超高堆石坝工程设计与技术创新

重点阐述了坝高178 m的天生桥一级面板堆石坝工程实践、坝高261.5 m的糯扎渡心墙堆石坝工程设计和坝高310 m古水堆石坝技术方案,总结了天生桥一级面板堆石坝和糯扎渡心墙堆石坝工程设计特点与技术创新,提出了古水面板堆石坝技术方案研究的内容和方向。

300 m级超高堆石坝砾石土料质量控制标准研究

砾石土料作为300 m级超高堆石坝的心墙材料,其质量控制标准一直施工过程中的技术难题。瀑布沟、糯扎渡、长河坝、两河口等水电工程施工经验及研究成果表明,现有的碾压设备可满足300 m级超高砾石土心墙堆石坝的建设需要。根据砾石土特点、碾压设备性能和超高坝质量要求,提出砾石土料的质量控制标准,为在建和拟建的超高堆石坝砾石土料的质量控制提供依据。

300米级超高堆石坝掺砾土料掺拌工艺研究

采用合理的工艺控制超高堆石坝的人工掺砾比例,对于保证掺砾土料的质量十分重要。本文总结了已建和在建的糯扎渡、长河坝、两河口三个水电工程的掺拌设备选型、土料掺配流程,分析了试验成果,并总结了各工程掺拌方式的优缺点。对于300m级超高人工掺砾石土心墙堆石坝的掺配工艺工法提出了建议,可供类似工程借鉴参考。

超高堆石坝分层填筑的颗粒流模拟

针对当前堆石坝发展趋势及坝体变形预测方法的不足,研究了细观颗粒流方法用于模拟超高堆石坝应力变形特征的可行性。首先,利用FISH语言二次开发,实现在复杂边界区域快速建立密实的堆石料模型,并充分体现堆石料的级配及破碎效应;然后,以水布垭面板工程为例,基于该建模方法对超高堆石坝的填筑过程进行仿真模拟。结果表明,颗粒流模型的坝体变形与坝体实测变形比较接近。由此可见,颗粒流方法应用于模拟超高堆石坝分层分期填筑等大尺度复杂边界问题是切实可行的,从而为超高堆石坝变形预测提供新的途径。

超高堆石坝工程设计与技术创新

超高堆石坝经常出现面板受挤压破损、弯曲裂缝以及拉伸裂缝等严重结构性损坏，为改进这种状况，必须做好工程设计和技术创新工作。文章针对天生桥石坝工程进行研究，探究了工程设计的特点与技术。

300 m级超高堆石坝心墙砾石土力学特性试验研究

坝体的变形协调控制一直是高堆石坝设计和施工中的核心问题之一.对于300 m级超高堆石坝,由于国内外设计和施工经验较少,且用于300 m级超高堆石坝心墙防渗料的砾石土与一般砾石土力学特性存在较大差异,已有的研究成果尚不能有效指导工程实践.基于此,本文以两河口超高堆石坝心墙砾石土为研究对象,结合室内试验和现场试验结果,研究300 m级超高堆石坝心墙砾石土相关力学特性.结果表明,两河口超高堆石坝心墙砾石土具有较高压实度,其自身抗渗性能较好,可满足工程设计技术要求;通过压缩系数及压缩模量可知,所研究的心墙砾石土为低压缩性土;心墙砾石土峰值强度随围压的增大而增大,峰值摩擦角随围压的增大而减小,所得到的邓肯模型参数可为后续两河口超高堆石坝数值计算提供参考;现场试验表明两河口超高堆石坝心墙砾石土具有较高的承载力和抗剪强度,其渗透系数满足设计技术要求.本文通过相关室内试验及现场试验验证了砾石土作为300 m级超高堆石坝心墙防渗料的可行性及可靠性,研究成果可为300 m级超高堆石坝设计和工程建设提供相关试验及理论依据.

考虑渗透系数空间变异性的超高心墙堆石坝渗流分析

为探究超高心墙堆石坝多组防渗材料空间变异性对渗流安全的影响,根据建立的随机渗流分析模型,对某超高心墙堆石坝内多组防渗材料的渗透系数进行空间离散,系统研究坝体和坝基内渗流控制指标的演变规律。结果表明:心墙渗透系数的变异系数每增加0.1,其最大水力坡降的均值增大约9.8%,远高于帷幕灌浆和天然坝基。同时考虑基岩与帷幕灌浆的随机渗流特性后,帷幕前压力水头的最大值与仅考虑帷幕灌浆时增大了5%,坝基材料的空间变异性对帷幕灌浆渗流安全有一定影响。忽视防渗体的空间变异性,会高估防渗结构的渗流安全状态。

