Safety monitoring and stability analysis of left abutment slope of Jinping Ⅰ hydropower station

Safety monitoring and stability analysis of high slopes are important for high dam construction in high mountainous regions or precipitous gorges. In this paper, deformation characteristics of toppling block at upper abutment, deforming tensile rip wedge in the middle part and deep fractures are comprehensively analyzed based on the geological conditions, construction methods and monitoring results of left abutment slope in Jinping Ⅰ hydropower station. Safety analyses of surface and shallow-buried rock masses and the corresponding anchorage system are presented. The monitoring results indicate that the global stability of the large wedge block in the left abutment is effectively under control, and the abutment slope is stable in a global sense. After the completion of excavation, the deformations of toppling block at the top of the slope and deep fracture zone continue at a very low rate, which can be explained as 'rock mass creep'. Further monitoring and analysis are needed.

锦屏Ⅰ级水电站地下厂房施工期围岩变形开裂特征及地质力学机制研究

锦屏Ⅰ级水电站是雅砻江流域最为重要的控制性梯级电站。地下电站的规模巨大并且赋存的地质环境条件十分复杂,特别是岩石的相对低强度和高地应力特征,地下电站在施工过程中遇到前所未有的有关围岩稳定及支护设计方面的难题。结合地质、监测、物探、施工及试验资料,分析地下厂房洞室群围岩及支护结构的变形开裂及破坏失效的特征。探讨地下电站区的地应力状态、岩体结构、岩石的加卸载力学特性等对围岩变形开裂的影响规律,解释围岩变形破坏的地质力学机制。高地应力及其方向使得主厂房和主变室下游侧围岩(特别是拱腰)的切向应力加载效应明显,易于压致劈裂,而上游侧边墙等法向应力卸荷强度较大,易于卸荷拉裂松弛。高应力条件下破裂围岩具有一定的流变特性,表现出由表及深的渐进性特征,反映随围岩松弛而发生的破裂岩体的时效变形。主厂房和主变室上游侧为缓倾角顺向坡而下游侧为反向坡,在二次应力场作用下下游侧易弯曲折断而上游侧很难剪切滑移。厂房区大理岩具有相对低强度高脆性力学特性且具有较低的应变强度特征,卸荷条件下易于压致拉裂。

缅甸DAPEIN(Ⅰ)水电站埋藏式钢岔管设计

基于缅甸DAPEIN(Ⅰ)水电站的工程规模和特点,研究了埋藏式钢岔管的布置设计,使其结构布置安全、合理、经济,满足运行要求。

天然冷源在锦屏Ⅰ级水电站通风空调系统中的应用

通过对锦屏Ⅰ级水电站的气象、水库水温分析,确定了电站地下厂房空调系统的冷却水冷源,并确定从尾水调压室取水;经分析、核算,确定了取水口高程和水温;最后介绍了通风空调系统总体方案和全年运行方案。

西部三大水电工程地下厂房研究比较

系统地对比了锦屏一级、两河口、溪洛渡三大水电站地下厂房的主要地质特征、设计参数和围岩支护强度,采用三维有限元方法,计算分析其围岩变形特征以及破坏区分布特征,总结整理了3个工程的计算结果并与其他水电工程地下厂房进行了横向对比分析。为类似跨度30 m级洞室群稳定性评价和工程施工设计提供了参考依据。

锦屏一级特高拱坝工作性态仿真与反演分析

锦屏一级拱坝坝高305 m,运用有限元仿真分析方法模拟了锦屏一级特高拱坝自第一仓混凝土浇筑至蓄水运行全过程,基于监测资料对后期发热温升、坝体与基础弹性模量等主要热力学参数进行了反演分析,并对下一阶段蓄水的工作性态进行了预测。计算结果表明,锦屏一级拱坝后期发热温升约为5~6℃,短期蓄水过程中混凝土和地基弹性模量约为设计初始值的1.65倍左右。在水位上升至1 880 m时,径向最大变形出现在1 730.0 m高程的PL13-4监测点。预测值与监测值吻合较好,证明仿真分析成果能基本反映大坝实际工作性态,分析结果也为其他特高拱坝的设计提供了参考。

锦屏一级水电站左岸边坡渗流计算及稳定性分析

基于锦屏一级左岸高边坡基本工程地质条件,深入研究了边坡岩体的渗透特性.结合雾化降雨试验资料,利用非饱和渗流有限元方法,计算并得出了边坡雾化雨条件下渗流场的变化规律:雾化雨将显著抬高边坡浅层地下水水位,在边坡平缓处和坡脚处会出现暂态饱和区;不考虑防排水措施时,坡脚最大水位升幅在135 m左右,暂态饱和区水平深度在20～40 m之间;边坡上部压力水头受影响的水平深度在80～100 m,深部渗流场几乎不受降雨入渗影响;坡面防水和坡体排水措施可有效抑制地表入渗引起的压力水头升高和暂态饱和区范围扩大.同时借鉴非饱和强度理论运用Sarma法分析了雾化雨对边坡稳定性的影响.降雨条件下浅部滑动模式稳定系数由1.223降至1.054;深部滑移模式则由1.455降至1.416.渗流及稳定性研究成果可供雾化区边坡渗控和锚固工程设计参考.

