高堆石坝非线性强度指标坝坡稳定可靠度分析方法研究及工程应用

证明了按Fs-1和MR-MS两种方式构建功能函数的数学等效性,提出基于邓肯非线性强度准则、简化毕肖普法、中心差分法、一次二阶矩法及Fs-1,MR-MS两种功能函数的非线性强度指标坝坡稳定可靠度分析的新方法,探讨可靠指标β对非线性强度指标的敏感性以及非线性强度指标相关性对β和临界滑弧位置的影响,得到以下结论:(1)按Fs-1和MR-MS两种方式构建功能函数得到的β相差不超过0.5%,由于按MR-MS构建功能函数可以直接计算对随机变量的偏导数,因此,建议按此方式进行可靠度分析。(2)一次二阶矩法的β计算值相对Monte Carlo法的误差小于2%。可靠度灵敏系数反映出β随φ0的增大和Δφ的减小而增大,且β对φ0的敏感性更为显著。由此可见,φ0参数的合理确定对工程的安全和经济性至关重要。(3)φ0和Δφ的相关性对β和临界滑弧的位置影响比较明显。β随相关系数的增大而渐增,最大增幅达15.67%,同时临界滑弧的位置逐渐向坡外移动,表明不考虑相关性的计算结果偏于安全。(4)对双江口土质心墙堆石坝坝坡稳定的可靠度分析证明了所提方法的合理性,各典型工况的最小可靠指标βmin及临界滑弧的位置符合工程实际,坝坡稳定可靠度满足相应规范要求。

300m级高堆石坝长期变形预测

流变是高堆石坝变形的重要特征,过大的后期变形将对大坝的安全运行产生影响。采用幂函数流变本构模型,对双江口300 m级心墙堆石坝长期变形进行了3维有限元仿真分析,根据堆石料尺寸效应的流变试验资料,初步探讨尺寸效应对高堆石坝长期变形的影响。分析结果表明:双江口心墙堆石坝在大坝满蓄后3年大坝变形基本趋于稳定,变形量在可控制范围之内;尺寸效应对高堆石坝长期变形影响明显,与实际堆石体相比,缩尺后的室内堆石试样表现出较小的长期变形,对大坝变形的预测精度有一定影响。

高堆石坝土工格栅抗震加固效果分析

强震区高堆石坝坝顶堆石体常由于地震加速度放大效应处于不稳定状态,目前比较经济有效的抗震措施是在坝顶一定范围内加筋来提高堆石体的强度和自稳能力。土工格栅以其与土石体相互作用的优越性而被广泛运用于土石坝坝顶抗震加固工程。以240 m高长河坝心墙堆石坝为例,分析土工格栅对强震区坝顶堆石体的抗震加固效果。运用时程法对加筋坝体进行动力反应分析,利用动力响应应力结果并结合Newmark滑块法理论,采用滑面应力分析有限元法对加筋限制高堆石坝地震永久变形的工程效果进行研究和探讨。结果表明,动力作用下格栅所受最大拉力远小于其抗拉强度,且加筋基本不影响坝体动力反应结果。可一旦坝坡发生滑移,加筋能使地震永久位移减少40%～50%,有效限制坝顶堆石体侧向滑移,提高了坝体抗震稳定性。抗震稳定性又对加筋长度与竖向加筋间距敏感,较适宜的加筋长度及间距分别为40～60 m和1～4 m。

高堆石坝中期度汛挡水风险率估计

在考虑高堆石坝坝体中期临时挡水度汛不允许坝面过水条件下,综合考虑坝前洪水位与防洪度汛高程的随机性,构建高堆石坝工程中期度汛挡水风险数学模型。针对堆石坝施工系统的特点,考虑各月停工天数与日平均上升速度的随机性,建立了防洪度汛高程仿真计算模型。基于Monte-Carlo方法原理,耦合水文、水力和施工随机因素对风险模型进行求解,并研究了日均控制最低上升速度这一施工可控指标对风险率的影响。通过大渡河流域某大型工程实例分析表明,风险模型与计算方法可行、有效。

高堆石坝建设工程施工期动态风险分析

针对高堆石坝施工期风险随施工进程而变化的问题,以水布垭堆石坝工程为例,先利用WBS-RBS对其进行风险辨识,再根据风险辨识结果,采用层次分析法(AHP)和风险度理论计算各子工程的风险度;同时考虑施工组织设计和工程特性,将施工期分为四个施工阶段,将子工程及其风险度在各施工阶段进行分配;最后对各施工阶段进行对比分析,通过总体风险度、平均风险度、控制性工程三个指标衡量各施工阶段的风险特性,找出了各施工阶段间的风险变化规律。结果表明,该方法有效可行,为高堆石坝工程施工期动态风险分析提供了依据。

