250 m级特高面板堆石坝混凝土面板顺坡向应力控制措施研究

面板应力变形控制是建设250 m级特高混凝土面板堆石坝的关键难题.大量工程实测案例和研究计算表明,特高面板坝压应力常处于较高水平,对于坝轴向应力来说,采用柔性缝降低压应力措施已被工程界普遍接受,然而,目前对于如何降低面板顺坡向压应力尚缺少有效的解决方法.本文以拟建的240 m级GS面板坝为研究对象,从特殊增模区布置、面板施工顺序、面板低高程柔性横缝、高压力区高强度混凝土材料等4个方面提出改善面板顺坡向应力的工程措施.文中通过三维有限元精细模拟方法分析了提出的顺坡向应力改善措施的效果,文中提出的措施可为250 m面板堆石坝面板应力控制提供借鉴.

高纬度高寒区面板堆石坝防渗面板修复方案及经验

JLBLK水电站大坝是建于高纬度高寒区的百米级全断面堆石面板坝,最大坝高140.3 m。通过降水处理,现场发现18^(#)、19^(#)面板挤压破损程度严重且有加剧趋势,25^(#)、26^(#)、27^(#)面板断裂。经与国内外同类工程比较,水库渗漏量总体偏大,变形量偏大,且尚未收敛,三维流变反演成果表明后期尚有17%的沉降量。为保证修复效果满足后期变形和渗透稳定需要,针对18^(#)、19^(#)面板水上破损区采用高于原设计强度混凝土分小区进行补强,并结合工程特点和设计方案提出适合本工程的修复施工方案,修复后面板各项指标均满足要求。

峡谷区深厚覆盖层上面板堆石坝结构安全研究

趾板直接建在覆盖层上的面板堆石坝,通过防渗墙、连接板、混凝土面板以及接缝止水构成完整的防渗体系,由于覆盖层的大变形以及岸坡区以及河床覆盖层区较大的差异变形使得整体防渗体结构安全面临严峻考验。依托新疆某电站面板堆石坝工程,室内试验与现场旁压试验相结合确定合理的覆盖层和筑坝料力学参数,采用数值计算方法优化分析了连接板宽度、防渗墙施工次序、混凝土面板宽度、面板柔性缝设置方式等措施对改善防渗体系应力变形的效果。结果表明:合理的连接板长度与分缝型式可减小连接板应力和接缝变位;防渗墙后期施工能显著改善墙体应力,减小面板分缝宽度和设置柔性缝均能较好控制面板的应力性态;对于覆盖层上的新疆某电站面板堆石坝,防渗墙与连接板接缝以及陡峭左岸周边缝剪切变形是控制该工程运行安全的重要因素,研究结果可为同类型土石坝设计建设提供借鉴。

堆渣料面板堆石坝非线性动力液化分析

面板坝的建设中,部分区域因堆石料匮乏,采用堆渣料作为坝壳材料筑坝。堆渣料属于弱透水性材料,在复杂地质条件下及地震工况下存在液化风险,造成坝体裂缝、凹陷和坍塌等问题,影响大坝安全。为此,针对堆渣料面板坝开展了非线性动力分析,研究了坝体在地震条件下产生动力液化的可能性。结果表明,上游坝坡附近是超孔压比较高的主要部位,该部位堆渣料液化的可能性较大,是需要重点关注的主要区域;下游坡脚附近受水流渗出影响,液化风险较低;沿着顺河向方向,超孔压比逐渐减小,中高风险液化区域若形成连通,将增大坝体整体液化风险,为降低坝体液化风险,需设置抗液化措施,增强坝体安全性。

面板堆石坝主要构筑物设计分析

构筑物布置设计对后续工程施工和充分发挥工程效益有重要意义。为确保面板堆石坝主要构筑物设计科学可行,以江苏常州市夏溪河流域某水库为例,根据地形环境、堆石岩性及规范要求,对面板堆石坝工程主要构筑物设计进行计算复核,结果表明:上下游坝坡坡比均采用1:1.6;面板底部厚度取0.4m;帷幕灌浆防渗标准按5Lu进行布孔设计;大坝上下游坝坡在各种工况处于稳定状态。可供面板堆石坝工程构建筑物设计参考。

