小山口水电站砂砾石面板坝三维静、动力有限元计算分析

鉴于小山口水电站为软岩基础,坝体较长,且混合坝接头部位非常复杂。为了解决该坝体面临的变形控制难、坝体抗震等级高等设计难题,结合砂砾石面板坝结构、坝壳料设计,通过构建三维有限元模型,该模型包括坝体、泥岩和沙质泥岩基础组成。在静力本构分析中,采用了非线性邓肯E-B模型,而在动力本构分析中,则使用了等效线性粘弹性模型。通过这个模型,对坝体的应力和变形进行了全面系统的研究和分析,同时对坝体的抗震性能和抗震稳定性进行了验证。结果表明,在各种工况下坝体所表现出的变形规律合理。同时在混凝土面板最大拉应力和压应力都符合所采用混凝土材料的允许应力要求,坝体的抗震性能和抗震稳定性满足规范要求。

砂砾石面板坝关键技术研究

利用自行研制的高压大型渗透-固结仪,对原级配砂砾石料的渗透稳定性、内部冲蚀变形以及垫层料、过渡区、主堆石区和排水体之间的渗透稳定性关系进行了较为深入系统的研究,得出了若干有意义的结论。此外,还介绍了我们研制成功的新型面板周边逢双金属波纹止水结构。最后,总结了我们在工程实践中摸索出的一套在寒冷、干旱和多风地区有效减少混凝土面板裂缝,提高坝体填筑质量,加快施工进度的工程措施。以上研究成果对提高我国高砂砾石面板坝的建设水平具有较为重要的指导意义。

浅谈目前我国的高砂砾石面板坝设计

目前我国在建的４ 座坝高超过１００ ｍ 的砂砾石面板坝的设计都吸取了沟后坝垮坝的教训， 合理地使用了砂砾石料。坝体砂砾石料要求级配连续， 曲率平缓， 符合谢拉德级配曲线要求； 坝体都设有排水体； 防浪墙底板高程均高于正常蓄水位， 并做好与面板连接的止水； 建在强地震区的黑泉、乌鲁瓦提两座大坝均采取了抗震措施，提高了坝体抗震性能。

关于砂砾石面板坝排水问题的探讨

砂砾石越来越广泛地被选作高面板坝的筑坝材料。但天然砂砾石因地质成因不同，级配、渗透系数、含泥量等离散性较大，在一定的水力比降下，存在管涌破坏和表失自由排水能力的可能性，因此渗流控制非常重要。用砂砾石等弱透水坝料填筑的面板坝坝体，若其渗透系数小于或等于１０－２ｃｍ／ｓ～１０－３ｃｍ／ｓ，则必须将渗流控制放在首位，除做好面板、垫层两道防线外，设烟囱式排水或“Ｔ”型排水将是十分重要的。

寺坪砂砾石面板坝的三维有限元计算分析

寺坪水电枢纽工程是以发电为主的枢纽工程,大坝附近软岩料丰富,开采成本低。为最大限度地利用软岩料筑坝,使设计优化,进行了全面的软岩力学特性试验及坝体应力应变的数值分析研究。本文介绍三维弹塑性有限元数值分析的方法及成果。岩土料本构模型采用双屈服面模型,大坝特殊边界的力学特性采用界面单元模拟。计算分析结论为,寺坪面板坝设计优化方案无论是大坝变形与应力,还是面板变形与应力,以及周边缝的变形,其大小均在合理、可控的范围之内,未超出已建类似面板坝的实测值量级范围,优化方案在技术上是可行的。

砂砾石面板堆石坝浅议

文章根据两岔河砂砾石工程性质，说明砂砾石是一种良好的填筑材料，从国内外砂砾石面板堆石坝的成功经验和教训，认为较细的砂砾石也可作坝料，但必须设置排水设施，如砂砾石颗粒较粗，级配良好，渗透系数大于１０＾－１ｃｍ／ｓ，可不设排水设施，防浪墙的建基高程应高于正常高水位，并在坝体沉降变形基本稳定后再进行浇筑。

柯柯亚二库砂砾石面板坝坝基渗流监测分析研究

文章介绍了渗流监测在强透水层基础上水库工程中的应用,结合柯柯亚二库工程坝基渗流监测设计、施工、监测成果进行分析,能够对坝体渗流情况进行实时监测并有效采集监测数据,从分析结果判断坝体面板及库区防渗结构运行是否安全,为土石坝渗流原因分析提供数据支撑,为今后类似工程建设提供参考依据。

BBN水电站混凝土面板砂砾石坝渗流安全分析

采用GeoStudio岩土软件SEEP/W模块对BBN水电站混凝土面板砂砾石坝进行渗流稳定计算分析,计算正常蓄水位、设计洪水位、校核洪水位3个高水位工况下的渗透比降,与坝基岩土的允许渗流比降进行比较,并通过与渗流安全监测实测资料分析成果进行对比分析,评价坝体及坝基的渗流安全性态,同时复核渗流计算的合理性。研究成果可对类似混凝土面板砂砾石坝设计和安全评价中的渗流稳定计算和复核分析提供一定的参考。

