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。

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。

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.

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。

砾石心墙土复杂应力耦合作用下的渗流特性

为研究土石坝中心墙土在复杂应力状态下的渗透特性以及其渗透性演变模型,利用自行研制的渗流-应力耦合试验装置,针对长河坝水电站砾石土进行多种应力耦合作用下渗透特性试验研究。结果表明:复杂应力状态对心墙土渗流特性影响显著;土样在设计水力梯度内渗流满足达西定律,且均未发生渗透破坏;在同一围压下,砾石土体的渗透系数随着偏应力和轴向应力的增大而逐渐减小;试验过程中轴向应变随应力作用时间的变化呈阶梯状,且随着偏应力的增大,渗透梯度和轴向应变也增大;建立了土体渗透系数与应力函数的经验公式,从理论上进一步揭示了砾石心墙土应力耦合作用下的渗透机制。

掺砾心墙料的中三轴渗透试验

为获得掺砾心墙料在复杂应力状态下的渗透性能,采用改进的中三轴仪进行了掺砾心墙料的渗透试验,研究了不同围压、土石比和水头差对掺砾心墙料渗透系数的影响。试验结果表明:土体围压越大,掺砾心墙料渗透系数越小,呈负指数形式递减;当围压增大到一定值时,土体很难被进一步压密,掺砾心墙料渗透系数基本不变;土石比越小,掺砾心墙料渗透系数越大,当砾石含量超过某一值时,掺砾心墙料渗透系数迅速增大;水头差较小时,不同的水头差对掺砾心墙料渗透系数几乎没有影响。

基于施工全过程参数的堆石坝掺砾土心墙压实质量实时评价

料源参数和施工参数是影响掺砾土心墙压实质量的重要因素。针对当前研究中料源参数被局限于掺砾土,且施工参数考虑不全面,缺乏掺拌参数,不能客观实时评价仓面压实质量的问题,提出了一种基于双向极限学习机(Bidirectional extreme learning machine,B-ELM)算法,综合考虑施工全过程参数的掺砾土心墙压实质量实时评价模型。研究模型将掺砾土心墙碾压填筑施工过程中土料参数、石料参数等料源参数,掺拌参数、碾压参数等施工参数和气象参数作为模型的输入参数,采用B-ELM算法构建压实质量实时评价模型,将该模型嵌入堆石坝碾压施工质量实时监控系统中,可以实现压实质量的实时评价。结合西南某在建的掺砾土心墙堆石坝,采用本文提出的压实质量实时评价模型,实现了对碾压施工单元压实质量的实时评价。此外,将该模型与基于掺砾土料源参数的压实质量评价模型进行对比,结果表明,二者在精度上具有一致性,该模型在鲁棒性上具有优越性,并且可以实现压实质量的实时评价;与现场实测压实度比较分析,该模型对压实度评价更为准确和稳定。研究成果可为碾压堆石坝施工技术和设计工作提供参考。

高砾石含量心墙土的水力破坏试验研究

心墙水力破坏是高心墙堆石坝主要安全问题之一,采用中型应力路径三轴仪开展高砾石含量心墙土的水力破坏试验,研究了围压、砾石含量和注水速率等因素对其特性的影响,提出了砾石土内部组成的抽象模型和高砾石含量下水力击穿破坏的发生机理,并探讨了水力击穿演进过程及其与水力劈裂的联系。结果表明:试样在偏应力作用下固结后,通过试样中心预置的水流通道不断提高试样内部水压力,当内部水压力升至略高于围压时,试样出现水力破坏;以注入试样中的水量大幅度增加,但注水压力不增加时对应的内部水压力作为水力破坏压力,其与围压的比值随砾石含量的增大而减小,并随围压和注水速率的增大而增大;试验在高砾石含量范围内(砾石含量35%~50%),试样破坏时外表面有分散出水点,破坏路径在试样内部呈不规则线,水力破坏模式为水力击穿。

土石坝心墙孔隙水压力成因分析

土石坝心墙在施工过程中会产生超静孔隙水压力。通过对大坝砾石土心墙中不同部位形成的不同的孔隙水压力值进行分析,并结合砾石土心墙填筑时土料含水率、坝前水位、大坝填筑进度以及当地的降水情况等,认为孔隙水压力的形成原因主要是心墙料含水率较高,并且孔隙水压力的极值在上覆荷载固定时主要受大坝砾石土心墙内含水率的影响。心墙内部观测到的压力值有孔隙水压力和坝前水位贯通后的水头压力之分,需分别进行分析。

瀑布沟水电站砾石土心墙堆石坝设计

瀑布沟水电站大坝,根据坝址区地形地质条件,采用砾石土直心墙堆石坝,最大坝高186 m,坝基覆盖层最大深度为77.9 m,具有"坝高、基础覆盖层深厚、防渗土料复杂"等特点。经大量的设计研究工作,选择的坝线和采取的坝体结构、基础防渗处理措施及采用的筑坝材料等,较好地适应了这些特点,保证了大坝安全可靠运行。

川西地区心墙堆石坝防渗土料的工程应用与思考

通过对双江口、狮子坪和瀑布沟等在建和已建心墙堆石坝采用的心墙防渗土料特点的回顾和总结可知,川西地区天然防渗土料虽存在不均匀性且各具不同特性,但大量系列室内试验和现场碾压试验研究表明,采用简单条筛或掺和改性,可改变天然防渗土料的特性,使其不仅满足高坝变形和强度要求,也满足其防渗、抗渗要求。