水循环荷载作用下高面板堆石坝长期变形特性研究

高面板堆石坝的长期变形是面板坝建设中的关键技术问题之一,已有研究大多将长期变形归结为堆石体蠕变的结果,但某些高面板堆石坝的变形原型监测资料显示,仅从堆石体蠕变角度难以解释高面板堆石坝长期变形的机理。通过水布垭面板堆石坝17a的变形监测资料分析和室内低频循环荷载作用下堆石料变形特性试验,探讨了实际运行中库水位周期性变化形成的循环荷载对高面板堆石坝长期变形特性的影响。结果表明:(1)坝体填筑和初次蓄水引起堆石体的瞬时变形和蠕变,堆石体的后期变形主要是水循环荷载长期作用的结果。(2)水循环荷载作用下,堆石体的变形表现为两种形式,其一为不可恢复的永久变形(亦称为残余变形),其二为可恢复的弹性变形。(3)室内低频循环荷载作用试验得到的堆石料变形及其增长规律很好地验证了水循环荷载与堆石坝后期变形的相互关系以及后期变形的力学意义。研究成果为高面板堆石坝长期变形特性研究提供了新的思路,并为具有往复大消落特点的高面板堆石坝变形及安全控制提供借鉴。

强震区抽蓄电站沥青混凝土面板堆石坝抗震稳定性分析

我国西北强震区某拟建抽水蓄能电站上水库采用沥青混凝土面板堆石坝,最大坝高161 m。为分析该坝抗震稳定性,在大坝非线性静力分析基础上,采用改进的等效粘弹性模型和有限元动力时程法等理论,对大坝开展三维有限元地震反应和坝坡抗震稳定性计算。结果表明,大坝在100年1%超越概率的校核地震(地震加速度为0.48g)作用下,坝体及面板的动力反应分布规律合理。其中,坝体顺河向、坝轴向、竖向加速度极值分别为13.93、13.91、13.80 m/s^(2)。考虑静动叠加后,在沥青混凝土面板反弧段的拉应变极值达0.95%,但小于改性沥青混凝土抗拉强度的一般允许值。因此,大坝即使遭遇0.48g的校核地震作用,亦能保持较好的整体安全性,不会出现重大抗震安全事故。

主余震序列作用下面板堆石坝应变能及易损性分析

为研究主余震序列作用下面板堆石坝的抗震性能,定量分析主余震序列对坝体结构破坏的影响,基于增量动力分析(IDA),分别以总应变能及弹性应变能与总应变能的最大比值作为结构性能指标,得到该坝体在主余震序列作用下的应变能时程曲线和易损性曲线,研究主余震序列对该坝体抗震性能的影响。结果表明,主余震序列作用下的应变能时程曲线位于单一主震上方,表明主余震序列会加剧该坝体的破坏程度,特别是坝体在自振周期下的谱加速度Sa(T1)值较大时,所引起的坝体破坏程度更加显著;主余震序列作用下的易损性曲线位于单一主震上方,表明主余震序列作用下该坝体的破坏概率大于单一主震破坏概率,且主余震序列作用下的破坏概率与主震强度有关,主震强度越高,主余震序列作用下的破坏概率越大。

P波空间斜入射下沥青混凝土面板堆石坝响应特性及面板破坏评价

地震波入射方位和斜入射角度对于沥青混凝土面板堆石坝地震响应结果有着显著影响。本文从地震动传播机制出发,基于波场叠加原理,推导了P波以任意入射方位角和斜入射角空间斜入射下弹性半空间自由场计算公式,建立了P波空间斜入射波动输入模型。以不同应变率下的沥青混凝土单轴动态拉伸试验结果为基础,提出了考虑抗拉强度随应变率实时变化的沥青混凝土面板破坏评价方法。考虑16种不同入射方位角和斜入射角下的P波空间斜入射工况,从面板应力和加速度两方面分析了入射方位角和斜入射角对某实际沥青混凝土面板地震响应特性的影响,并进行了沥青混凝土面板的抗拉破坏评价,分析了静态评价方法与动态评价方法的差异。结果表明:所建立的P波空间斜入射波动输入模型能够准确模拟半空间自由场,波动输入数值解与解析解符合良好;与垂直输入射相比,面板顺水流向、垂直水流向加速度峰值最大分别增加135.9%和92.7%,竖向加速度峰值最大减少68.3%;空间斜输入导致面板动应力增大,主拉应力和主压应力最大分别增加3.6倍和2.7倍,忽略入射方位角和斜入射角可能会严重低估面板的地震响应。传统将静态强度提高30%作为动态强度的面板抗拉破坏判别方法过于严格,本文提出的考虑应变率效应的沥青混凝土面板破坏评价方法较为符合实际。

本构模型对面板堆石坝动力特性影响及敏感性分析

为研究堆石料本构模型及模型参数对面板堆石坝动力响应特性的影响,基于有限元方法和动力时程分析,分别采用邓肯-张E-B模型和南水模型对某沥青混凝土堆石坝进行动力计算,比较了两种本构模型下坝体的静动位移、动应力和地震永久变形的分布规律和数值大小,在此基础上针对堆石料参数设计了正交试验,采用极差和方差分析方法研究了参数敏感性。结果表明,两种本构模型下面板坝的动位移分布规律相似但数值大小不同,动应力大小和分布规律均不同,参数K和Rd分别是邓肯-张E-B模型和南水模型中对坝体动位移最敏感的参数。

