浅析淤地坝柔性溢洪道技术的应用

传统淤地坝溢洪道因建设成本大幅增加、砂石料开采受限、征地形势严峻,或因工程标准低,对坝体安全造成威胁,已无法满足新时期淤地坝高质量发展的需求。针对传统淤地坝溢洪道建设及运用过程中存在的问题,陈祖煜院士提出淤地坝柔性溢洪道的理念,经过模型设计、材料试验、模型试验、室外试验、野外试验后,于2020年被列入成熟适用水利科技成果推广运用清单,予以推广。其中柔性溢洪道野外试验是在陕西省榆林市绥德县辛店沟白草洼淤地坝坝体上进行的。试验结果表明,柔性溢洪道具有节省土地资源、抗冲性能好、适应形变、价格低廉、坚固耐用、环境友好等特点,推广应用前景广阔,不仅适用于淤地坝新建及除险加固工程,也可在其他流域抗侵蚀、泄洪等工程中推广应用。

柔性溢洪道边坡稳定性研究

为保障柔性溢洪道边坡稳定性,引入土工布加筋措施加固土边坡,并对其加筋形式进行了研究。运用基于塑性力学上限定理的边坡稳定分析方法和库仑滑移模式对不同竖直加筋间距和不同强度土工布的安全系数进行了计算分析,结果表明:采用200 g/m^(2)土工布加筋间距0.3 m、300 g/m^(2)土工布加筋间距0.5 m最为经济且满足安全要求。柔性溢洪道建成后,土工袋对土体施加了侧向围压,因此土工袋边墙对加筋土边坡没有土压力,而当边坡有滑移趋势时,土工袋边墙会产生抗滑力增强边坡的稳定性。

淤地坝柔性溢洪道泄流模型试验研究

本文提出了一种新型复合PET材料以及柔性溢洪道布置型式,该材料具有良好的抗水流冲刷及防止土颗粒流失特性。进行了光滑、台阶两种型式柔性溢洪道泄流模型试验,作为对比试验还进行了无防护条件的坝体泄流模型试验。对比分析了光滑及台阶溢洪道的泄洪水流流态、消能率,结果表明柔性台阶溢洪道消能率明显高于光滑溢洪道。泄流前、后溢洪道的变形结果表明,两种溢洪道变形都很小,未发生破坏,结构稳定性良好。综合分析认为,柔性台阶溢洪道更适合工程应用。无防护条件的坝体泄流试验表明,在没有溢洪道保护的条件下,土坝坝体是不具备过水能力的,溢洪道保护坝体的作用明显。研究结果对柔性溢洪道向淤地坝工程推广提供了技术支撑。

基于塑性力学的柔性溢洪道边坡稳定性研究

目前超90%的中小型堤坝未建设溢洪道,不仅增加了堤坝自身除险加固和维修养护费用的投入,还会对下游人民的生命及财产安全构成较大的威胁。柔性溢洪道是堤坝为应对水毁损害而研究出的泄水建筑物,在实际的工程实践中常使用土工布加筋来提高溢洪道边坡的稳定性。而由于土工布自身具有的塑性力学上限特性,采用的边坡加筋方式及取材材质不同,产生的安全系数也不同,本文基于上述理论进行了加筋方案的最优参数的计算,研究得出了加筋间距和土工布密度与安全系数之间的相关性,有助于在实际施工过程中获取性价比和安全系数最高的加筋施工方案。

柔性衬护阶梯式溢洪道过水试验与水力特性分析

对用土工膜做成的柔性阶梯式底板溢洪道模型进行了泄水试验研究,初步分析了这种特殊结构形式溢洪道泄槽中水深、流速、消能率的特点和规律。与常规平底泄槽相比,土工膜柔性阶梯式底面泄槽的消能效果明显,降低了泄槽下游的流速,但消能率随着流量的增大而减小,反映出在流量较大时,阶梯对水流流态的影响减小;与混凝土阶梯式溢流面相比,由于土工膜柔性阶梯式溢流面的底坡较缓,台阶的水平长度明显大于其台阶高度,其溢流坝面下游最大流速以及泄槽内沿程水深的变化规律与已有的混凝土阶梯式溢流面试验结果有所不同,据此,提出了泄槽中沿程水深的修正估算方法。