土石坝护坡冻胀破坏水-热-力耦合数值模拟研究

针对寒区土石坝护坡普遍存在的冻胀破坏问题,选取寒区某土石坝工程为研究对象,结合土石坝工程特点,建立考虑水-热-力耦合作用的有限元计算模型。研究护坡在库水位和坝体填土水分迁移作用下冻胀破坏全过程,分析土石坝温度场、水分场和位移场的变化规律,并将位移场有限元计算结果与实测冻胀变形资料进行对比,验证有限元计算结果。研究结果表明:冻胀作用对坝坡影响深度约为2 m,坝坡浅层0~2 m范围的温度变化受外界气温影响较大,坝体内部温度相对坝坡浅层变幅小,且有一定的滞后性;负温使坝坡浅层孔隙水相变成冰,宏观上表现为未冻水体积分数的降低,坝坡浅层土石混合体孔隙水相变、坝体填土内水分向坝坡迁移和冻结峰面向坝体内部移动是护坡冻胀破坏的主要因素;大坝坝坡计算冻胀量为20~30 cm,最大值为36 cm,计算结果与实测冻胀变形资料吻合;护坡冻胀破坏主要由砂砾料垫层、坝体填土等土石混合体冻胀及冰推力共同作用引起。研究结果可为寒区土石坝护坡设计提供参考。

监测数据驱动的寒区混凝土坝温度特征分析

鉴于寒区混凝土坝的服役环境具有的冬季气温极低、温差悬殊、寒潮频发和冻融循环剧烈等特点对大坝安全带来的不利影响,针对寒区混凝土坝环境温度和坝体温度监测数据,通过构造反映温度增量距离和温度变幅距离的综合相似性距离指标,应用层次凝聚聚类算法,提出了辨识寒区环境气温地域特征的数据聚类挖掘方法;并针对常规坝体温度场变化表征模型的不适用性,构建了融合谐波因子、气温前期项和水温前期项的寒区混凝土坝坝体温度场表征模型,提升了温度场刻画精度,为实现分析寒区混凝土坝温度场和演变规律,动态跟踪大坝安全状态提供了理论和技术支持。

寒冷地区特高拱坝混凝土最高温度控制研究:以东庄拱坝为例

【目的】东庄特高拱坝位于北方寒冷地区,与国内其他已建200 m以上特高拱坝主要位于西南气候温和地区存在明显差异,混凝土温度控制难度大。为保证工程建设安全的前提下满足进度和质量要求,【方法】针对东庄大坝建设期夏季和冬季不同季节的控制最高温度标准,基于现场环境气温特性,建立有限元仿真分析模型,采用施工过程仿真技术对东庄拱坝不同冷却龄期、不同基础温差条件下的混凝土温度应力进行研究,将现场监测分析结果与仿真分析规律进行对比分析,提出了相应的最高温度控制建议。【结果】结果显示:为保障拱坝混凝土应力安全,最高温度不应高于26℃;为保障拱坝横缝可灌性,最高温度不应低于20℃。缝开度和温控防裂是一个需要协调的关系,基础温差增大,相应地,温度应力增大、开缝宽度变大、温控措施压力增大;基础温差降低,相应地,应力减小、开缝宽度降低、温控措施压力变小,但是存在缝开度不满足要求的风险,尤其在寒冷地区冬季施工最高温度较低,最终导致缝开度较小无法实现接缝灌浆工作。【结论】综合考虑以上两方面影响因素,给出了大坝混凝土最高温度控制的上限值和下限值,区间范围内最高温度的控制即可以满足接缝灌浆和防裂目的。计算成果可为拱坝施工过程的接缝灌浆温控方案调整提供技术支撑。

寒区黑土侵蚀沟治理新技术研究

东北地区黑土侵蚀沟已严重威胁我国粮食安全,其绝大部分处于寒区环境,谷坊作为治理侵蚀沟的通用手段,面临寒区复杂环境威胁。针对寒区谷坊易受冻融、融雪和降雨等多因素耦合下稳定性不足的问题,提出了一种寒区黑土侵蚀沟治理新技术——生态柔性煤矸石土谷坊,该谷坊由土、滤土防冲土工合成材料、煤矸石铰接块和植被防护组成,具有就地取材、节省工期、柔性稳定、固废利用、替代石料和有利扦插等优势。文中给出设计理念、关键参数及现场应用关键技术,形成了成套工艺。研究结果表明:生态柔性煤矸石土谷坊变形值集中在-0.0518~0.0307 m之间,在允许范围内,谷坊前后沟道均无扩宽,泥沙淤积深度17~67 cm,有效减少水土流失,植被覆盖率一年增加30%,表明该谷坊具有良好的稳定性与治理效果,生态效益明显。生态柔性煤矸石土谷坊是在传统谷坊形式上做出优化和改进而形成的一种新型谷坊,此技术将生态技术与工程技术有机结合,为寒区黑土侵蚀沟治理提供了新思路和新手段。