超高面板堆石坝混凝土面板应力状态影响因素分析

面板受力特性与应力改善措施研究是高面板堆石坝研究的关键技术问题之一。影响面板受力特性的最主要因素是坝体变形,尤其是坝体后期变形。对于超高混凝土面板堆石坝,坝体后期变形大,易造成面板和面板垂直缝的挤压破坏。压型面板垂直缝采用一定宽度的柔性缝型式,可吸收压缩变形,消减面板轴向压应力。采取合理的坝体变形控制措施,合理的分缝和结构型式是改善超高混凝土面板堆石坝面板应力状态,避免或减少面板产生结构性裂缝的关键所在。

超高面板堆石坝设计原则探讨

目前超高面板坝比较普遍地出现了面板沿垂直缝挤压破坏、顶部水平弯曲裂缝和水平拉伸裂缝等结构性破坏,为了防止这些事故的发生,探讨提出了超高面板坝设计原则。设计原则主要包括主堆石区压缩模量、主堆石区宽度、主次堆石压缩模量比、水库蓄水计划、设置堆石预沉降时间、分区堆石颗粒级配和面板设计等几个方面。

浅析超高心墙堆石坝动力响应及极震破坏模式研究现状

总结了高心墙堆石坝动力分析方法与最新研究进展,给出了不同动力计算方法的优缺点及动力分析研究发展方向。研究表明,300 m级超高心墙堆石坝动力响应特性研究应包括坝体加速度反应、残余变形、心墙动强度及坝坡稳定等内容。结合文献研究成果分析,指出超高心墙堆石坝地震破坏模式为:首先坝坡面出现局部松动滚石、坝体产生变形及裂缝;坝坡累积的滑动变形逐渐加大,坝坡开始坍塌;心墙及上游反滤料动强度不足范围从坝顶向下逐渐加深,以致坝坡的整体稳定性进一步被削弱或塌滑。综合残余变形、防渗心墙抗剪强度、坝坡稳定等方面的极限抗震能力评价标准,表明我国300 m级超高心墙堆石坝能承受地震动峰值加速度0.45g^0.60g的动荷载。

超高混凝土面板堆石坝建设中的关键技术问题

300 m级超高混凝土面板堆石坝的设计与施工将面临一系列技术挑战。对于超高混凝土面板坝,其坝坡稳定和堆石材料渗透稳定不是主要制约因素,而坝体堆石的变形控制,以及混凝土面板应力状态的改善将是关键技术问题。为此,必须从坝体材料分区的改进、筑坝材料选择、堆石压实标准控制,以及面板浇筑时机选择、面板厚度设计、面板钢筋排列、面板接缝系统设计等方面,采取相应的工程措施,以尽可能地减少堆石体的变形(特别是后期变形),降低运行期混凝土面板的拉、压应力。通过采取这些工程措施,建设300 m级超高混凝土面板堆石坝在技术上是可行的。

强震区超高心墙堆石坝防震抗震研究及设计关键问题探讨

强震区超高心墙堆石坝地震残余变形、地震孔压增长及地震破坏模式的分析研究和安全评价指标,以及采取的抗震措施是心墙堆石坝防震抗震研究及设计中的关键问题。在总结当前心墙堆石坝防震抗震研究的基本方法及关键技术基础上,以长河坝、双江口水电站砾石土心墙堆石坝为例,对防震抗震研究及设计的关键问题进行探讨。

玉龙喀什水利枢纽工程超高面板堆石坝变形控制设计

玉龙大坝为强震区“Ⅴ”型河谷窄深河槽内超高面板堆石坝,坝体变形控制是决定大坝运行安全的核心,为保证坝体各区域之间的变形协调,避免混凝土面板因挠度过大导致的结构性裂缝、脱空、止水与垂直缝挤压破坏等问题出现。工程在初步设计阶段根据坝址地形地质条件及同类超高面板坝实践经验,从筑坝材料室内及现场试验、三维静动力分析、大坝变形控制原则和措施等方面进行了系统设计,大坝变形与协调基本可控。施工图阶段需结合现场大型试验成果,继续开展大坝三维动静力研究,为计算和施工提供更可靠的参数依据和控制标准,确保大坝安全。

次堆石区参数对300m级超高面板堆石坝应力变形影响研究

通过有限元计算研究次堆石区材料参数对300 m级超高面板堆石坝应力变形的影响,比较分析表明:次堆石区材料参数对高面板堆石坝的应力变形有较大影响,初步确定主次堆石模量比宜控制在1.5∶1以内,以期为300 m级超高面板堆石坝的建设提供参考。

