SH波不同入射方位下沥青混凝土心墙土石坝响应特性及安全评价研究

地震波空间斜入射下沥青混凝土心墙和坝体的破坏模式及安全评价的研究存在较大不足。考虑SH波入射方位角的空间任意性,基于波场叠加原理构建了地基边界上的非一致自由场,建立了SH波三维空间斜入射下的波动输入方法;基于试验结果建立了沥青混凝土瞬时抗拉强度随应变速率变化的经验公式,提出了依据瞬时拉应力和瞬时抗拉强度判别单元抗拉破坏的心墙安全评价方法;分析了入射方位角对过渡料与心墙之间的位错、心墙应力的影响规律,开展了坝体单元抗剪破坏评价,明确了不同入射方位下心墙和坝体的抗震薄弱部位。结果表明:地震波振动方向平行于水流向是过渡料位错、心墙拉应力和坝体局部动剪切破坏的最不利激振方位。与振动方向平行于坝轴向相比,振动方向平行于水流向时过渡料水平向脱开和竖直位错分别增大19.25倍和2.19倍,心墙最大拉应力增加1.8倍,上游坝坡单元发生动剪切破坏的深度加深。相对本文提出的心墙抗拉破坏判别方法,传统判别方法会导致心墙的破坏程度被高估。

碾压式砾石土心墙风化料坝施工质量控制技术分析

绿春县路俄水库工程大坝为砾石土心墙风化料坝,是一种节约投资成本、技术成熟的坝型,是由于坝体自身独特的优势,主要筑坝材料就地取材,实施时易于开展,施工效率高,经济性好,但由于砾石土料、风化料料性不稳定,为达到设计碾压质量控制指标,施工过程中,采用多种管理、组织、技术措施,通过现场质量控制和质量检验,保证大坝填筑质量。利用质量控制理论,开展质量控制活动,最终使得施工质量目标得以提升。由此可见,利用质量控制理论在水利工程中是很有效的,在以后水利施工中会有更广泛的应用前景。

砾石土心墙料的湿化变形特性试验研究

针对砾石土心墙料,采用大型应力式三轴仪开展了单线法湿化变形试验,较系统地研究了湿化应变与应力水平、围压之间的变化规律。依据试验成果,砾石土心墙料的湿化变形是明显的,且与应力水平、围压密切相关,在高围压、高应力水平条件下,外力改变了试样的饱和状态,砾石土样品逐渐从非饱和状态过渡到饱和状态,砾石土料存在应力饱和现象,导致湿化过程中没有明显的湿化变形。当围压较小时,湿化应变随应力水平的增大而增大,当围压增大到一定量值时,湿化应变反而随应力水平的增大而减小,呈现明显的分叉现象,表现出更加复杂的规律。最后提出了砾石土料湿化变形模型及模型参数,提出的砾石土料湿化模型可作为高土石坝湿化变形分析的基础。

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。

SV波空间斜入射下沥青混凝土心墙响应特性及抗拉破坏评价研究

地震波空间斜入射下沥青混凝土心墙响应和动态抗拉破坏研究存在较大不足。考虑SV波入射方位角和斜入射角的空间任意性,基于波场叠加原理构建了地基边界上非一致自由场,建立了SV波空间斜入射波动输入方法。基于试验结果建立了沥青混凝土瞬时抗拉强度随应变速率变化的经验公式,提出了依据瞬时拉应力和瞬时抗拉强度判别心墙单元抗拉破坏的新方法。分析了入射方位角、斜入射角对沥青混凝土心墙加速度、应力空间分布的影响规律,揭示了空间斜入射相对垂直入射造成心墙局部拉应力激增导致心墙破坏机理,论证了传统静态强度判别方法相对本文方法对心墙破坏判别的误差,明确了不同入射方式下心墙抗拉破坏区分布特征。结果表明:与垂直入射相比,空间斜入射下心墙水流向、坝轴向和竖向加速度最大增加54%,9.2倍和5.2倍,心墙拉应力最大增加14.2倍,忽略空间斜入射,会严重低估心墙加速度和应力响应。入射方向越偏向坝轴向且斜入射角越大,心墙迎波侧更容易发生拉裂破坏;传统静态强度判别方法,会造成心墙较大的拉裂破坏判别误差。

纳达水库沥青混凝土心墙混合土石坝设计

纳达水库大坝为沥青混凝土心墙混合土石坝,为了充分利用开挖弃渣料,设计对坝体断面进行了合理分区,有效地解决了沥青混凝土心墙与坝体填筑料之间的变形协调问题。针对土、石混合坝壳料无明确的压实填筑标准,设计提出了级配分析结合现场试验、填筑标准及施工工艺控制的综合控制方法,解决了采用现行规范设计控制标准不适用本工程的质量控制和评价问题。纳达水库沥青混凝土心墙坝坝壳料采用全断面土、石混合料筑坝,属国内近百米级坝壳料采用任意料筑坝的先例,该大坝的建成蓄水为后续类似工程提供借鉴。