水利工程中面板砂砾石坝坝体填筑施工技术

针对面板砂砾石坝的独特结构,在水利工程建造中占据关键地位,本文以奎屯河上的将军庙水利项目为案例,深入剖析其坝体填充作业的核心技术和施工方法,期望此研究对同类工程提供有价值的借鉴和指导。采用本地材料的混凝土面板堆石坝,凭借其良好的地基适应性、出色的抗地震性能、高效的机械化建设、迅速的建设进度和经济的成本等显著优点,得到了迅速的推广,已然成为当前水电建设项目中的备受青睐的坝体结构。随着一层又一层的土木工程施工技术的不断更新,使用该技术的砾石坝不仅数量大幅增加,而且不断创下雨位新高度,以奎屯河上的将军庙水库工程为案例,针对混凝土面板砂砾石结构的填充施工展开深入研究,目的是为水利工程提供借鉴,促进技术发展与提高工作效率。

混凝土面板砂砾石坝漫顶溃决过程数值模拟

基于混凝土面板砂砾石坝溃决机理,提出了一种模拟其漫顶溃决过程的数值计算方法。该方法针对砂砾石料级配范围宽,最大颗粒与最小颗粒粒径相差大的特点,引入与水流方向垂直的附加作用力来考虑粗颗粒对细颗粒的阻拦、遮蔽以及细颗粒对粗颗粒的包围、填实等作用,导出了能较为合理反映砂砾石料特性的临界起动流速;建议了一个砂砾石料的冲蚀公式,给出了面板折断时间与坝体冲蚀量之间的数学表达式,较为合理地确定面板的折断时刻。利用该方法对青海省沟后水库面板砂砾石坝的溃决过程进行了模拟计算,得出的溃口发展规律与溃坝洪水流量过程与溃坝调查结果大体相符,验证了其合理性。

特高面板砂砾石坝结构安全性论证

基于试验研究与数值计算分析,对新疆大石峡250 m级特高面板砂砾石坝结构安全性进行了论证。结果表明:压实后的砂砾石料有较高的变形模量、较小的流变和地震残余变形,大坝运行期坝体最大沉降仅为最大坝高的0.64%;设计地震用下坝体最大震陷量仅为最大坝高的0.40%;静、动力荷载作用下,面板周边缝的沉陷和张拉值均未超过国内外已建工程的最大实测值,周边缝的剪切位移虽然比国内外已建工程的最大实测值大,但中国在混凝土面板接缝止水结构与材料方面的技术储备已经能够满足其要求。因此,与相同高度的面板堆石坝相比,面板砂砾石坝变形安全控制的难度较小。需要指出的是,250 m级特高砂砾石坝的防渗面板在静、动力荷载作用下的轴向和顺坡向拉、压应力极值较高,有必要在面板周边缝和压性垂直缝两侧一定范围配置加强钢筋。

沟后面板砂砾石坝溃坝机理和经验教训

经过3年的时间终于查清了沟后面板坝溃坝机理，并得到国内专家肯定．沟后坝的溃坝是坝顶严重缺陷所造成的，包括面板与底板接缝漏水，垫层过粗，面板与垫层脱开，砂砾石严重分离，而且呈上下游连通层等．接缝漏水后造成库水与砂砾石极强透水层直接相连通，导致坝体渗透破坏，坝坡冲刷伴随坍塌，使防浪墙失稳而倒塌，出现溃口．库水漫顶而下，迅速切割坝体，面板失去支撑倒塌而溃决．溃坝各因素中坝顶沉降造成面板与垫层相脱开及坝顶砂砾石严重分离且呈上下游连通层是关键因素．为此对今后应加强坝顶的设计与施工提出了具体建议．文中还指出，面板砂砾石坝是种良好的坝型，只要保证面极与垫层紧密相结合，坝体对各类接缝漏水均有较好的排渗能力，不致出现坝体渗透稳定或坝坡的滑动稳定问题．在坝体结构方面，除设计好垫层和过渡层外不需另设专门的排水体．

纳子峡面板砂砾石坝应力变形三维有限元分析

采用三维非线性有限元法建立纳子峡水电站面板砂砾石坝的三维有限元分析模型,对大坝填筑施工过程和水库蓄水过程进行仿真研究,计算分析施工期和蓄水期大坝、面板及周边缝的变形特性。计算结果表明:施工期和蓄水期坝体的最大沉降分别为0.74 m和0.76 m,占最大坝高的0.61%和0.63%;第一主应力最大值分别为2 321 kPa和2 478 kPa,第三主应力最大值分别为588 kPa和626 kPa,应力水平在0.3～0.85之间;周边缝和面板缝法向拉伸变形最大值分别为29 mm和34 mm,垂直剪切变形最大值分别为25 mm和0,顺缝剪切变形分别为27 mm和29mm。从静力分析结果看,纳子峡面板坝的设计方案是合理的。