叶巴滩堆石混凝土二道坝温度应力仿真分析及温控措施研究

对位于高海拔地区的叶巴滩堆石混凝土二道坝工程开展全坝段温度应力仿真分析,重点研究大坝横缝分缝措施和混凝土表面保温措施对坝体温度应力的影响。结果表明:结构分缝措施可以降低坝体内部拉应力,设置1条横缝即可有效控制坝体内部高拉应力区范围,并使应力极值降低约0.8 MPa;混凝土表面保温措施可在秋冬季节显著降低大坝表层混凝土温降幅度,减小表层温度应力水平,使应力极值降低约0.6 MPa;叶巴滩二道坝设置1条横缝并采取表面保温可满足施工期温控要求。

严寒地区碾压混凝土坝临时保温措施优化仿真

严寒地区,碾压混凝土坝表层在越冬期温度控制一般比较困难。针对越冬期碾压混凝土坝温控难题,以东北地区某水电站碾压混凝土坝为研究对象,采用三维有限元分析方法,进行临时保温措施优化仿真。结果表明,铺设聚乙烯保温被等保温材料后,混凝土表面温度明显升高,表面拉应力明显减少,混凝土内外及新老混凝土层间的温差得到改善。研究成果可为类似工程提供参考。

水利工程土石坝枢纽设计中的要点分析

在陕北风沙滩区,地形气候以及土地利用等特点决定了该区域水资源的紧缺性,为了有效利用和调节陕北地区的水资源,水利工程的土石坝枢纽设计优化成为不可或缺的环节。基于此,本文对陕北地区水利工程土石坝枢纽设计中的要点展开分析,希望能够对陕北地区水资源保护工作提供一定帮助。

真空联合堆载预压法在寒区筑坝工程中的应用

真空联合堆载预压法是中国沿海地区常用的软基处理方法,但在北方地区筑坝工程中缺少工程案例和施工经验,具体表现在传统的插板工艺、密封墙工艺对复杂地层适应性不明确,大体积坝体堆载后密封膜的密封效果未知,冬季低温冻结力会破坏饱水的密封和排水系统。为此依托中国北方某土坝工程,选取先导试验段,分别开展塑料排水板插板工艺试验、密封墙成墙试验、密封膜保护试验和坝基防冻试验。研究结果表明:履带式振动插板工艺能有效穿透上覆硬壳层,其施工效率优于引孔+振动插板工艺;采用1.2 m双排泥浆搅拌墙方案能起到良好的负压密封效果;在密封膜表面铺设无纺布、编织布,过渡层采用轻型压实能有效保护真空密封膜。在土坝上层和坡脚填筑2 m的防冻层,可有效防止地基土层和排水系统冻结,冬歇期后真空排水系统可正常运行。

REGIONAL GEOLOGICAL ASPECTS CONCERNING SAFETY OF WATER STORAGE

Dams and, particulary,large dams are structures with a risk potential and impacts on the environment. The impacts not only concern the immediate project area and its vicinity, but often the whole catchment area and the downstream valley. This is why regional aspects are important during design, investigation and operation. Regional geology,including all relevant geo-sciences, provides basic information for a safe and longtime operation of a project.

Wear analysis of a side dam in twin-roll strip casting

Reducing wear on a side dam can prolong the casting operation life of a twin-roll strip casting process,thus reducing production cost and improving casting stability.To lengthen the service life of the side dam,it is necessary to understand the wear performance of the side dam material.To investigate the wear behavior mechanism of the side dam,in this study,the UMT-2 friction and wear tester was used to determine the relationship between the wear rate of the side-dam material and various parameters.Based on the roughness of the contact area between the side dam and the end of the casting rolls as well as on the amount of deformation of the side dam,which was derived using a thermal-deformation simulation model,the reasons for the uneven wear of the side dam were obtained.