任意料在纳达水库沥青混凝土心墙土石坝中的应用研究

纳达水库为沥青混凝土心墙土石坝,坝壳料采用全断面土、石混合料筑坝,属国内近百米级坝壳料采用任意料筑坝的先例。针对坝壳料采用任意料的特点,主要介绍了沥青混凝土心墙土石坝在合理利用土、石混合任意料,渗流控制,坝坡稳定及坝体变形控制等方面的设计成果,相关成果可供设计人员参考。

黏土心墙土石坝宽级配反滤层设计及数值模拟分析

在黏土心墙土石坝中设置反滤层是保护黏土心墙稳定的重要工程技术措施。以甘肃省天祝藏族自治县石板沟水库土石坝为例,从黏土心墙反滤层设计切入,分析了反滤层设计过程中参数的取值依据,并在反滤层设计结果的基础上对坝体的渗流量和浸润线进行了模拟分析。结果表明:黏土心墙两侧的反滤层中,反滤层1的保护土料为黏土心墙土料,而反滤层2的保护土料为反滤层1的土料;反滤层设计应考虑滤土和排水的要求;稳定渗流工况下,随着上游水位的升高,渗流量逐渐增大;通过黏土心墙、反滤层和排水体的设置,有效降低了坝体浸润线,渗透水均从下游坝基出逸,坝体不会产生渗透破坏。

瀑布沟堆石坝砾石土心墙施工期孔隙水压力特征与分析

土石坝施工期孔隙水压力长消过程十分复杂,以瀑布沟心墙监测资料为基础,分析施工期砾石土心墙的孔隙水压力特征及其形成机制,并与小浪底坝和鲁布革坝监测资料进行对比分析。研究结果表明:瀑布沟心墙施工期孔隙水压力长消主要有4种模式,即滞后响应型、即时响应型I、即时响应型II、不响应型;即时响应型II是最主要的长消模式;渗压计响应滞后的实质是渗压计周围土料从非饱和状态过渡到饱和状态的过程;渗透系数是影响渗压计是否滞后的决定性因素;即时响应型I长消模式是心墙局部含水量偏高的结果,施工过程中应尽量使心墙含水量均匀,避免产生即时响应型I长消模式;填筑速率对滞后响应型和即时响应型II孔隙水压力的长消影响显著,而对即时响应型I孔隙水压力长消影响不显著。因此,设计和研究砾石土心墙坝应高度重视砾石土的不均质性。

高堆石坝砾石土心墙施工期应力监测与分析

对于高堆石坝,施工期心墙内部是否会出现过低的竖向土压力或较高的孔隙水压力对施工期以及蓄水期大坝安全稳定具有重要意义。以施工期砾石土心墙应力监测资料为基础,结合施工进度和过程资料,分别从时间、空间和影响因素分析砾石土心墙施工期竖向土压力和孔隙水压力,以期对土质心墙高堆石坝的设计理论和施工措施的完善具有促进作用。竖向土压力主要和土重度、土柱厚度和拱效应有关,沿坝轴线基本为对称分布;心墙拱效应最强烈的部位大约在1/3坝高处坝轴线附近;存在拱效应的高程土压力呈驼峰状分布,坝轴线附近土压力最小。孔隙水压力主要和竖直土压力、含水率有关。在大坝填筑过程中,应加强心墙土料和上下游坝壳含水率的控制,避免过高孔隙水压力的产生,并降低拱效应的影响。

砾石土心墙料的大三轴湿化变形试验与规律分析

蓄水湿化变形一直是制约高土石坝长期安全运行的技术难题,为此开展了筑坝堆石料的湿化变形试验,却极少针对砾石土心墙料进行湿化变形试验,这主要是受限于目前的砾石土料试验技术手段而难以开展试验研究。采用在大尺寸砾石土料试样中设置砂芯增加进水通道、缩短湿化路径的方法,可以解决砾石土心墙料的湿化变形试验所需时间较长、样品不能充分饱和等技术难点,实现砾石土心墙料的大三轴湿化变形试验。开展的砾石土心墙料的单线法湿化变形试验成果表明,砾石土心墙料存在明显的湿化变形现象,轴向湿化变形、体积湿化变形与围压、应力水平等密切相关,湿化变形与应力水平关系,在围压较小时随应力水平的增加而增加,在围压较大时随应力水平的增加而减小,关系曲线呈现明显的分叉现象,湿化变形与围压关系基本呈现先增加后减小的规律,与堆石料的湿化变形规律相比较,砾石土心墙料的湿化变形规律更加复杂。

瀑布沟大坝砾石土心墙施工期拱效应监测分析

施工期高堆石坝心墙内部出现过高的拱效应,容易使蓄水期大坝发生水力劈裂而引起集中渗漏,分析评价高心墙坝施工期拱效应特征,对后期蓄水进度以及后续的国内高心墙坝建设具有指导性意义。以瀑布沟大坝施工期砾石土心墙应力监测资料为基础,结合实际变形监测资料,从实际施工过程和现场填筑进度出发,分别分析时间和空间对砾石土心墙施工期拱效应特征,发现施工期拱效应是伴随填筑和固结的发展而逐渐表现出来的,随着填筑高程的增加和时间的推移,拱效应越明显;心墙拱效应最强烈的部位在1/3坝高上下;除了心墙和砂壳两种介质接触面附近,心墙坝轴线处也表现出较强的拱效应。为降低心墙施工期拱效应,填筑过程中上下游坝壳应常洒水,并尽量保持心墙填筑高程略高于坝壳,河谷部位填筑高程略高于岸坡附近。

