300m级高土石心墙坝流变特性研究

300 m级高土石心墙坝的流变特性对预判坝体竣工后长期变形及沉降具有重要的意义,对于研究防渗心墙能否适应坝体长期变形并正常工作亦至关重要。依托314 m高的双江口土石心墙坝工程,使用大型高压三轴仪对上、下游堆石料进行了流变特性试验研究,研究表明当最终的应力状态一致时,堆石料的流变按照分级加载和按照单级加载得到的流变曲线随着时间的发展差异性逐渐减小,最后基本趋于一致。在试验基础上,依据流变经验模型,得出了流变分析参数,并采用三维有限元法分析了300 m级土石心墙坝的流变特征。数值分析表明流变速率对坝体工后沉降幅度影响显著,由于试验中的流变速率较之现场坝料的实际流变情况明显偏快,因此流变速率的确定还有必要依据已建工程的反分析进行修正。

高土石坝地震反应和破坏机理分析

应用动力弹塑性分析方法对高土石坝的地震反应特性和破坏机理进行了系统研究。通过研究地震动作用下坝体的剪应变、永久位移以及网格变形的变化规律,并与振动台模型试验的结果进行对比,说明了坝体上部1/5范围内变形较大,竖向地震动对坝坡稳定性影响明显,验证了FLAC程序模拟高土石坝地震反应的合理性;同时分析了坝高、坝坡和地震动峰值参数变化对大坝破坏形态的影响,研究结果为大坝的设计、安全评价和抗震措施研究提供理论基础。

土石坝基础塑性混凝土防渗墙材料力学特性研究

本文通过大量的试验着重研究四周压力对塑性混凝土力学特性的影响，揭示了塑性混凝土在四周压力加大时呈塑性破坏，其强度、峰值应变有极大的增加，而其初始模量基本无变化的特性．依据试验资料求得的参数，对一典型高土石坝深覆盖层塑性混凝土防渗墙的应力、位移进行了有限元计算，并用剪应力动用水平和拉应力值判断其强度方面的安全程度．上述工作为塑性混凝土在中、高土石坝深覆盖层防渗壤中应用的可能性和合理性提供了重要论据．

加强高土石坝抗震研究的现实意义及工作展望

围绕西部大开发和南水北调战略的需要,对高土石坝抗震研究的现实意义和若干关键问题及研究现状进行了论述。并针对高土石坝震害资料获取与整理、坝料动力特性研究、多耦合非线性动力分析理论和方法、动力破损特征与地震灾害机理、地震安全评价与震害预测的基本理论、抗震设计及抗震措施、震灾机理和抗震理论的动力模型试验等研究提出了工作设想和展望,并提出了建立土石坝地震安全评价及防灾对策专家系统的基本思路。

高土石坝震害与抗震措施评述

目前,我国西部地区正建或拟建一大批高土石坝,这些高坝都位于地震高烈度区,做好抗震设计非常重要。本文总结了地震荷载作用下土石坝常见的几种破坏形式,包括地震永久变形、滑坡失稳、液化、防渗体破坏、次生破坏;针对这些破坏形式,总结了地震高烈度区高土石坝的抗震措施,包括预留超高、坡脚压重、坝顶加固、抗液化措施、防渗体处理等;提出了现阶段高土石坝抗震的计算方法和抗震措施存在的缺点和不足,并对我国今后的高土石坝抗震稳定研究提出了建议。

深厚覆盖层上超高心墙堆石坝坝基廊道非线性开裂分析

长河坝是中国深厚覆盖层上在建的首座200 m级高的堆石坝,这类建于深厚覆盖层上的超高土石坝坝基廊道受力条件复杂,是工程成败的关键环节,国内已有类似工程出现廊道破坏尤其是廊道止水破坏导致渗漏的情况。针对这类坝型的坝基廊道安全性问题,以长河坝工程为依托进行了深入研究。采用子模型技术和混凝土非线性本构模型,详细模拟大坝真实填筑和蓄水过程,建立3维有限元模型对廊道开裂形式和破坏过程进行研究。计算分析得出了一些关于廊道裂缝的开裂范围、廊道受压屈服的范围、廊道裂缝的开裂顺序以及开裂方向等有用结论,并提出了一些合理化建议,为本工程和类似工程决策提供参考。

河谷地形对高土石坝动力反应特性影响的分析

应用三维完全非线性动力弹塑性分析方法,研究了狭窄河谷中高土石坝的动力反应特性,通过计算分析,给出了不同河谷形状特性下高土石坝的剪应变和永久位移分布规律。结果表明:狭窄河谷地形导致大坝动力反应表现出较强的空间三维效应,河谷形状对坝体的剪应变和位移有显著影响;对称河谷时坝体的剪应变呈椭圆形往外延伸,最大值出现在坝顶心墙处;当河谷宽高比相对较小时,河谷形状对坝体的约束作用较强,位移增大的趋势相对较为明显;在同样河谷形状特性的情况下,宽河谷情况下的位移较缓岸坡情况下坝顶沉降要大些。本文结论可为狭窄地形强震地区的大坝设计提供依据。