锦屏一级坝基岩体质量爆破开挖损伤评价

锦屏一级水电站大坝为双曲拱坝,设计坝高305m,拱坝建基岩体以Ⅱ、Ⅲ1级岩体为主,开挖过程中岩体质量受爆破开挖影响发生程度不等的损伤。为定量评价岩体质量损伤等级,利用开挖爆破检测成果,采用开挖后岩体松弛深度、松弛岩体开挖前后单孔声波衰减率作为岩体质量损伤分级评价的指标,探索一种快速检测、评价岩体质量损伤等级的划分标准,完成坝基开挖后岩体质量损伤的分级分区评价,提出不同损伤等级处理的建议,并评价处理效果。

锦屏一级水电站对四川经济的拉动作用

从国家或地区的角度分析水电建设对宏观经济的贡献。以总投入构成为基础,应用投入产出原理的产业带动度理论,对锦屏一级水电站建设的产业带动作用进行分析。结果表明,锦屏一级水电站建设投资及机组投产运行后对四川省的经济增长具有明显的拉动作用,扩大了相关部门的投资和消费需求,除增加发电能力外,也为相关产业提供了电力电量,进而促使四川省的国民经济稳步增长。

锦屏一级高拱坝物理模型试验研究

采用地质力学物理模型试验方法,以锦屏一级水电站大坝为对象,研究高拱坝、地基和库水相互作用下大坝和山体发生变形和开裂破坏的全过程,为复杂条件下高拱坝的失效破坏机理和安全度评估的研究提供试验依据。试验结果表明:大坝基础经过处理后,在正常工况下,拱冠梁顶部最大位移为87.0 mm,坝体位移呈线性变化;超载3.5倍设计荷载以前,坝体和坝肩的位移变化比较稳定,断层的相对位移较小;3.5倍设计荷载以后进入塑性状态;超载到5.5倍设计荷载时,坝体上有许多测点的位移变化发生突变,且有裂缝出现;继续增大到7.0倍设计荷载时,坝体、坝肩附近岩体上都出现了较大裂缝,岩体各断层的相对位移较大,但从整体上看,大坝仍具有一定承载能力;7.0倍设计荷载以后,坝肩附近山体位移变化率增大,裂缝进一步发展,断层的相对位移变化率明显增加;当超载到8.0倍设计荷载时,坝体和基础整体破坏较严重。

基于Hoek-Brown方法的强度参数取值及水电工程应用与案例分析

西部水电工程普遍处于高应力和复杂地质环境下,强度参数取值受到岩性多样化、围压效应等因素的影响,引入和使用Hoek-Brown参数取值方法,有助于更好地服务于水电工程实践。对比了Hoek-Brown经验取值方法与水电经验取值方法,介绍了Hoek-Brown经验取值方法中与影响因素分别相关的岩性指标、地质强度指标独立参数的具体取值依据与实现过程,并阐述了与西部水电工程密切相关的实际应用方法,分别进行了锦屏二级水电站、锦屏一级水电站应用验证,证明了Hoek-Brown经验取值方法在西部水电工程中的高适应能力。

锦屏一级水电站地下厂房围岩松弛变形机理分析与治理

锦屏一级水电站地下厂房洞室群围岩变形较大,松弛圈深度偏大,且进一步向洞室深部发展,需进行有效控制。在对围岩松弛圈变形机理进行系统分析的基础上,结合有关支护的咨询意见,有针对性地提出加固处理措施,对保证洞室稳定和施工安全起到积极的作用,也为类似工程积累了一定经验。

天生桥一级大坝面板应力分析

天生桥一级面板堆石坝建成投入运行后不久,位于河床中间的面板发生横河向挤压破损,接近坝顶部位的面板破损程度比水下部位严重。通过对大坝面板应变、应力分布规律的观测,并应用强度理论对面板破损原因进行的分析,表明面板破损状况与所在部位的应力状态有关,这为面板的修复提供了依据。