高海拔高寒地区堆石混凝土坝温度应力仿真分析与温度监测

叶巴滩二道坝是首个水电工程堆石混凝土过水建筑物及高海拔高寒地区大型堆石混凝土坝工程,对堆石混凝土技术在高海拔高寒严酷环境及水电行业的推广应用具有示范引领作用。采用有限元法对叶巴滩堆石混凝土二道坝典型坝段施工期和运行期的温度场、应力场进行全过程仿真分析,并通过现场试验仓温度监测,验证仿真分析的可信性。分析结果表明:堆石混凝土坝“42 m”与“21 m”坝段宽度方案相比,坝体温度场分布与量值基本相同,应力场分布规律类似,但由于“42 m”坝段宽度大,散热条件不利,表面抗冲耐磨混凝土在冬季会出现超过允许拉应力值的区域,存在开裂风险;冬季在坝体表面采取保温养护措施,表面抗冲耐磨混凝土拉应力有较为明显的降低,均在应力允许值范围内。最大坝段宽度采用42 m是合理的,并可取消内部温控措施,只需在冬季时采取相应外部保温措施即可。现场监测的水化温升远小于仿真分析的绝热温升值,说明坝体实际整体应力水平更低,验证了仿真分析的可信性。

基于T-S模糊故障树的寒区水库大坝冻害风险分析

由于运营环境恶劣,寒区水库大坝会面临冰冻灾害频发且致灾因素众多等问题,严重影响大坝稳定运营,增大了安全风险隐患,并增加了整治维修成本。为有效预防大坝冻害发生,提升大坝风险管理水平,提出了一种基于T-S模糊故障树理论的寒区水库大坝冻害风险分析方法。以坝体不均匀变形、坝体渗漏加剧、面板冻害破坏为下级事件建立了T-S模糊故障树;同时通过底事件重要度计算对主要致险因素进行了分析;并将冻胀力学分析与T-S模糊故障树相结合,对红旗泡水库大坝面临的冻害风险进行了计算分析。研究发现诱发大坝冻害的主要风险因素包括反复冻融作用,库区水位波动、冰层堆积与风浪侵蚀,面板与坝体填筑质量缺陷和坝体防渗及保温措施不足等;同时,发现红旗泡水库大坝发生冻害风险的可能性较高,应进行风险排查与处理。应用结果表明,所提出的方法能科学合理地分析大坝冻害风险并确定关键致险因子,可为寒区水库大坝的冻害风险的识别、管理与决策提供技术支持,进而为大坝设计、施工、运营维护及冻害防治提供参考依据。

高海拔气候环境下碾压混凝土重力坝施工期开裂风险分析

DG水电站位于高寒高海拔地区,气候环境复杂。为研究施工期碾压混凝土温控防裂问题,选取DG水电站厂房坝段为研究对象,采用三维数值仿真模拟技术进行施工期大坝温度场和温度应力计算,以及气温骤降、昼夜大温差对坝体影响的敏感性分析。研究结果表明:气温骤降、昼夜大温差在坝体表面分别产生约1.4,0.9 MPa的拉应力,易在坝体表面引起裂缝;为了减小由此引发的混凝土开裂风险,采用混凝土表面保温防护措施之后,坝体表面温度应力相应得到显著改善,拉应力分别减少至约0.3,0.4 MPa。

基于法向量区域聚类分割的检测坑点云提取

利用三维激光扫描技术获取堆石坝检测坑表面点云,可以快速计算检测坑体积和堆石坝压实质量,但此技术的关键是从扫描点云数据中准确分割出目标检测坑。提出了一种基于法向量区域聚类分割的检测坑表面点云提取方法:首先通过局部密度法检测得到碾压面外部点P,剩余点则为内部点Q;然后以最小二乘法拟合外部点平面,得到拟合平面法向量与内部点法向量的夹角θ;最后以外部点P作为种子点,逐步扩大搜索区域,直至区域内存在θ大于阈值θ′,即可确定碾压面和检测坑表面的交界,精确提取出检测坑表面点云。利用MATLAB编程实现了检测坑表面点云数据的快速提取,并通过采集3类坝料的检测坑点云数据开展试验,验证了此方法的可行性。研究成果可为类似形状目标点云提取和堆石坝压实质量快速检测提供参考。