大倾角坝基上混凝土面板堆石坝滑移变形特征研究

抽水蓄能电站是实现“双碳”战略目标的重要举措,混凝土面板堆石坝作为抽水蓄能电站上水库大坝的优选坝型之一,往往坝基顺河向坡度较陡,坝体容易产生顺坡向滑移变形,坝坡抗滑稳定性较差,危及抽水蓄能电站上水库大坝运行安全。因此,建立大倾角坝基上混凝土面板堆石坝数值模型,研究大倾角坝基上混凝土面板堆石坝滑移变形的规律,揭示大倾角坝基上混凝土面板堆石坝产生滑移变形的机制,提出减小其滑移变形的物理力学和几何结构设计措施。研究结果表明,较大下滑力和较小抗滑力是大倾角坝基上混凝土面板堆石坝容易产生滑移变形的根本原因;坝基倾角越大,重力沿坡面分力越大,坝体滑移变形越大,坝坡安全系数越小(当坝基倾角大于15°时,坝坡安全系数小于规范要求的最小值1.5);增设压坡能够有效减小坝体滑移变形,显著提高坝坡抗滑稳定性,压坡平台高度越高、宽度越宽和黏聚力、内摩擦角越大,坝体滑移变形越小,坝坡安全系数越大,推荐压坡平台高度和宽度取1/2倍主坝最大坝高,压坡密实度(黏聚力和内摩擦角)与主坝堆石密实度相当。

某高面板堆石坝设计与研究

混凝土面板堆石坝是一种安全经济的坝型,对地形、地质和气候条件有广泛的适用性,在世界范围内得到了广泛的应用,近几十年来得到迅速的发展。本文对某高面板堆石坝进行了设计,采用邓肯张e-b模型,使用通用岩土分析软件MIDAS GTS NX软件对大坝建立了三维模型,拟定三种参数方案,对面板堆石坝的应力与变形进行了分析,确定了最优参数方案,得到了大坝在竣工期及蓄水期的应力与变形,分析结果对工程设计优化、类似工程借鉴、保证工程安全具有一定的参考价值。

软岩筑坝技术在某面板堆石坝的应用研究

本文采用邓肯张e-b模型,使用通用岩土分析软件MIDAS GTS NX软件对大坝建立了三维模型,设计四种不同分区使用软岩的方案,分别为主体、主堆石区、次堆石区以及次堆石区510~610 m高程部分使用软岩,并对四种方案下面板堆石坝的应力与变形进行了分析。得到以下结论:采用软岩的大坝应力与变形分布规律与传统堆石料类似,在次堆石区部分部位使用软岩可以大大降低大坝的应力与变形,软岩用于高面板坝坝体填筑是安全可行的。分析结果对工程设计优化、类似工程借鉴、保证工程安全具有一定的参考价值。

考虑混凝土面板裂缝的堆石坝三维渗流敏感性分析

为研究面板有裂缝时堆石坝渗透系数对其渗流特性的影响,以青海省某混凝土面板堆石坝为例,结合等效区块连续介质模型和Van Genuchten模型,提出考虑混凝土面板裂缝的饱和-非饱和渗流计算方法。通过设计正交试验开展堆石坝渗透系数敏感性分析,利用响应面法研究各部位渗透系数之间的交互作用对大坝总渗流量Q和下游坡脚渗透坡降J的影响。结果表明:坝体各分区渗透系数对Q、J的敏感程度不同,对大坝渗流特性影响显著的3个渗透系数为垫层渗透系数(K_(a))、主堆石区渗透系数(K_(c))、覆盖层Q_(3)^(a1)渗透系数(K_(e))。对于Q来说,各分区渗透系数的交互作用均不显著,而对于J来说,K_(a)与K_(c)、K_(a)与K_(e)的交互作用呈现出显著性。

近断层地震动组合斜入射下沥青混凝土面板堆石坝响应研究

西部地区水利工程多建于复杂地震断裂带附近,因此近场地震动的脉冲效应对水工建筑物所产生的影响不可忽略。近断层地震动往往由P波、SV波等共同组成,到达地表后明显带有一定角度,垂直入射假定不再适用,因此有必要开展近断层脉冲型地震动组合斜入射对沥青混凝土面板堆石坝地震响应影响的研究。基于地表二维地震动反演确定P波、SV波斜入射时程,构建近断层地震动组合斜输入模型,选取脉冲型和非脉冲型各5条地震动记录,研究近断层地震动组合斜入射对沥青混凝土面板加速度、应力和坝体永久变形的影响规律。结果表明:与地震动垂直入射相比,面板水平向加速度随P波角度的增大而增大,随SV波角度的增大而减小,竖向加速度及坝体永久变形的规律则相反;面板拉应力随着P波、SV波角度的增大而增大;近断层地震动的脉冲特性对堆石坝的响应有显著放大作用,其中面板拉应力最大增加了116%。