机组振动荷载作用下大型水电站厂房振动反应分析

随着水轮发电机组单机容量的提高,机组转动部件的重量、轴向水推力以及作用在支撑结构上的机组偏心力、不平衡磁拉力及电磁扭矩均会显著增大。为确保结构安全,对大型水电站厂房进行在机组振动荷载下的振动反应分析具有十分重要的意义。以锦屏一级水电站地下厂房为例,采用三维有限元法,计算了正常运行工况和事故工况下,厂房结构的振动位移、速度、加速度和应力。结果表明,锦屏一级水电站地下厂房在机组振动荷载作用下的动力反应满足规范和建议的厂房振动控制标准的要求。

基于IGMM-Copula的入库径流过程预报误差随机模拟模型

为揭示入库径流过程预报误差的统计特征及其变化规律,进而为水电站水库优化调度提供更为准确的输入,基于AIC与BIC准则选取最优高斯混合数,同时引入K-means++算法确定高斯混合模型(Gaussian Mixture Model,GMM)的初始参数值,对GMM-Copula模型中的GMM部分进行了改进,建立了基于IGMM-Copula的入库径流过程预报误差随机模拟模型,该模型不仅在单一预见时刻径流预报误差的量化估计上更具优势,而且能通过建立误差的多维联合分布函数实现对误差序列的随机模拟。以锦屏一级水电站水库为例,应用IGMM-Copula模型对预见时刻为6 h、12 h、18 h、24 h的径流预报误差进行随机模拟。结果表明,IGMM-Copula所得拟合曲线的图形效果及适用性检验结果均优于GMM-Copula模型,且其模拟预报误差的统计参数更贴近于实测预报误差,验证了其合理性与可行性,为入库径流过程预报误差的估计与模拟提供了一种更为精确有效的方法。

吉林台一级水电站混凝土面板砂砾-堆石坝坝体抗震设计

吉林台一级水电站位于强震区,坝体地震设防烈度为9度,其抗震设计基准期为100a,超越概率2%,基岩峰值地震加速度为0.462g,最大坝高157m,根据坝体震害特征分析,从坝体的地震估算、断面设计、坝体分区和坝料设计、确定坝料的压实标准、加强地震观测等方面采取合理的工程措施,提高了混凝土面板坝的抗震能力,降低了地震破坏程度。

吉林台一级水电站混凝土面板砂砾-堆石坝设计与施工

吉林台一级水电站大坝采用混凝土面板砂砾-堆石坝,最大坝高157m。工程位于强震区,地震设防烈度9度。为此,在坝体结构设计、坝基处理及坝体填筑等方面采取了相应措施。大坝填筑已于2005年10月基本完成,检测表明,坝体应力和位移均满足设计要求,说明大坝断面设计是科学、合理的,施工是严密、受控的。

锦屏一级水电站拱坝无应力计监测成果分析

混凝土自生体积变形在应变计观测资料整理分析中是必不可少的参数,是分析混凝土构件的变形和受力状态的重要参考量,但是目前对混凝土自生体积变形的产生机理尚无一个确切的定论,对其特性也有不同的认识。这就需要对混凝土自身体积变形进行实测,一般情况就是采用无应力计来观测混凝土自身体积变形情况,通过锦屏一级工程实例,对大坝混凝土无应力计监测成果分析来论证混凝土自身体积监测应该主意的问题。

锦屏一级大坝混凝土骨料碱活性抑制措施的长期有效性研究

为了解决骨料料源选择难题,锦屏一级水电站大坝采取了“组合骨料+高掺粉煤灰+严控碱含量”的砂岩骨料碱活性抑制措施,首次将碱活性骨料应用于特高拱坝混凝土。现在大坝已经运行10 a,有必要对大坝混凝土骨料碱活性抑制措施的长期有效性做出科学评价。对大坝建设期骨料的碱活性抑制措施研究进行了简要的回顾总结,并通过已经运行10 a的大坝混凝土芯样,采用岩相分析、微观形貌和产物分析、加速养护测长和弹性波测试等方法,进行了骨料碱活性抑制措施的长期有效性研究。结果表明,混凝土芯样质量良好,内部没有发生危害性的碱-骨料反应,验证了锦屏一级水电站大坝混凝土骨料采取的碱活性抑制措施的长期有效性。

高寒地区充压伸缩式止水及其系统设计

高水头弧形闸门的充压伸缩式止水已在若干工程得到成功应用,但由于高寒地区低温环境的特殊性,使其应用受到限制。吉林台一级水电站工程,将充压伸缩式止水通常采用的水介质改用压缩空气替代,方案可行、系统简单,易实现自动化控制,在高寒地区有实用价值。