高土石坝安全监测位移混合模型研究及应用

近20年来高土石坝建设快速发展,这些大坝所处地质环境复杂、坝高库大、边坡高陡,失事后果严重。如何有效利用高土石坝的安全监测信息,实时、科学地掌握其工作性态,保证大坝安全运行,事关国计民生。结合冶勒沥青混凝土心墙堆石坝及其原型监测数据系列及3维有限元计算成果,首次将GM(1,1,t)灰色时效模型应用于高土石坝位移混合模型中并应用于冶勒大坝。分析表明,该模型模拟精度高,预测效果好,能够满足工程要求。而且,模型因子物理意义明确,时效位移分量的敛散性容易判别,对大坝运行监控的针对性较强。对于同类坝型的模型研究具有一定的参考价值。

考虑堆石料软化的坝坡随机地震动力稳定分析

地震尤其强震作用下,土石坝筑坝堆石料会逐渐呈现出软化特性,影响坝坡安全。为有效评估堆石料软化对坝坡稳定性的影响,结合地震动随机性,考虑不同地震强度水平,提出了基于等价极值分布和广义概率密度演化方法的坝坡安全概率分析方法,并基于坝坡稳定最小安全系数、安全系数超限累积时间、累积滑移量3个物理量,对242 m高的面板堆石坝进行随机动力响应分析和概率可靠度分析。结果表明:地震作用过程中,随着地震强度的增加,考虑软化与不考虑软化的计算结果差别逐渐增大,因为地震作用下,堆石料软化特性逐渐显现;同时,在地震激励下,堆石料软化是一个渐进过程。因此,考虑坝坡堆石料软化,对高土石坝抗震性能分析具有重要的意义。此外,单纯从最小安全系数角度考察土石坝坡稳定性,是不合理的,需要结合安全系数超限累积时间和累积滑移量,全面评估坝坡的安全性。提出的随机概率分析方法,可以对土石坝坡的可靠度给出较为准确的评价。

高土石坝复合加筋抗震加固技术开发与应用

针对高土石坝的抗震安全这一我国西部强震区水电开发中的重要问题,在总结以往高土石坝抗震措施优缺点的基础上,同时吸收柔性加筋材料(土工格栅)和刚性加筋材料(钢筋)在高土石坝抗震加固方面的优点,开发了一种高土石坝复合加筋抗震加固技术,并阐明了高土石坝复合加筋抗震加固技术的开发背景、结构形式及技术特点。通过大型振动台模型对比试验验证复合加筋抗震措施的有效性和可靠性,结果表明:与未加筋模型坝比较,复合加筋抗震加固技术能降低坝体地震永久变形,有效抑制坝顶堆石松动,具有一定的减震与隔震作用。该复合加筋抗震加固技术已在坝高295 m高的两河口心墙堆石坝抗震设计中得到应用。

复合土工膜在高土石坝中的应用及施工质量控制

复合土工膜在我国水利水电工程中的应用目前主要还集中于渠道、低土石坝、施工围堰、病险水库渗漏治理等领域,在高土石坝中应用较少。结合复合土工膜在泸定水电站高土石坝中的应用,从复合土工膜焊接工艺、铺设施工及质量控制和焊缝质量检测等几个方面,分析总结了复合土工膜在高土石坝中的质量控制要点,提出了土工布缝合、土工膜焊接、复合土工膜与灌浆廊道混凝土墙体连接的具体施工工艺及检测方法。本研究成果可为今后复合土工膜在类似工程中的应用及质量控制提供借鉴和参考。

高心墙堆石坝地震残余变形和破坏模式的试验研究

为了解模型坝地震残余变形的分布规律和破坏形态,进行了不同地震波输入的振动台试验。坝体的沉陷和水平变位总体量值很小,地震残余变形主要发生于下游坡河谷坝段附近;坝顶有少量沉降变形和下游坝坡浅层滑动,而上游坡未观察到明显的水平变位或沉陷;下游坝坡的颗粒松动,发生滚石或浅层滑动,并首先发生于坝顶河谷坝段附近,且随着地震动的加大,范围逐渐扩大,但没有发现深层滑动的迹象;坝体自振频率降低越多,说明振动对坝体造成的损伤越严重;双向或多向地震动输入不利于坝坡的稳定。

高土石坝振动台模型试验理论、技术与应用

对土石坝振动台模型试验理论和技术进行系统阐述,提出基于原型和模型坝料静、动力特性试验的模型相似设计方法和不同强度地震动递进输入(白噪声微振-设计地震-校核地震-破坏试验)的振动试验方法。基于1g大型振动台和ng超重力离心机振动台设备性能现状,结合高土石坝的结构特点和动力试验相似模拟要求,对土石坝振动台模型试验的优势及局限进行深入讨论。结合已有的工程实践,对土石坝振动台模型试验在工程中的应用进行总结,并以某实际高面板堆石坝为例研究面板坝生命周期内经历多次地震情况下结构动力特性的演化规律。