超高面板堆石坝面板挤压破坏机理及数值模拟方法研究

面板挤压破坏是影响超高面板堆石坝安全的核心问题。总结分析了国内外数座典型超高面板堆石坝工程中发生的面板挤压破坏现象及特征。论述了面板纵缝转动接触挤压效应的发生机制,认为由坝体变形所导致的面板转动挤压和位移挤压是导致面板发生挤压破坏的本质原因。基于非线性接触力学的方法,自主开发了可描述面板坝复杂多体接触特性的计算方法和三维有限元计算程序系统。使用局部子结构模型对面板纵缝的转动接触挤压效应进行了分析。计算结果表明,转动挤压和位移挤压均可在纵缝两侧面板表面部位引发严重的应力集中,可从量值上解释面板发生挤压破坏时面板中部挤压应变实测值和计算值仍远低于混凝土极限抗压应变的现象。

超高心墙堆石坝动力响应的敏感性分析

将坝料的动力试验结果按照反映试验过程中材料振动硬化特性的幂函数型动应力-应变关系模型和阻尼比计算公式进行整理,拟合得到了堆石料、反滤料、心墙料的最大动剪模量与平均有效主应力关系、动剪模量比与动剪应变关系、阻尼比与动剪应变关系的均值曲线及上下包络曲线。以一座300 m级超高心墙堆石坝为算例,取不同关系曲线所对应的参数进行动力敏感性分析。由结果可知,增大k_1、n_(GM)、k_3值,减小k_2、n值均会使得坝体动力反应、永久变形及动孔压极值增大,反之则减小。

高寒高海拔地区超高心墙堆石坝砾石土心墙冬季施工措施研究

本文针对两河口水电站冬季昼夜温差较大,低温时段局部土体会受冻而含冰晶,中午升温后冰晶受热一般会消融,土体则经受一次冻融过程的气象特点,结合工程实际施工进度要求,并本着为行业技术进步作出一定贡献的目标,通过三年来研究和施工实践,研究固化了一整套大坝砾石土心墙冬季施工工艺方法。实践证明,该施工工艺方法快速有效,具有很大的推广价值,填补了高寒高海拔地区超高心墙堆石坝建设的空白。

超高坝堆石分区问题二维有限元分析

阿瓜密尔帕坝和天生桥一级水电站坝是新建的超高坝,坝高都超过150 m,建成后二座坝的混凝土面板表面都出现了结构性裂缝.针对这两座超高坝出现的问题,库克、Alberto、Pinto等专家对堆石分区提出了一些新的观点和见解.文中以自行假定的坝高227.5 m的超高坝为例,选取三种分区方案,进行了平面有限元计算,根据有限元计算结果对库克等专家提出的新的观点和见解进行了分析,得到了一些有益结论.

玉龙喀什水利枢纽工程高趾墩混凝土面板堆石坝渗控设计及三维渗流分析

玉龙混凝土面板堆石坝位于狭窄河谷,并且坝址河床砂卵砾石层渗透性强,抗渗稳定性差。该工程采用帷幕灌浆、高趾墩、混凝土面板组成坝体防渗系统,最大坝高230.5m,这种混合式超高面板堆石坝在国内外已属罕见。按照规范要求对堆石坝料进行分区、及坝基进行处理并采用,再通过进行三维渗流有限元计算,全面、完整地掌握大坝各分区渗流场状况。结果表明:校核水位渗流场水头分布规律合理,总水头等值线在面板、趾板、高趾墙、帷幕等处较为密集,上游水头由这些部位承担,渗控系统起到了很好的防渗效果。表明此次对坝料分区、及坝基处理较为合理,混凝土面板、垫层料、花岗岩爆破料最大渗透坡降均小于破坏水力坡降,设置帷幕可以使两坝肩渗漏量很小,绕坝渗流并不明显,受到右岸单薄山梁影响,右岸渗漏量最大但也满足渗漏要求,表明这种混合式防渗系统的防渗效果明显。依此,为今后类似工程提供借鉴。

超高面板坝面板临界挠度探讨和设计改进

新近建成的一批坝高大于150m的面板坝的面板都发生了沿垂直缝的挤压破坏问题,因此,避免面板发生挤压破坏成为超高面板坝设计中有待解决的重大设计课题。通过分析面板发生挤压破坏的工程实例,提出了面板挤压破坏的临界挠度,通过控制挠度来控制面板压应变,避免面板发生挤压破坏;还提出了超高面板坝防止面板挤压破坏的具体设计改进方法。