糯扎渡水电站建设中的主要技术难题与对策

糯扎渡水电站工程建设过程中遇到的主要难题有:心墙堆石坝施工程序复杂,质量要求高;溢洪道泄量大、水头高、流速大;水库属典型的水温分层型水库,电站进水口采用叠梁门分层取水,水流流态、塔体结构和体形非常复杂。通过深入开展相关基础理论和关键技术研究,大坝心墙防渗体采用掺35%级配碎石的掺砾粘土料填筑,并有针对性地对坝基和坝体渗透、应力和变形、抗震等方面采取相应措施,保障了工程安全;溢洪道消力塘采用护坡不护底方式挑流消能,消能效果好,且节约了工程投资;叠梁闸门分层取水可持续取到水库的上层水,将低温水下泄对下游水生生物的影响降至最低。

TRD工法水泥土墙现场取芯的三轴渗透试验

为提高TRD工法在国内的应用水平,通过对天津市某基坑项目TRD水泥土墙进行现场取芯,在实验室内进行三轴渗透试验,得出水泥土墙在不同水泥掺入比条件下的芯样渗透系数曲线、不同养护龄期条件下芯样的渗透特性关系和不同土层条件下的芯样渗透系数对比,并分析产生上述曲线关系的原因,得出满足基坑止水要求的水泥经济掺入比和合理的养护龄期,给出了不同龄期下TRD水泥土墙渗透系数与水泥掺入比的经验公式.结果表明,TRD工法优于传统的SM W工法.

糯扎渡水电站掺砾粘土心墙堆石坝质量控制关键技术

掺砾粘土心墙防渗土料的性能及适应性、相应的掺砾及填筑施工工艺、压实质量控制标准、质量监控技术等是糯扎渡水电站心墙堆石坝工程建设面临的关键技术问题。通过采用在天然土料中掺35%的人工级配碎石,将压实度作为掺砾粘土心墙压实质量的设计控制指标、填筑含水率作为施工过程中的控制指标,采用对现场取试坑中细料开展三点击实试验作为压实度快速检测的方法,研制了600 mm直径的超大型电动击实仪进行全级配料压实度复核,研发建设了具有实时、在线、自动、高精度等特点的施工过程质量GPS监控系统,保证了工程优质并长期安全运行。

超高坝心墙砾石土质量检测方法的研究

心墙砾石土料质量检测方法是超高坝土料研究的关键内容。通过对超高心墙坝在砾石土料检测方法的专题研究,总结了三点击实快速检测法和拟合曲线法应用经验与成果;在基于保证工程质量和建设进度的理念上,提出适应超高坝的砾石土料现场快速检测的方法,以提供规范和统一现有超高坝砾石土心墙料现场检测方法的新思路。

长河坝水电站大坝心墙铺筑与碾压施工设备综述

长河坝水电站大坝心墙区填筑施工具有填筑面平整度高、边线控制精确、施工效率高、油耗低等优点。通过碾压试验确定合理的施工参数并采用在碾压设备上安装GPS移动终端实现实时监控碾压机施工的参数,有效避免的漏压、欠压等质量隐患,大大提高了填筑面施工质量及生产效率。

300 m级超高堆石坝砾石土料质量控制标准研究

砾石土料作为300 m级超高堆石坝的心墙材料,其质量控制标准一直施工过程中的技术难题。瀑布沟、糯扎渡、长河坝、两河口等水电工程施工经验及研究成果表明,现有的碾压设备可满足300 m级超高砾石土心墙堆石坝的建设需要。根据砾石土特点、碾压设备性能和超高坝质量要求,提出砾石土料的质量控制标准,为在建和拟建的超高堆石坝砾石土料的质量控制提供依据。

心墙相变砾质土工程特性及寒区冬季施工防冻控温研究

寒区砾质土心墙堆石坝冬季施工面临着心墙土料冻结与融化问题。通常冬季心墙填筑采用摊铺保温材料以防止土料冻结,但易干扰施工,导致有效填筑时间缩短。本文利用相变材料(Phase Change Material, PCM)的相变储放热性能,制备了心墙相变砾质土,用于寒区冬季砾质土心墙控温防冻。通过渗透试验、无侧限抗压试验、三轴试验、热常数试验及温控试验等,研究不同PCM掺量下心墙相变砾质土工程特性和防冻控温性能。试验结果发现,相变砾质土的无侧限抗压强度、抗剪强度和抗渗性能均随PCM掺量的增加而显著提高;随着PCM掺量的增加,相变砾质土导热系数及比热下降。在室内控温箱试验验证相变传热模型有效性的基础上,开展了心墙相变砾质土施工控温有限元模拟,分析了不同施工环境温度(最低温-5℃、-8℃和-10℃)工况下心墙相变砾质土的温控效果,发现6%PCM掺量的相变砾质土在最低温-5℃施工环境下保证土体不发生冻结;采用提高制备温度和上层铺筑联合控温措施,可保证最低温-10℃施工环境下心墙连续高效填筑;与常规砾质土相比,相变砾质土可延长心墙冬季施工时间,改善了心墙砾质土防冻性能,为心墙土料冬季施工防冻提供了一种潜在选择。