防渗体系破损条件下混凝土面板堆石坝的渗流分析

在分析总结多座高混凝土面板堆石坝面板开裂特征的基础上,结合某高混凝土面板堆石坝工程,将局部防渗体系单元作为破损模拟对象,基于等效均质渗透系数法,利用Midas GTS开展了不同破损部位和破损程度条件下大坝的渗流场分析,并研究了垫层和过渡层是否发生破损对大坝渗流性态的影响。通过对大坝渗流量、浸润线形态等方面的分析,研究结果表明:相同的混凝土面板破损部位条件下,破损程度是影响大坝渗流性态的重要因素;当面板破损程度相同,垫层和过渡层未破损时,其防渗能力仍起到关键作用,大坝渗流场变化不明显;当整个防渗体系均发生严重破损时,大坝渗流性态恶化,渗透安全性明显降低。

砂板岩堆石料填筑200m级面板堆石坝的应力变形分析研究

西藏JD混凝土面板堆石坝工程最大坝高达189 m,大坝主要填筑区采用微风化、弱风化砂质板岩堆石料,坝料存在模量低、后期变形偏大、浸水易湿化等问题。基于系统室内试验测定的模型参数,采用三维非线性有限元方法对JD面板堆石坝进行了应力变形分析,并考虑了填筑加载、流变、浸水湿化等因素的影响。分析结果表明:坝体变形符合一般规律,运行期坝体最大沉降和坝顶工后沉降分别为165.6 cm和48.2 cm,为坝高的0.88%和0.26%,坝体最大沉降与类似工程相比处于中等水平,面板压应力在材料允许范围以内,拉应力略有超标,接缝止水变位在材料的允许范围以内;考虑湿化效应后坝体沉降位移增加5.3 cm,面板挠度增加6.7 cm,压拉应力均有所增大,止水接缝变位也有所增大。图7幅,表7个。

水利水电施工混凝土面板堆石坝技术

水利水电工程作为现代化城市发展的一项基础性工程,不但会对社会经济发展产生很大的影响,同时也会对居民的日常生活产生很大的影响,所以现在很多城市在发展过程中都在积极的建设水利水电工程,在一定程度上给水利水电工程提供了更加广阔的发展空间。而水利水电工程在具体施工建设过程中也会包含很多的施工技术以及流程,任何一个环节出现问题都会对工程整体建设质量以及性能产生影响。所以在此背景下,相关单位以及工作人员一定要重视科学合理的选择施工技术以及工艺。混凝土面板堆石坝技术作为水利水电工程项目施工中经常使用的技术之一,其本身有着很多的优势,如能够简化施工流程,减小施工资金成本的投入等等,所以也获得了行业的喜爱。所以相关单位以及工作人员在具体施工建设过程中一定要加强对该技术的重视度,结合实际情况科学合理的将混凝土面板堆石坝技术应用在水利水电工程当中,进而才可以有效增强其施工质量以及效率,使其建设更加满足现代社会的实际需求,推动水利水电工程实现良好稳定的发展。

寒冷强震地区250 m级特高混凝土面板堆石坝接缝止水设计

寒冷强震地区的250 m级特高混凝土面板堆石坝变形控制难度大、抗震安全问题突出、耐久性要求高,这些难题对面板坝接缝止水设计提出了更高的要求。以233.5 m高的玉龙喀什混凝土面板堆石坝为例,利用三维静动力有限元计算成果,结合国内外类似高面板坝的工程经验,定量提出其接缝变形控制标准,针对性地开展了不同部位接缝的止水尺寸设计。基于工程特点和大坝变形特性,考虑面板不同区域受力的差异、水位变动区冰冻的影响、防挤压破坏和板块间约束等因素,采用多道冗余设计、聚脲涂覆盖板、垂直缝均设嵌缝材料、压性缝局部加强等措施,对周边缝、垂直缝、防浪墙水平缝和沉降缝的止水开展了个性化设计,可供类似工程参考。

基于ORD的面板堆石坝建模关键技术与应用

针对面板堆石坝在大坝前期设计阶段方案比选多、工作量大的问题,结合面板堆石坝结构设计原理,提出一种基于ORD软件的参数化建模方法,即利用OpenRoads Designer软件研究创建面板堆石坝BIM模型的关键环节和要点,并实现将坝体结构转换为一系列逻辑约束的组件来创建坝参数化模板,并将其应用于贵州省望谟县某面板堆石坝方案比选中。实际应用结果表明,该方法用于面板堆石坝建模和前期设计方案比选切实可行,大大提高了设计效率,且成果输出展示更直观,为面板堆石坝BIM技术应用提供了新思路。