砾石心墙土复杂应力耦合作用下的渗流特性

为研究土石坝中心墙土在复杂应力状态下的渗透特性以及其渗透性演变模型,利用自行研制的渗流-应力耦合试验装置,针对长河坝水电站砾石土进行多种应力耦合作用下渗透特性试验研究。结果表明:复杂应力状态对心墙土渗流特性影响显著;土样在设计水力梯度内渗流满足达西定律,且均未发生渗透破坏;在同一围压下,砾石土体的渗透系数随着偏应力和轴向应力的增大而逐渐减小;试验过程中轴向应变随应力作用时间的变化呈阶梯状,且随着偏应力的增大,渗透梯度和轴向应变也增大;建立了土体渗透系数与应力函数的经验公式,从理论上进一步揭示了砾石心墙土应力耦合作用下的渗透机制。

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。

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。

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。

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。

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。

基于有限元法的心墙砾石土压实特性分析

采用有限元法将凸块碾与砾石土作为耦合体系来研究心墙砾石土的压实特性,为心墙砾石土压实特性研究提供了新的思路。首先利用有限元软件ABAQUS构建"凸块碾-砾石土"三维有限元模型,以模拟心墙砾石土碾压的整个过程;其次通过模拟结果与实测结果对比,证明了该模型的可靠性;最后从砾石土沉降量、竖向应力幅值、密度等方面研究砾石土压实特性并分析砾石土竖向应力幅值的分布特性,为控制心墙砾石土的压实质量提供科学的理论依据。

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。

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。

大坝砾石土防渗心墙填筑质量快速检测方法研究

针对长河坝水电站砾石土心墙填筑压实质量需要,用全料压实度和细料压实度进行双控的质量快速检测控制,通过系列比较试验和分析,提出了一种砾石土填筑压实质量控制的快速检测方法。与常规标准检测方法所得结果相比,各项检测指标偏差完全在试验规程允许误差范围内。本方法简捷、快速、经济实用,可大幅缩短检测时间以满足高强度大方量填筑质量检测控制要求,大坝初期填筑应用结果表明本方法是一种砾石土填筑质量控制快速有效的检测方法。

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。

基于FOA-RF算法的心墙砾石土压实质量预测模型

针对随机森林(RF)算法预测心墙砾石土压实质量存在决策树数量选取缺乏深入研究和忽视P0.075质量分数对压实质量影响的问题,提出了一种基于果蝇优化(FOA)算法的随机森林算法(FOA-RF算法),并构建了基于FOA-RF算法的心墙砾石土压实质量预测模型(FOA-RF模型)。该模型一方面通过对料源参数和干密度进行相关性分析,新增了P0.075质量分数作为模型的输入参数;另一方面利用FOA算法对随机森林进行优化,解决了RF算法难以取得决策树数量最优解、没有同时考虑决策树数量与随机特征数影响的问题。以西南某在建砾石土心墙堆石坝工程为例,分别应用基于传统RF、BP神经网络、多元线性回归的预测模型和FOA-RF模型进行压实质量预测。结果表明,FOA-RF模型在预测精度上具有优越性,并基于该模型开发压实质量预测模块,将该模块嵌入碾压质量实时监控系统中可实现压实质量的实时预测。

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。

长河坝水电站大坝心墙砾石土料压实质量快速检测方法

砾石土料压实质量检测是填筑作业的关键工序,快速检测可加快施工进度。本文详细介绍了长河坝电站砾石土料现场快速检测方法,可供同类工程参考。

长河坝水电站砾石土心墙堆石坝抗震设计

长河坝水电站砾石土心墙堆石坝最大坝高240 m,坝基为深厚覆盖层,大坝抗震设防烈度为Ⅸ度。众所周知:高地震烈度区深厚覆盖层上修建高土石坝的抗震安全是工程的关键技术问题之一。为解决长河坝水电站大坝抗震设计难题,对强震区深厚覆盖层上修建高土石坝抗震设计关键技术问题开展了大量深入的研究。介绍了长河坝水电站大坝-坝基体系动力反应数值分析和离心机振动台模型试验等研究成果及所采取的抗震措施,可为类似高土石坝工程的抗震设计提供借鉴和参考。

砾石土心墙堆石坝心墙孔隙水压力分析

土石坝的碾压施工会在大坝心墙中产生较高的超静孔隙水压力.对高土石坝,施工期心墙内产生的超静孔隙水压力难以有效消散,使得心墙内长期存在较高的孔隙水压力,导致其有效应力降低,影响心墙的工作性态和大坝稳定性.以某砾石土心墙监测资料为基础,分析了心墙填筑及水库蓄水对孔隙水压力及其变化的影响.提出了一种计算堆石坝心墙孔隙水压力消散的简化方法,即竖向受压而水平排水的一维固结方法.将其应用于心墙填筑完成后库水位保持不变时段的心墙孔隙水压力消散计算,通过计算值与实测值的比较,验证了心墙孔隙水压力简化计算方法的合理性;并进一步计算了心墙测点的固结过程,发现其固结度达到95%所需的时间长达10~30a,其中前10a各测点的固结度均已达到了70%.

长河坝水电站大坝砾石土心墙分区填筑施工方法

砾石土心墙是大坝防渗结构的重要组成部分,直接影响到大坝填筑的总体施工质量和蓄水后的安全运行。本文以长河坝水电站大坝工程为例介绍一种高土石坝心墙区填筑分区流水作业的填筑施工方法,可供同类工程参考。

长河坝电站大坝心墙砾石土料压实质量快速检测方法

目前,我国水电水利工程土石坝建设高度正处于跨越200~300 m的新阶段,为适应变形和工程面临的客观条件,200~300 m碾压式土石坝更多的采用了心墙防渗的结构形式。砾石土料具有高抗剪强度、抗渗性好和良好的压实性能,是筑坝首选防渗材料。土料压实质量检测是填筑作业的关键工序,快速检测是施工进度的有力保障。现以长河坝电站为例详细介绍了砾石土料现场检测方法,可供同类工程借鉴。