汉江新集水电站土石坝水下抛填离心模型试验研究

由于压实度的不可控性,水下抛填一直较少作为土石坝等永久建筑物的施工方案,而采取水下抛填可大大提高工程经济性,研究土石坝水下抛填施工技术具有重要意义。以汉江新集水电站主河床土石坝水下抛填施工为例,引入离心模型试验对其进行了前期论证,并在坝体填筑完成后通过超重型动力触探试验对水下抛填密度进行检测。结果表明:水下抛填密度与抛填料颗粒级配、上覆堆载、水深等因素密切相关,且经强夯处理后抛填体的有效加固深度在6.0 m范围内;离心模型试验和超重型动力触探检测成果相关性较好,可作为研究土石坝水下抛填密度的有效手段。研究成果给后续坝体设计、安全监测方案优化提供了数据支撑,对同类工程设计施工也具有重要参考价值。

土坝水力劈裂的离心模型试验及其分析

本文介绍了深截水槽心墙砂壳坝的离心模型试验及其有限元数值模拟的结果．截水槽两侧的混凝土基座内设有水管，以模拟Ｔｅｔｏｎ坝基岩内裂隙的作用．数值分析用有效应力法，同时采用双屈服面弹塑性模型和损伤断裂模型．分析所得的应力和变形与实测值有一定出入，但两者的基本趋势一致．试验与分析结果均表明，虽然截水槽内拱效应很明显，但兀水力劈裂迹象．由此得出结论，深截水槽心墙坝并不见得一定有水力劈裂的危险，流行的总应力判别法过大估计了水力劈裂的可能性．

长河坝动力离心模型试验研究

采用离心机振动台模型试验研究了长河坝在不同地震加速度下的地震加速度反应、坝顶沉降和破坏模式,分析了大坝的极限抗震能力。结果表明:坝体加速度反应随坝高的变化可以分成两个线性变化段,1/2～2/3坝高以下,坝体加速度反应较小;1/2～2/3坝高以上,坝体加速度反应明显增大,越往坝顶加速度放大系数就越大;在100年超越概率1%(峰值加速度4.30 m/s2)地震条件下,地震引起的坝顶沉降约为165～178 cm;地震破坏模式为坝顶局部滑动破坏;地震极限抗震能力5.32 m/s2。试验验证了长河坝的抗震措施是合理、可行的。

土石坝溃坝离心模型试验中水流控制与测量

针对目前土石坝溃坝离心模型试验中存在的问题,研发了一套伺服水阀流量控制装置,显著提高了土石坝溃坝离心模型试验上游来水条件的控制精度,有效降低了模型试验结果的不确定性;建立了土石坝溃坝离心模型试验的水流相似准则;提出了一种采用内置于模型箱端板上的薄壁矩形量水堰测量土石坝溃坝离心模型试验中溃坝洪水流量过程的方法,并通过超重力场下的放水试验,证明了薄壁矩形量水堰的流量系数与离心机加速度无关,采用内置于模型箱端板上的薄壁矩形量水堰可准确测定土石坝溃坝离心模型试验中的溃坝洪水流量过程。

土石坝横向裂缝的土工离心机模型试验研究

岸坡突变所产生的不均匀沉降变形常常是导致土石坝心墙发生横向裂缝的主要原因。使用糯扎渡高心墙堆石坝心墙混合土料进行了模拟心墙发生横向裂缝的土工离心机模型试验。试验中再现了由于岸坡坡度变化导致坝顶发生横向裂缝的现象。采用工程中常用的3种裂缝分析方法:倾度法、Leonards法和有限元应力法对试验结果进行了分析。结果表明,前两种方法仅在测点较多时才是适用的,而有限元应力法对土石坝心墙横向裂缝问题更为有效。

高土石坝极限抗震能力的评判角度及标准述评

汶川地震后,我国对设计高土石坝提出了分析评价其极限抗震能力的要求。目前全面深入的评价方法,是从坝坡稳定、地震残余变形、液化安全性和防渗混凝土结构应力状态等方面,运用数值分析和动力离心模型试验的方法,综合判定高土石坝的极限抗震能力,长河坝心墙堆石坝工程首次采用了此综合评价方法。然而此类评判目前没有统一的判定标准,探求其原因,认为是数值或物理模拟方法不能十分真实地模拟实际情况、分析方法细节和验证实例资料的局限性、研究者的经验认识不同等。从这些原因的位置探求一些减少标准差异的评价方法,如边坡稳定分析时,取滑块的最大厚度不小于5m;混凝土防渗墙的应力评判应细化到抗压强度和抗拉强度,并研究提出相应评判标准,依据新的评价方法建议了评价标准。

黏土心墙水力劈裂机理的离心模型试验及数值分析

采用与原型实际心墙边界条件、受力方式相同的土柱模型,进行了离心模型试验研究,同时采用数值计算分析的方法对土柱模型的应力变形特性进行研究以分析形成心墙水力劈裂的内在机理。分析结果表明:当心墙上游侧的库水压力大于心墙的土压力时,造成了心墙的水力劈裂破坏;该破坏是由于心墙在这种应力条件下,上游侧出现了有效应力拉应力区,并进而出现拉裂裂缝后所产生的;外部水压力大于心墙上游侧土压力是决定水力劈裂发生的重要因素。

土石坝漫顶溃坝过程离心模型试验与数值模拟(英文)