高堆石坝非线性强度指标坝坡稳定可靠度研究

基于现有的堆石坝坝坡稳定性可靠度分析方法,研究了堆石坝非线性强度坝坡稳定可靠度分析的有关方法,将简化毕肖普法和验算点法结合,并编制了相应的计算程序。对某高堆石坝坝坡进行了非线性强度指标可靠度分析,结果表明,高堆石坝按可靠度理论进行非线性强度指标坝坡稳定性分析是合理可行的,是对传统安全系数法的有益补充。

当代高堆石坝建设的关键技术及岩土工程问题

现代高堆石坝的建设中,其关键技术问题主要包括:筑坝材料的选择与应用、坝基防渗处理形式以及防渗结构与坝体的相互作用、坝体变形控制和防止坝体结构局部破坏等。其中,对于高心墙堆石坝,筑坝材料上的考虑主要是砾质土的应用,而对于高混凝土面板堆石坝,则主要是坝体堆石的变形控制与协调。从当前堆石坝建设的发展趋势看,未来的高坝建设规模巨大、地形地质条件复杂,建设中将面临岩土工程方面的重大挑战。筑坝堆石材料的工程特性(主要包括颗粒破碎问题和长期变形问题)、堆石及砾质土材料本构模型的应用、筑坝材料计算参数的反演分析以及高心墙堆石坝的心墙水力劈裂等问题,将是高堆石坝建设中的主要岩土工程问题。

高堆石坝变形监测和变形预测关键技术及工程应用

堆石坝坝体变形不协调或变形过大,会导致防渗体破损和失效,严重危及大坝安全。现有变形控制理论与技术难以满足高堆石坝要求,堆石坝变形控制与预测关键技术亟待突破。文章围绕堆石体力学参数确定新方法、变形监测新设备与变形预测新技术等研究,总结形成了一整套“宏细观、内外观、智能化”的堆石坝变形监测和预测技术体系。研究成果提升了堆石坝变形监测和变形预测水平,为高堆石坝变形控制提供了技术支撑,推动了水电行业的科技进步,推广应用前景广阔。

基于马尔科夫过程的高堆石坝施工度汛决策模型

高堆石坝施工挡水风险的时变性和填筑进度的不确定性增加了坝体施工期度汛方案决策的难度。针对高堆石坝施工度汛过程动态变化的特点,随机模拟大坝挡水风险,并将其划分3个风险状态以判断度汛行动。以整个度汛施工期成本最小化为目标,考虑洪水来流、填筑进度和决策成本等关键因素,建立基于马尔科夫过程的高堆石坝施工度汛决策模型,分析逐月大坝挡水风险状态下的度汛策略、成本函数和风险状态转移概率。在检验其马尔科夫特性基础上,采用决策迭代算法求解每一决策时刻状态下的最优施工度汛方案及度汛过程的决策路径。工程实例分析表明,该决策模型对高堆石坝施工度汛计划策略的调控结果符合实际施工度汛高程变化情况,为指导快速准确制定大坝施工度汛方案提供了参考。

多模态感知驱动下高堆石坝施工仿真参数集成深度学习模型

现有施工仿真参数建模方法主要依靠单一模态数据,且现有多模态数据采集过程存在一定的滞后性,导致仿真的实时性和准确性不足。针对上述问题,本文提出了多模态感知驱动下高堆石坝施工仿真参数集成深度学习模型。首先,在SpringBoot框架下开发了基于移动智能手机传感器的运动学和声学数据实时采集云平台,并采用低通滤波器和梅尔频谱等方法实现堆石坝施工机械多模态数据的实时采集与预处理;其次,提出了用于自动提取多模态数据特征的堆石坝施工机械精细活动状态识别深度学习模型。该模型集成了改进深度卷积长短期记忆循环神经网络(Improved DeepConvLSTM,IDeepConvLSTM)与深度卷积神经网络的优势,前者可精确感知施工机械运动方向,后者可从声音模态中感知施工机械振动状态。其中,IDeepConvLSTM在卷积层中间加入批量归一化层以提高收敛速度,并采用梯度缩放和剪裁以避免梯度爆炸的问题;进一步地,在云平台中采用大窗口移动过滤器在线处理机械活动识别结果,实现堆石坝施工仿真参数的实时建模。工程案例表明,相比于单一的运动学或声学模态的机械活动识别方法,本研究所提方法的识别精度分别提高了9.22%和23.62%。研究成果为提高堆石坝施工仿真的准确性和实时性提供了新的思路和技术手段,具有一定的应用和推广价值。

高堆石坝关键技术问题研究

高堆石坝关键技术问题是“八五”国家科技攻关的一项专题研究，主要包括高堆石坝优化设计软件系统，利用宽级配砾石土作高堆石坝防渗体技术，混凝土面板抗裂措施及其合理接缝止水结构，土工离心模型试验技术，坝体填筑堆石料供应规划仿真模拟软件系统和压实质量无损检测技术以及２００ｍ级高堆石坝原观仪器和土石坝工程反馈分析等。经技术鉴定，该专题成果总体上达到国际先进水平。

