A Review of Test Methods for the Determination of the Permeability Coefficient of Gravelly Soils Used for Embankment Dams

The factors influencing the permeability coefficient of gravelly soils used for the development of embankment dams(core wall)are analyzed.Such factors include(but are not limited to)soil size,anisotropy,density and boundary effects.A review of the literature is conducted and new directions of research are proposed.In such a framework,it is shown that gravelly soil with controlled density and vertical stress should be used to optimize the measurement of the vertical and horizontal permeability coefficients,respectively.

高土石坝心墙砾石土料掺配施工技术

高砾石土心墙土石坝防渗体砾石土料的质量对坝体结构稳定和长期安全运行至关重要,通过对不同土料掺配施工技术研究,制定出精确掺配的相关施工工艺参数,解决了常规施工存在的诸多问题,提高了高土石坝砾石土料掺拌和填筑施工质量,节约了工程施工成本,确保了坝体结构稳定和运行安全,为工程正常有序施工及完建创造了良好的条件。

基于有限元方法的水利工程坝体稳定性监测研究

为了对林溪水库挡水坝进行稳定性监测,利用有限元方法,对坝体的力学性能进行计算模拟。同时,采用强度折减法,对该坝坝坡稳定性进行计算。结果表明,上游水位高程71.29m时的渗流量有限元结果为69.1m^(3)/d;当水库处于死水位时,黏土心墙逸出点渗透坡降为0.896,不会出现渗透破坏;3种工况下,坝坡抗滑稳定安全系数分别为1.43、1.29和1.21,均未超过限定值。研究结果可为大坝的除险加固和管理提供参考。

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。

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。

特高堆石坝砾石土心墙非均质缺陷对渗流场影响分析

砾石土心墙是特高心墙堆石坝防渗系统的关键组成部分,受土料物理特性以及掺料、碾压等施工过程中不确定性因素的影响,心墙砾石土渗透系数表现出一定的非均质性和随机性,对特高堆石坝渗流稳定安全造成重要影响。本文利用分形数学方法刻画出特高堆石坝心墙碾压分层结构及非均质缺陷,三维渗流模拟结果显示,存在非均质缺陷条件下心墙内水位等势线出现抬升,心墙下游面渗透坡降局部发生突变,最大渗透坡降超过允许值,增加下游面渗透破坏风险。砾石土心墙碾压施工过程中应减少欠碾或过碾等质量缺陷,严格控制压实质量。

任意料在纳达水库沥青混凝土心墙土石坝中的应用研究

纳达水库为沥青混凝土心墙土石坝,坝壳料采用全断面土、石混合料筑坝,属国内近百米级坝壳料采用任意料筑坝的先例。针对坝壳料采用任意料的特点,主要介绍了沥青混凝土心墙土石坝在合理利用土、石混合任意料,渗流控制,坝坡稳定及坝体变形控制等方面的设计成果,相关成果可供设计人员参考。

特高心墙坝堆石料缩尺试验与变形特性验证分析

基于坝料现场与室内缩尺试验相结合和粘弹塑性固结有限元法,结合长河坝原型监测资料,研究了缩尺方法对大坝变形预测的影响;根据堆石料碾压试验资料,讨论了堆石体单一孔隙率标准存在的问题。结果表明:采用分形缩尺方法和与现场相同的相对密度制样,坝料室内三轴试验成果可以较好反映超径堆石料的力学特性,计算变形与原型大坝监测值吻合较好;混合法缩尺的坝料室内三轴试验成果计算变形明显偏离原型大坝监测值;由于长河坝坝料级配优良,采用33 t振动碾碾压4遍,堆石体孔隙率即可达到规范不大于21%的要求,但此时相对密度为0.52,尚未达到密实状态,坝体分区变形协调性较差,且坝顶将出现蓄水开裂现象;实际施工时堆石体采用33 t振动碾碾压6遍,孔隙率提高到不大于19%,相对密度为0.65,基本达到密实状态,即可避免坝顶出现蓄水开裂,也有利于提高大坝的抗震性能。高心墙堆石坝的变形协调设计需考虑级配效应的影响,应采用孔隙率和相对密度双控填筑指标。

西北地区沥青混凝土心墙坝坝体填筑料层间关系

沥青混凝土心墙作为土石坝常用的防渗体,其防渗效果显著,适应变形能力强。以西北地区某项目的沥青混凝土心墙坝为例,结合2个天然料场的详查资料,C1料场作为坝体填筑料场,但因颗粒间关系不满足滤土、排水效果,不能直接用作筑坝料。针对坝体的砂砾石填筑料、过渡料及下游堆石料之间的相互作用进行分析,并通过转换保护土与被保护土的形式,对过渡料、填筑料及堆石料的层间关系进行复核,进而得到满足滤土、排水要求的颗粒级配关系。