抽水蓄能电站防冰涂料研制及应用

严寒地区运行的抽水蓄能电站,其水位变幅区的坝体混凝土面板,存在冬季冰推和冰拔作用力威胁。研制了氟改性聚氨酯新型防冰涂料,冰粘附强度小于0.02 MPa,混凝土粘结强度大于2.5 MPa。依托清原抽水蓄能电站进行了工程验证和应用,冬季表现出防冰效果好、混凝土粘结牢固和耐久性好的特点。为严寒地区抽水蓄能电站防冰设计和建设,提供了新的防冰材料和设计方案。

基于OWOA-RFWSVR-DLM的高寒区混凝土坝变形预测模型

对于寒冷地区的混凝土大坝,由于表层保温层的影响,其内部温度往往滞后于气温变化。当内部温度计缺失时,使用水力-季节-时间(HST)模型进行大坝预测时存在较大的误差,且即使利用内部温度计进行多元回归(MR)模型的建模也无法反映温度与变形的非线性关系。因此,针对现阶段对高寒区变形预测精度低的问题,提出利用反向学习后的鲸群(OWOA)算法对RReliefF因子加权支持向量机(RFWSVR)与分布滞后线性模型(DLM)的温度因子的超参数进行寻优,以构建缺乏内部温度计的寒区混凝土大坝变形预测模型。结果表明:通过对所建立的变形预测模型与传统统计模型和其余常用机器学习算法的性能比较,证明所建立模型具有较高的预测精度,能更好地反映保温混凝土大坝的工作特点。

长江三峡坝区花岗岩风化壳化学元素迁移特征

在长江三峡坝区河谷不同地貌部位系统采样的基础上 ,通过 X射线荧光光谱的化学全量分析及各元素迁移率特征值和强度值的详细计算 ,揭示出不同地貌部位各化学元素的迁移规律 :1长期淹没于水下的河床风化壳 ,易溶的 Ca O、Mg O发生相对富集的现象 ,Al2 O3却呈减少的趋势 ;Fe2 O3的富集率最大 ;2季节性被水浸没的河漫滩风化壳 ,还出现了 K2 O、Mg O含量相对富集的现象 ;3谷坡风化壳是典型的北亚热带地带性风化壳 ,处于化学风化早期到中期的过渡阶段。 4在各种地貌的风化壳中 6.5深度是一个特殊的层位 ,K2 O、 Na2 O对抗现象最为明显 ,即 Na2 O相对富集 ,K2 O相对减少。

黄河黑山峡大柳树坝址区F_(201)和F_(7(8))断层的活动性

黄河黑山峡大柳树坝址区位于青藏高原中卫-同心活动断裂带内F7(8)和F3断层所夹持的寒武系变质砂岩夹千枚岩推覆岩片中。对F201、F7(8)断层活动性的认识是坝址稳定性评价的关键,也是争议的焦点。通过对大柳树坝址区F201、F7(8)断层带特征的追索观测、工程揭露和断层泥测年,获得F201、F7(8)断层活动特征的新资料,证实了F201断层是一条晚更新世晚期和全新世以来强烈活动的区域发震断层,同时确定了F7(8)断层水平左旋走滑作用的存在;发现断层通过之处二级阶地堆积物的震陷槽;获得了小于20ka断层泥测年数据,尤其是确定了F7(8)断层与F201断层的交会地点。因此熏按水电规范,F201和F7(8)断层被定为活动断层。

三峡库区食管癌高死亡率区的土壤环境特征研究

目的探讨三峡库区食管癌高死亡率区的土壤环境特征。方法对比食管癌高、低死亡率区土壤类型、利用方式及土壤一般特性 ,尤其是在微量元素含量上的差异。结果食管癌高死亡率区土壤主要分布石灰性紫色土 ,土壤偏碱性 ,含钙高 ,土壤肥力低 ;低死亡率区主要是水稻土 ,土壤偏酸性 ,含钙低 ,土壤肥力高。同时食管癌高死亡率区土壤中微量元素含量水平明显低于食管癌低死亡率区。

寒区大坝温度场和渗流场耦合问题的非线性数值模拟

本文首先根据热传导理论和渗流理论 ,提出了带相变温度场和渗流场耦合问题的数学力学模型和控制微分方程 ,然后应用伽辽金法导出了这一问题的有限元公式 ,最后给出了一个考虑了渗流影响的寒区大坝温度场的计算实例 .该例表明渗流场对寒区大坝的温度场影响很大 ,在寒区大坝的设计时应充分考虑这一因素的影响 .