高土石坝地震动力响应特征弹塑性有限元分析

我国的高土石坝主要分布在水利水电资源最为丰富的西南地区,而这些地区多位于强震带,研究高土石坝地震作用下的动力响应特征对于大坝的设计和安全评价有着重要的意义。本文采用数值计算的方法来研究高心墙土石坝地震作用下的动力响应特征,采用理论构架更为完善的弹塑性模型-非线性方法进行高心墙土石坝二维和三维地震动力响应计算分析。通过和实际工程及传统粘弹性等效线性方法的对比分析,认为弹塑性分析方法能较好地反映土石坝在地震过程中的实时动力响应,在分布规律上比传统方法更为合理。

地震作用下高土石坝的弹塑性分析

文章利用快速拉格朗日分析(fast Lagrangian analysis of continua,FLAC)商用软件,应用动力弹塑性分析方法对高土石坝进行大变形分析,讨论了地震作用下坝顶的塑性剪应变的变化过程、坝坡的位移时程变化、坝体永久位移变化,研究了地震作用下高土石坝的破坏性态,为大坝的抗震安全措施提供理论依据。

水泥砾质土渗透特性试验研究

为研究水泥砾质土渗透特性,改进了常规三轴试验装置,并在该装置上进行了水泥砾质土三轴渗透试验,分析了水泥掺入比、掺砾量、压实度和渗透压对水泥砾质土渗透特性的影响。研究结果表明:水泥砾质土的抗渗性能随水泥掺入比的增加而得到较大幅度的提高;当掺砾量在30%~50%范围时,水泥砾质土的渗透系数在10^(-7) cm/s数量级,且满足土石坝心墙抗渗要求;相同掺砾量下,水泥砾质土渗透系数随着压实度的增加而降低,尤其是压实度≥98%时,其抗渗性能得到大幅度提高;在相同应力状态下,水泥砾质土渗透系数k_(20)与渗透压力比P(渗透压力p/大气压力pa)符合双曲线模型,且该双曲线可转换成P/k_(20)与渗透压力比P之间的线性关系。该研究成果为水泥砾质土应用于高土石坝心墙提供科学支撑。

300m级高土石坝地下厂区渗流场及渗控措施研究

针对双江口水电站地下厂区的复杂渗流问题,采用三维有限元法和多变量多阶优化法,反演了地下厂区天然渗流场,并对比分析了不同渗控方案下地下厂区的渗流场、渗流量等分布特征。结果表明,地下厂区天然地下水位较高,排水廊道及排水孔幕的排水降压效果显著。

高土石坝心墙水力破坏机制研究进展

心墙是高土石坝防渗体系的关键部位,在高库水压力的作用下,心墙可能产生水力破坏从而造成过量渗漏乃至溃坝的严重后果。预防心墙水力破坏的关键在于揭示心墙中初始渗漏通道的产生机理和条件。水力劈裂曾被广泛认为是心墙中初始渗漏通道的产生原因,简要回顾了土石坝黏土心墙水力劈裂研究的进展,讨论了水力劈裂理论在解释土石坝黏土心墙水力破坏机制方面的不足。近年来,在心墙压实黏土的剪切渗流特性研究方面取得了新进展,发现严重超固结的压实黏土在剪切后会形成高渗透性剪切带的试验事实。在此基础上提出了高土石坝黏土心墙水力破坏的剪切渗透弱面机制。触发剪切渗漏弱面的应力条件较传统水力劈裂判别的应力条件更容易满足,并且预测的渗漏位置更符合工程实际,因此在实际工程设计中应更重视高渗透性剪切带的评价和处置。

强震作用下特高土石坝多耦合体系损伤演化机理及安全评价准则

中国西部拟建多座坝高250~300 m级别的特高土石坝工程,但西部地区地震频度高、强度大,地震的突发性和不确定性对这些特高土石坝的抗震安全构成了巨大威胁。高土石坝抗震安全评价是多系统、真三维、非线性、非连续的复杂问题。然而,传统高土石坝动力分析方法仍在弱非线性范围内,各种相互作用的影响大多被简化并孤立进行,难以对强震作用下特高土石坝动力破坏过程、耦合效应及其影响进行深入研究和科学认识。面向中国300 m级特高土石坝建设需求,依托RM、拉哇等特高土石坝,重点突破了筑坝材料强非线性、大坝-地基-库水动力相互作用、精细化建模和分析方法、自主高性能计算软件以及极限抗震能力评价方法和标准等方面的一系列科学问题和技术难题。研究成果为特高土石坝抗震安全设计提供了先进的评价方法和标准。

高土石坝建设关键技术问题述评

在总结国内外土石坝建设关键技术问题研究成果的基础上,针对中国西部高土石坝建设特点,着重讨论高应力条件下土石料的试验方法、强度变形特性与本构模型、长期变形特性、动力特性与本构关系以及土与结构接触面力学特性等关键技术问题,并探讨了进一步研究的方向和主要科学问题.