坝的应力应变分析资料，对ＣＦＲＤ的应力应变分析方法进行了评述，并提出今后这方面的研究方向．

渗流-流变耦合作用下深覆盖层面板堆石坝性态演化规律

修建在深厚覆盖层上的面板堆石坝地基和部分坝体处于饱和渗流状态,渗流和变形的耦合作用对坝基和坝体的变形具有一定的影响。通过采用Drucker-Prager塑性模型和时间硬化流变模型描述堆石料和覆盖层砂砾石材料的瞬时变形和流变变形,采用Signorini型变分不等式方法描述堆石料和覆盖层多孔介质材料的渗流过程,在此基础上基于动量守恒原理和Kozeny-Carman方程提出覆盖层上面板堆石坝渗流-流变耦合分析方法。基于渗流-流变耦合分析,研究了渗流-流变耦合作用下覆盖层面板堆石坝的力学特性,分析了渗流作用对面板堆石坝长期变形的影响规律,进而讨论了覆盖层上面板堆石坝的变形机制和演化过程。结果表明:覆盖层地基压缩变形使大坝最大变形位置向下移动至0.3倍坝高位置且面板承受较大的拉应力;大坝流变变形是面板堆石坝的重要变形来源,其引起的坝内沉降增量达27.3%,面板拉应力增量达5.1%;渗流效应对大坝流变变形具有一定的影响,但相对于流变效应引起的应力变形增量整体相对较小。

高面板坝土工格栅加固机制及抗震加固效果分析

现有土石坝震害调查、模型试验以及动力反应分析等研究结果表明,靠近坝顶区的上部坝坡是土石坝抗震的薄弱部位。目前强震区高土石坝抗震设计多采用土工格栅来加固上部坝坡,以提高坝顶区抗震稳定性,如何合理评价土工格栅的加固效果是国内外学者关注的焦点。本文在系统总结土工格栅加固机理的基础上,基于准黏聚力加固机理和等效复合体计算模型模拟土工格栅加固作用,从坝坡抗震稳定、坝体地震永久变形和面板防渗体系安全等方面对土工格栅加固高面板坝的加固机制及抗震加固效果进行了综合分析评价。结果表明:(1)格栅和堆石料的相互作用使得堆石料具有了一定的整体性,其刚度和强度均有一定程度的提高;(2)格栅加固可以限制堆石体侧向移动,提高坝坡整体性和稳定性,减少坝体地震永久变形,从而改善面板应力分布和减少面板接缝位移,提高防渗系统的安全性;(3)土工格栅对高面板坝具有综合的加固效果,需要采用综合性评价方法进行总体评价。

某抽水蓄能电站下水库混凝土面板坝防渗系统优选研究

针对某抽水蓄能电站下水库混凝土面板坝坝址区设计防渗方案经济成本较高且施工难度较大等问题,根据下水库库址区的工程实际情况,建立其三维有限元模型。首先计算并分析了库区在设计防渗方案下的渗流场分布性态及各部位的渗透坡降和渗透流量等要素,然后探讨了不同帷幕深度和左右岸坝肩帷幕长度变化对渗透坡降和渗透流量的影响,最后依据分析结果对设计防渗方案提出优化建议。结果表明,坝址区帷幕深度可缩短至3 Lu线,左右岸坝肩帷幕长度均可缩短10 m左右,由此可在坝址区各关键部位既满足渗透稳定且总渗透流量得到有效控制的基础上降低工程造价并加快施工进度。

轴向分区面板坝分区模量影响分析

轴向分区面板坝设计中,通过沿坝轴线方向将坝壳分为岸坡区、侧分区和中央区,依次填筑不同模量的材料,形成沿坝轴线方向的梯度模量来缩减坝壳的三维聚心变形、减小轴向位移,提高坝体变形协调性进而解决高面板坝挤压破坏问题。以锅浪跷面板坝工程为依托,通过数值计算模拟,对比研究了36种模量梯度组合的轴向分区面板坝的面板挤压破坏参考指标,分析轴向分区设计效果和分区模量对坝体及面板应力变形的影响。根据面板挤压破坏原理,以蓄水期面板的挠度和轴向压应力、面板最大挠度附近高程轴向位移及压应力、坝体的沉降和轴向位移为挤压破坏参考指标。结果显示,50%梯度方案与常规面板堆石坝相比,坝体向左右岸的轴向位移分别减小12.76%和14.73%,沉降减小14.42%,面板挠度减小15.28%,轴向压应力减小11.35%。研究为解决高面板坝的面板挤压破坏问题提供了新思路。

开心水库重力坝坝型论证及结构稳定性分析

坝型论证是水库枢纽布置的技术关键,而结构设计是大坝功能正常发挥的质量控制核心.针对开心水库坝址处断层裂隙较发育,坝基存在软弱夹层及结构面,岩体完整性较差等不利因素,围绕坝线可行性、坝型适应性、坝体结构应力及抗滑稳定性等关键技术内容进行详细论证.优选的上坝线重力坝方案,其地质适应性强、枢纽布置紧凑、导流及度汛条件好、工程占地小且投资经济性优越.采用增加齿槽等措施处理后,坝基深层抗滑稳定问题得到合理解决.