面板砂砾石坝异常渗流及破坏机制探讨

利用非饱和土渗流理论,对沟后面板砂砾石坝进行了三维渗流场分析。通过渗流计算表明:渗注场受面板纵向缝止水失效的影响不大,仅仅呈现垂直入渗的特征。面板顶部与防浪墙接缝止水失效单独作用时仅能饱和坝体顶部小范围土体。面板在一定范围与坝体脱开、坝体填料渗流性质各向异性、库水位漫过防浪墙底板,这些异常情况的组合导致了坝体渗透破坏。异常状态渗流发生时,坝体顶部区域饱和,而坝体中部仍存在非饱和区,坝体下部饱和区相应点处孔隙水压力值则无明显提高。

寺坪电站混凝土面板砂砾石坝坝体分区设计优化

寺坪水电站大坝为混凝土面板砂砾石坝,坝体堆石区主要为天然砂砾石料。由于当地天然砂砾石料含泥量偏高,且级配范围过宽,如直接上坝,难以满足大坝分区填筑及水力过渡等要求。经过对天然料场选择、大坝填筑断面分区的优化、渗流试验研究和相应的渗流计算,在优选料场和填筑料处理的基础上,采用当地料直上坝是可行的,可取得较好经济效益。

面板砂砾石坝三维渗流敏感性分析

以某水电站面板砂砾石坝为例,根据地形地质条件,建立了三维有限元模型,分析了4种工况下坝址区渗流场、渗漏量、渗透坡降的变化特性,找出了渗漏量偏大的原因为左、右岸帷幕下方可能存在渗漏通道,并建议加强观测、及时进行分析。

基于ABAQUS的面板砂砾石坝三维动力有限元分析

建立了新的有限元分析方法,为准确合理地进行面板砂砾石石坝的三维动力有限元分析提供参考。在对砂砾石料的动力本构模型及其分析方法进行分析与选择的基础上,利用ABAQUS软件实现砂砾石的动力等效线性粘弹性模型,对一座已建成的高面板砂砾石坝进行了地震响应分析,重点分析大坝的反应加速度、动位移和残余变形等动力反应情况。结果表明:坝体在地震作用下的响应不强烈,但在顺河向地震作用下坝顶出现鞭梢效应,需采取相应的抗震工程措施。

混凝土面板砂砾石坝漫顶溃坝数值模拟

通过溃坝案例的现场调查和水槽模型试验,建立了面板砂砾石坝漫顶溃坝数学模型,以模拟水流特性、砂砾石料以及混凝土面板三者之间的相互作用。该模型主要由3部分组成:(1)考虑漩涡水流和砂砾石料之间的冲蚀特性,引入RNG k-ε湍流模型模拟漩涡水流的反向侵蚀;(2)通过泥沙输移公式和流体体积法(VOF法)追踪砂粒与水流侵蚀交界面,并考虑了砂砾石料的孔隙特性;(3)基于弯矩平衡法判定混凝土面板在自重和水荷载作用下的破坏过程。通过水槽模型试验对数学模型进行验证,结果表明,建立的数学模型能够准确地模拟溃决过程中漩涡水流对大坝的反向侵蚀和面板溃口的详细演化过程;该模型计算的溃口流量、堆石体溃口的发展、溃坝历时以及面板的折断长度,与实测数据的相对误差均小于15%,验证了模型的合理性。与参数化模型相比,本研究提出的溃坝模拟数学模型具有更详细的结果。

阿尔塔什水利枢纽混凝土面板砂砾石堆石坝设计及主要工程特点

阿尔塔什水利枢纽大坝为混凝土面板砂砾石堆石坝,具有坝高较高、河床覆盖层较深、地震设计烈度较高、右坝肩边坡高陡的的特点。大坝设计时针对其特点采取了相应的工程措施,基本解决了大坝的变形控制问题及河床深厚覆盖层的渗透问题。对影响工程运行的右岸高边坡进行了综合处理,针对不同情况采取了相应的处理方案和技术措施,保证了工程运行时的安全。

某超高面板砂砾石坝面板缝局部失效渗流场有限元分析

为了掌握高水头作用下面板缝止水局部失效时坝体和坝基特别其垫层局部饱和区的渗流特性,针对拟建的某混凝土面板砂砾石坝,采用饱和-非饱和渗流理论,拟定不同失效缝长、缝宽、位置和垫层渗透系数等情况,建立三维有限元模型,计算面板缝失效情况下坝体和坝基的渗流场,分析不同作用水头条件下面板缝不同失效程度对渗流场的影响。计算结果表明,某处面板缝小范围失效只对失效部位附近的渗流场产生较大影响,并导致局部渗透变形,而对坝体渗流场全局的影响不大;随着失效缝长、缝宽的加大,失效缝位置的降低和垫层渗透系数的增大,失效部位附近局部饱和区变大,其中,失效缝位置的影响最大,失效缝长的影响次之,失效缝宽的影响最小;当超高水头作用下面板缝通长失效时,坝体内浸润面显著升高,因此设计时应严格控制面板缝可能失效的范围,避免出现面板缝大范围失效。