基于GA-ANN的高堆石坝施工期沉降分析

施工期坝体沉降是影响大坝安全的主要因素。为精确计算施工期坝体的沉降,选取填筑高度和时效因子作为沉降分析变量,采用基于遗传算法的人工神经网络(GA-ANN)构造施工期坝体沉降预测模型;某工程实例应用表明,该模型具有较高的拟合、预测精度,为大坝施工期沉降控制提供了依据。

深覆盖层上高堆石坝振动台试验与动力数值分析验证研究

通过深覆盖层上高堆石坝振动台试验与动力数值分析相互验证研究 ,表明考虑坝体地基相互作用的数学、力学模型是合理、正确的 .数值计算能非常方便地调整各种物理力学参数 ,从而又能指导模型试验 .通过振动台试验与数值分析相互验证的成果 ,针对深覆盖层上高堆石坝的动力特性得出系统自振频率随地震历时的变化规律 ,加速度放大系数与地震量级大小的关系 ,以及对《水工建筑物抗震设计规范》中仅要求进行两向地震输入和针对不同的地震烈度采用相同的加速度分布系数提出建议 .

高堆石坝合理边坡形状的静力有限元分析

通过高堆石坝合理边坡形状的静力有限元分析及与刚体极限平衡法所确定的高堆石合理边坡形状的对比分析 ,充分论证了高堆石坝的合理边坡形状是一上陡下缓的非线性函数曲面 ,指出传统一坡到顶的高堆石坝边坡形状的不合理性 ,提出新的高堆石坝合理边坡形状设计和稳定分析方法 ,即通过有限元法计算出坝体内所有单元的应力和位移 ,然后利用这些数据 ,用专门的边坡稳定分析程序对边坡进行稳定分析和合理边坡设计。

高堆石坝心墙抗裂措施的探讨

根据国内外已建高堆石坝实践和研究成果,在设计高堆石坝心墙抗裂措施方面,作者从筑坝材料选择,坝的设计技巧方面进行分析和探讨,总结出高堆石坝心墙抗裂措施,供参考。

高分子聚合混凝土作为高堆石坝防渗膜垫层的液胀抗渗及渗漏排水试验

针对高堆石坝防渗膜垫层选用颗粒和水泥无砂混凝土在水压力作用下存在的不足,采用高分子聚合混凝土作为高堆石坝防渗膜垫层,通过液胀抗渗试验和缺陷渗漏排水试验,分析了土工膜的液胀抗渗性能影响因素及土工膜存在缺陷时的渗漏量。结果表明,高分子聚合混凝土垫层存在破损时对土工膜的变形影响最大,其透水性能满足缺陷渗漏的排水要求。

瀑布沟高堆石坝基础防渗墙监测数据分析

瀑布沟心墙堆石坝是我国目前已建采用宽级配砾石土作为心墙坝防渗料的最高心墙堆石坝。堆石坝坝基为深厚河床覆盖层,最大深度达78 m。坝基覆盖层采用各厚1.2 m的全封闭式混凝土防渗墙防渗。介绍了瀑布沟大坝防渗墙安全监测的情况。监测结果表明,大坝防渗墙工程施工质量优良,性能良好,满足设计要求。瀑布沟堆石坝防渗工程的成功建设把我国防渗墙施工水平提升到了一个新的高度,对今后防渗墙设计与施工具有重大意义。

复合土工膜柔性应变计在高堆石坝中的应用

复合土工膜常用在堤防、抢险工程中,在高堆石坝中应用很少。在不破坏承担着最主要防渗作用的复合土工膜前提下,在其表面安装监测仪器存在一定的风险。文章在发明专利的基础上详细介绍了柔性应变计、引出电缆的安装方法。1a多的监测资料分析表明复合土工膜的应变在-1%~2%之内,远小于其断裂伸长率,表明本文所述的安装方法可靠、有效,能准确反映土工膜的工作状态,可以供相关项目参考。

双江口高堆石坝坝料流变特性及三维有限元分析

300 m级高堆石坝的流变变形不可忽略。对最大坝高达到312 m的双江口心墙堆石坝上下游坝壳料进行了流变试验,发展和完善了计算流变变形的数学模型并整理了相关计算参数,采用三维有限元方法分析了流变对大坝变形的影响。结果表明:(1)坝料流变引起的广义剪应变随应力水平的增加而增加,引起的体积应变增量随围压的增加而增加,亦随应力水平的增加而增加;(2)流变引起的变形增量在填筑与蓄水期为自上下游两侧向心墙方向挤压,而在运行期则是由心墙向上下游两侧挤压;(3)考虑流变变形后蓄水期坝体最大沉降增加约22%,而运行期的流变变形相对较小。

瀑布沟高堆石坝坝肩地基处理技术

为使瀑布沟大坝基础满足其整体稳定和防渗要求,需对地基进行处理。为此,通过采取对心墙区及其上下游坝肩进行开挖以及对勘探平洞和钻孔进行封堵等措施对地基进行了处理。结果表明,坝肩地基处理效果良好,可以满足其整体稳定和防渗要求。