采用挤压边墙技术的高面板坝裂缝成因分析

为加快施工进度,国内很多高面板堆石坝都采用了挤压边墙技术,用上游坡面的挤压边墙代替传统的垫层。挤压边墙的施工特点决定了其与上覆面板之间的结构关系将与传统的面板-垫层有很大差别。虽然目前面板坝的施工技术和施工水平较以前有较大的提高,但少数工程仍然出现了比较严重的面板裂缝,而采用挤压边墙技术的面板坝施工期出现的裂缝分布规律与采用面板-垫层施工方法有明显的不同。面板裂缝的产生与面板施工期的应力变形状态密切相关,目前面板堆石坝计算中采用的整体模型方法对面板的概化较多,得到的面板应力精度较差。根据挤压边墙实际的施工特点,提出采用子模型法分析面板的应力变形,对某面板坝工程裂缝成因的分析结果表明,温降和上游坡面局部高程不平整引起的面板与挤压边墙之间的局部约束过大是导致面板裂缝的主要原因。

堆石体流变对混凝土面板坝应力变形特性的影响

简要介绍了公伯峡水电站混凝土面板堆石坝坝内堆石料流变试验结果和流变计算模型。采用三维有限单元法对公伯峡水电站混凝土面板坝进行了模拟计算,对比了考虑堆石料流变和不考虑流变的计算结果,分析研究了堆石料流变特性对坝体变形以及对混凝土面板应力变形和周边缝位移的影响。

基于IDA的高面板堆石坝抗震性能评价

抗震性能分析能够有效估计结构在地震作用下的危险性,逐渐成为抗震安全性评价的重要方法,但由于结构的复杂性,该方法在面板堆石坝方面的应用还处于起步阶段。随着强震区大量高面板堆石坝的建设,这些高坝的安全性是必须要考虑的重大问题,因此对大坝进行抗震性能分析至关重要。增量动力分析（IDA）法作为一种抗震性能分析方法,能够全面、深入地分析在不同强度地震作用下结构性能的变化。将IDA法引入到高面板堆石坝安全评价领域,建立了高面板堆石坝地震破坏性能评价方法。根据场地条件选取了15条不同的强震动记录,以地震峰值加速度PGA为地震动参数,采用坝体地震震后变形、坝坡稳定性、面板防渗体安全为抗震性能评价指标,选取合适的性能参数,建议了高面板堆石坝各评价指标的破坏等级划分标准,通过大量非线性有限元计算,得到各性能参数的地震易损性曲线,分析了大坝在不同强度地震作用下发生破坏的概率,成果可为高面板堆石坝抗震性能设计和安全风险评估提供参考和依据。

高混凝土面板堆石坝周边缝新型止水

本文提出了适用于水布垭面板坝的新型表层止水和新型铜止水 .该坝高 2 33m ,根据预测 ,周边缝的最大张开度为 5 0mm ,最大沉降量达 10 0mm .试验研究、计算分析和工程应用表明 ,提出的新型止水结构可以满足水布垭工程面板坝的要求 ,适合于 10 0～ 2 0

高面板坝三维真非线性地震反应分析方法及模型试验验证

基于所建立的土石料三维黏弹塑性动力本构模型,并采用新型三维各向异性有厚度薄单元来模拟面板和堆石的接触面特性,结合考虑孔隙水压力的消散和扩散的有效应力分析方法,开发了高面板堆石坝地震反应分析的三维真非线性有效应力分析方法。通过典型坝例分析,比较了真非线性分析与等效线性分析结果的差异,表明真非线性方法较真实地反应了结构的地震反应,而且能够直接计算出坝体的残余变形,在理论上更为合理。采用模型坝土石料低应力状态下实测的静力和动力特性参数,对三维模型坝进行了地震反应分析,并与相应的大型振动台模型试验结果进行了对比分析,两者结果相当一致,验证了研究所提出的计算方法的可靠性。

非线性解耦K-G模型在高面板堆石坝应力变形分析中的应用

结合对高面板堆石坝的研究 ,对作者所提出的非线性解耦K G模型作了进一步的改进和完善 .目前 ,这种模型已能适应填筑坝在施工期和蓄水期的各种应力路径 ;可用常规三轴试验求得具有归一性的模型参数 ,且工程问题的有限元求解简单、可行 .本文介绍这一模型的新模式及模型参数的增量回归方法 ,以及应用于高面板堆石坝的三维有限元计算结果 .

河谷地形对面板堆石坝应力位移影响的分析

本文分别采用沈珠江双屈服面弹塑性模型和清华弹塑性损伤模型描述堆石料和土与结构接触面,采用三维有限元分析方法计算了不同河谷宽高比时大坝的应力和位移。结果表明河谷地形对于大坝应力和位移特性有显著影响。河谷宽高比减小后,坝基对坝体的约束作用加强,导致:(1)坝体的变形减小;(2)面板的挠度随之减小;(3)面板顺坡向应力出现了拉应力从而增大了面板出现拉裂缝的可能性;(4)面板顺坝轴向拉应力减小,顺坝轴向压应力则出现先减小后增大的趋势;(5)面板周边缝张开量明显减小。

狭窄河谷地形对200m级高面板坝变形和应力的影响研究

目前,世界上尚无有关建造在狭窄河谷上的200m以上高面板坝的报道。本文利用三维非线性有限元分析方法,结合一座拟建中的河谷宽高比仅为1.88的225m高的面板堆石坝,对坝体的变形和应力进行数值计算,对狭窄河谷上建设的高面板坝可能存在的问题进行了探讨。分析了狭窄河谷的拱效应对大坝的变形和应力的影响,建议了相应的工程措施。