长河坝水电站特高心墙堆石坝双防渗墙渗流控制特性反演分析

为高效反演模型渗流参数,建立有限元模型,采用多因素敏感性分析法研究了长河坝水电站特高心墙堆石坝坝基渗流控制特性对防渗系统各材料以及表层基岩的渗透系数的敏感性。结果表明:表层基岩和主防渗帷幕的渗透系数对双防渗墙各自阻挡水头比例影响较大,极差分别为0.174和0.125;其余材料渗透系数影响较小,敏感性由强到弱排序为副防渗帷幕、副防渗墙、主防渗墙、砾石土心墙;基于此结果的反演计算值与实测值之间误差不超过5%,满足工程应用要求。

土石坝心墙病害致渗流场畸变数值模拟研究

土石坝在我国大坝总量中所占比例很大,并且大量土石坝存在超龄超限服役等问题,导致这些大坝发生渗漏破坏的概率有所增加,给大坝运行造成严重的安全隐患。为此,以长河坝为例,通过数值模拟计算研究了当土石坝心墙存在病害且发生渗漏形成优势渗流通道后的渗流场分布,并结合现有大坝渗漏检测技术揭示了渗流场畸变表征与病害位置的联系,为土石坝病害探测提供了新的思路。

阳蓄电站下水库大坝沥青混凝土心墙施工配合比试验研究

沥青混凝土心墙是土石坝坝体防渗的关键性、隐蔽性工程,施工质量控制标准要求高。沥青混凝土的力学性质不仅与温度变化、工作条件有密切的关系,还取决于所用原材料的特性、配合比以及施工质量等因素,因此,选择优异性能及适合施工的沥青混凝土配合比就显得尤为重要。本文结合阳江抽水蓄能电站下水库大坝沥青混凝土心墙施工实例,对沥青混凝土心墙原材料的选择、室内配合比试验和现场铺筑试验情况进行了介绍。通过沥青混凝土物理力学及变形性能试验检测、试验结果验证,选择出最佳的沥青混凝土心墙施工配合比,该配合比在工程实施中得到了有效的验证。

斥水剂作用下掺砂心墙料恒压渗透试验研究

为获得斥水剂作用下掺砂心墙料的渗透性能,采用自制恒压渗透仪,开展了不同土石比、击实数和水头条件下的恒压渗透试验,获得了掺砂斥水心墙料起渗历时、穿透水头和稳定渗透系数的变化规律.结果表明:起渗历时随着土石比的减小和击实数的增加而增加,随着水头的增加而减小.对于未掺砂的斥水心墙料,水头小于5 m时,水分能长时间停留在试样表层.对于掺砂斥水心墙料,穿透水头随着土石比的增大而减小,受击实数影响不明显.击实数相同时,稳定渗透系数与土石比呈较好的正相关线性关系;土石比相同时,稳定渗透系数与击实数呈较好的负相关线性关系.水头越大,掺砂斥水心墙料的稳定渗透系数有所增大,总体上影响不大.与传统掺砂心墙料防渗效果相比,掺砂斥水心墙料抗渗性能提升较明显,可为心墙设计提供新的思路.

那榔水库黏土心墙堆石坝施工关键技术要点

黏土心墙是以黏性土料作为坝中央防渗体,对坝体渗透与稳定起控制作用,研究黏土心墙施工技术对坝体稳定有重要意义。以云南广南县那榔水库堆石坝为例,对其黏土心墙筑坝主要研究了心墙料的选取、开采,坝体填筑方案、筑坝材料检测,以及坝壳料、心墙防渗料、反滤料的关键施工技术要点。实践表明:该套施工技术要点科学合理,可有效满足那榔水库粘土心墙堆石坝设计与施工的要求。总结形成了一套完善系统的心墙施工技术方法体系。

基于附加质量理论模型的心墙砾石土密实度求解

坝料密实度控制是土石坝心墙填筑质量控制的关键性指标,当前中国西南地区高坝心墙料普遍采用砾石土或掺粒土,传统坑测法测试密实度耗时耗力,而附加质量法目前主要用于堆石料密实度检测,对于心墙料还较少应用。基于附加质量理论模型,提出了一种新的数字量板构建方法。首先基于堆石体上每个测点的测试参数,通过公式计算建立密实度和测试参数的对等关系,得到理论量板;然后通过构建参数对等图制作了两种不同的量板。通过对砾石土心墙坝料密实度进行计算并和坑测法结果对比,验证了此方法的有效性。新的方法计算简便,参数对等灵活,与之前的数字量板相比,具有量板容易扩展、测试范围更广等优点。