瀑布沟水电站砾石土心墙堆石坝设计

瀑布沟水电站大坝,根据坝址区地形地质条件,采用砾石土直心墙堆石坝,最大坝高186 m,坝基覆盖层最大深度为77.9 m,具有"坝高、基础覆盖层深厚、防渗土料复杂"等特点。经大量的设计研究工作,选择的坝线和采取的坝体结构、基础防渗处理措施及采用的筑坝材料等,较好地适应了这些特点,保证了大坝安全可靠运行。

砾石土心墙料的强度与变形特性试验研究

对于土心墙堆石坝,坝体的强度与变形协调是制约工程建设的关键问题。心墙料变形较大,致使荷载传递给变形相对较小的坝壳粗粒料,产生拱效应,容易导致水力劈裂的发生,破坏坝体的防渗系统。高土心墙堆石坝砾石土心墙料,含有大量黏性土,渗透系数低、固结饱和排水困难,导致大尺寸试样的强度及变形难以准确测量。采用"砂芯"增加饱和排水通道,加速试样饱和、固结可以有效的解决这一问题。针对某水电站砾石土心墙料,进行了试样直径500,300,150,100 mm等系列的三轴剪切试验和平面应变试验,探讨了剪切速率、试样尺寸、最大颗粒粒径、应力状态等因素对强度和变形的影响规律,获得了砾石土心墙料比较真实的强度与变形参数。

深厚覆盖层上沥青混凝土心墙土石坝的应力变形特征

由于深厚覆盖层具有一定的可压缩性,修建在其上的沥青混凝土心墙坝坝体会发生沉降,且最大沉降位于距坝顶2/3坝高处;受坝体的影响,坝基深厚覆盖层也会向上、下游发生水平位移;沥青混凝土心墙存在明显的应力拱效应,蓄水后减弱。以在120 m深覆盖层上修建坝高100 m沥青混凝土心墙坝的有限元分析为例,探讨了沥青混凝土心墙土石坝在深厚覆盖层上的应力变形特性。

深厚覆盖层上高砾石土心墙堆石坝变形监测分析

在深厚覆盖层上建筑的高砾石土心墙堆石坝得到迅猛发展的同时,正确地认识坝体变形规律和合理地数值模拟是不可忽视的问题。堆石坝变形的影响因素多且复杂,监测成果的分析对研究上述问题具有重要意义。以硗碛大坝的监测资料为基础,结合坝体的填筑和蓄水过程,对位于深厚覆盖层上的百米级砾石土心墙堆石坝的变形规律进行了系统分析,并与其坝高、覆盖层深度、河谷宽度等方面都具有相似性的毛尔盖大坝监测资料进行了对比分析。通过分析两座大坝监测结果,对坝体的变形特性进行了规律性总结,对湿化和蠕变作用以及水库填筑和蓄水过程对坝体变形的影响有了一定认识。分析结论可为正确认识以及合理模拟和预测同类坝体的变形特性提供参考和依据。

浅谈土心墙与基础连接设计

本文介绍国内几座心墙土石坝结构设计中的土质心墙与基础连接设计中的典型结构形式,以供今后同类土石坝工程设计参考。

水位升降对粘土心墙土石坝渗流稳定性分析

利用非饱和非稳定渗流理论,对某粘土心墙土石坝在水位不同升降速度条件下的渗流场进行了数值试验,分别设计了从0.0 m开始以2.51、.5 m/d的水位上升速度蓄到88.0 m正常蓄水水位的计算工况,以及从88.0 m正常蓄水水位分别以8.0、4.0、2.0 m/d水位下降速度泄水至10.0 m最低水位的计算工况,计算了各工况下粘土心墙土石坝的渗流场,对比分析了水位升降速度对坝体渗流场的影响.基于上述渗流计算成果,分析了各工况下土石坝上游、下游面坝坡的稳定性,总结了坝坡最危险滑动面的时空演化规律和安全系数随水位升降速度的变化规律,为水库调水和日常管理提供了参考.

长河坝水电站砾石土心墙堆石坝设计

长河坝水电站砾石土心墙堆石坝最大坝高240 m,坝基覆盖层最深约53 m,工程场地地震基本烈度为Ⅷ度。针对大坝"坝高高、地震烈度高、工程等别高及坝基覆盖层深厚"的特点和难点,进行了大量的专门研究工作,在坝体结构设计、坝基处理设计、筑坝材料设计及抗震设计中采取了一系列有针对性的措施,保证了大坝安全可靠。

瀑布沟水电站砾石土心墙堆石坝的抗震设计

瀑布沟砾石土心墙堆石坝具有"大坝高、基础覆盖层深厚、抗震设计烈度高、水位消落大、水库库容大"等特点,大坝抗震设计是本工程的关键技术问题之一。本文详细论述了瀑布沟水电站砾石土心墙堆石坝抗震设计的情况。