特高心墙堆石坝蓄水工况非稳定渗流分析

某特高心墙堆石坝库水位在蓄水期上升较快,为保证心墙等关键部位的渗透稳定性,根据实际监测资料确定计算工况,基于非稳定饱和-非饱和渗流理论,采用有限元法计算坝体非稳定渗流场。计算结果表明:蓄水过程中,心墙防渗效果较好,坝体内等势线向心墙上游侧表面集中,渗透坡降最大达到11.52,此值超过了心墙现场检测的平均破坏坡降,但并未达到反滤层保护下的允许渗透坡降,渗透稳定满足要求。计算成果可为此工程后续蓄水以及类似工程提供参考。

基于Geo-studio心墙内高渗透区渗透特性研究

黏土心墙土石坝是我国应用最广泛坝型之一,其优点是适应地基变形能力较强、对地质条件要求较低、就地取材、造价低等。土石坝因自身构造特点存在渗流问题,渗透破坏是诱发土石坝失稳破坏的主要原因。心墙作为防渗体会因质量问题或施工不当等易出现高渗透区域,促使坝体发生渗透破坏,威胁坝体安全。以黑龙江省通河县二甲沟水库的黏土心墙土石坝为研究对象,采用二维有限元数值模拟技术和大数据统计分析方法,研究高渗透区域心墙对土石坝渗流场的影响。结果表明,高渗透区域显著提高坝体渗漏速率及渗漏量,提高心墙出逸点高程,增加局部孔隙水压力,影响心墙右侧(下游)渗流场。随着高渗透区域位置升高,坝体渗漏量逐步减少,心墙出逸点高程逐渐降低,孔隙水压力升高区域逐渐扩大,加剧对单宽渗漏量及心墙出逸点高程影响。高渗透区位置处于距坝基2、7、12和17 m时,引发区域内孔压偏高18%、50%、60%以及90%以上。当高渗透区域渗透系数增加时,位于中位高渗透区域的土体孔隙水压力偏高区域有缩小趋势。研究结果可为未来依据大坝监测数据作渗流反演分析及动态安全监控和评估提供参考,保证大坝在整个生命周期中具有连续性控制,提高坝体安全性。

覆盖土层对水库心墙坝动力响应影响研究

为研究大河沿水库心墙坝动力响应特征受覆盖土层特征影响变化,采用COMSOL Multiphysics建立了心墙坝计算模型,并对覆盖层物理力学特征参数以及分布特征开展了计算分析。研究表明,覆盖层黏聚力特征参数愈大,坝体动力响应愈弱,当地震波峰值加速度增大,会削弱覆盖层黏聚力特征参数对动力响应影响;在覆盖层不同黏聚力特征参数方案中,坝体加速度响应变化具有差异性,且黏聚力参数低于24 kPa时具有显著二次突增特征。坝体主应力峰值随覆盖层黏聚力特征参数增大呈递减变化,覆盖层黏聚力特征参数可限制坝体主应力受地震波峰值加速度影响。地震波峰值加速度为0.1、0.2 g时,覆盖层厚度每递增10 m,坝体加速度响应均值分别平均下降18.4%、16.9%。此研究可为水库心墙坝结构动力响应计算及抗震设计提供参考。

基于实测资料的超高心墙堆石坝拱效应分析

基于某心墙堆石坝长序列实测监测数据,以土压力、心墙沉降、水压力、孔隙水压力等测值定量计算分析结果为依据,以拱效应系数、上游水压力与心墙竖向应力比值、心墙孔隙水压力与心墙竖向应力比值等指标作为分析评判标准,提供了一种基于实测资料的超高心墙堆石坝拱效应分析方法和算例,系统分析了该高心墙堆石坝拱效应程度、分布规律及心墙发生水力劈裂的可能性,并与该心墙堆石坝数值计算结果进行对比分析和验证。分析结果表明,基于实测资料的计算分析结果与数值计算分析结果具有一致性,该分析方法具有合理性和可行性,可为同类工程的设计、施工和运行提供借鉴和参考。

土石坝心墙材料分区优化设计

针对某土石坝工程,考虑对心墙进行分区且各分区采用相同或不同掺砾量的砾质土,对土石坝进行了三维有限元应力应变计算,并对土石坝心墙的土料选用及心墙分区方案进行了优化设计研究.结果表明,土石坝心墙上部应力水平较低,对坝料变形指标和力学指标要求不高,可采用天然黏性土或掺砾较少的砾质土,而其下部采用掺砾量较高的宽级配砾质土,这样,既可以满足坝体应力变形要求,保证心墙抗水力劈裂性能,也可以节省工程造价.