利用溃坝离心模型试验系统,分别对3种不同坝高均质土石坝(最大坝高达32.0 m)及坝高为16.0 m的黏土心墙坝开展了漫顶溃坝试验研究,清楚地揭示了其溃决机理、溃口发展规律。结果发现,对于均质土石坝,随着坝高的增加,溃口的纵向下切与溃口边坡的失稳坍塌速度明显加快,溃口流量过程线更为陡峭,峰值流量增大,且峰值流量出现时间更早,溃坝历时更短;黏土心墙坝与均质坝溃决机理与溃口发展规律明显不同,随着漫坝水流对下游坝壳冲蚀程度的增加,黏土心墙发生剪断破坏,溃口洪水流量迅速增大。基于上述试验结果,分别提出了描述均质土石坝和黏土心墙坝溃坝过程和计算溃坝洪水流量过程的数学模型,并建议了相应的数值计算方法。数值模拟与试验结果的对比证明了建议溃坝数学模型的合理性。

心墙堆石坝坝顶加筋措施的动力离心模型试验研究

坝顶加筋是心墙堆石坝抗震的重要工程措施之一,然而目前对其抗震效果的试验研究并不充分。本文利用中国水科院双向离心机振动台开展了动力离心模型试验,探究了铺设土工格栅加固坝顶这一措施的抗震效果,并探讨了埋设间距及土工格栅材料刚度对心墙堆石坝动力响应的影响。动力离心模型试验结果表明,坝顶加筋提高了坝顶刚度,导致坝顶附近区域顺河向和竖向动力响应变强。采用0.08H至0.16H间距加筋都将起到增强坝体刚度、提高坝体抗震稳定性的作用,坝顶加筋降低震陷、裂缝等风险,有利于坝体的安全稳定。土工格栅的刚度对心墙堆石坝的动力响应影响较大,刚度过大的材料难以造成土料与土工格栅的紧密结合,从而不能起到良好的抗震效果。

高心墙堆石坝初次蓄水速率影响研究

高心墙堆石坝水力劈裂问题得到国内外学者的极大关注,特别是在初期导流洞及中期导流洞封堵后,水库水位上升速率可能很快,极易形成"水楔"作用.采用土工离心模型试验技术,模拟了长河坝心墙中存在裂缝和不同蓄水水位上升速率.模拟结果表明蓄水水位上升速率越快,心墙裂缝的内外水压力差增长越快,峰值越大,大坝允许最大蓄水速率为25.5m/d.

土石坝裂缝数值模拟方法研究

由于目前土石坝裂缝产生的评判及预测缺乏统一标准,本文采用FLAC3D中可以产生滑动和分离的接触面Interface单元作为土石坝内部的隐含破坏面,以此模拟土石坝裂缝开展,探讨裂缝评判方法。最后,用离心模型试验证明该方法用于模拟土石坝开裂的可行性与合理性。

心墙水力劈裂机理的离心模型试验研究

采用直立土柱试样进行离心模型试验的方法,对心墙发生水力劈裂的条件和过程进行了研究。试验结果表明,当土柱上游侧外水压力大于土体压力时,土柱将产生水力劈裂,并最终产生渗透破坏。因此,在心墙土石坝工程中,由于坝壳对心墙拱作用所导致的心墙土压力小于外部库水压力将是产生心墙水力劈裂的根本原因。

高聚物防渗墙土质堤坝地震加速度响应的动力离心试验研究

为研究高聚物防渗墙土质堤坝地震加速度反应规律,采用El Centro波,在0.05 g、0.1 g、0.2 g和0.4 g工况下进行了高聚物防渗墙土质堤坝和传统刚性防渗墙—混凝土防渗墙土质堤坝的离心机振动台的对比试验。试验采用非等应力离心模型,利用加速度传感器测量了坝体不同位置的加速度时程响应。结果表明:高聚物防渗墙土质堤坝峰值加速度随输入地震动增加而增加,随坝高增加而增加,最大峰值加速度在坝顶上;高聚物防渗墙土质堤坝最大峰值加速度随输入地震动的增大呈线性增加趋势,而最大峰值加速度放大系数随输入地震动增大而减小;从模型试验的角度来看,在同等水平地震作用下,混凝土防渗墙土质堤坝抗地震加速度反应能力好于高聚物防渗墙土质堤坝,但在强震下混凝土防渗墙体发生了破坏,这一点可由附近土体加速度突增判断。

高土石坝的应力与变形

介绍了笔者近年来在影响土石坝应力变形计算的3个主要方面所做的工作:①剖析了邓肯E–ν和E–B模型的差异、对计算的影响、原因和适用条件,通过真三轴仪试验揭示土各向异性的一些规律,提出柔度矩阵性质来反映这些规律;②认为堆石体长期变形计算中应考虑晴雨引起的干湿循环作用,它可作为流变变形的一部分,提出了相应试验方法和计算方法;③提出两种心墙水力劈裂分析方法,一是有效应力与总应力相结合的方法,作施工期心墙的非饱和土简化固结计算,将孔隙水和气作为混合流体来建立固结方程,得出心墙的有效应力和水压力后叠加得总应力,与墙前水压力比较判别水力劈裂的发生,另一是近似反映施工期固结程度的总应力法,相应的本构模型参数用固结不排水剪试验确定。

糯扎渡高心墙堆石坝离心模拟试验研究

近年来,随着高土石坝建设的迅速发展,研究坝体在施工期和运行期的各种性状已成为土石坝研究领域中最为重要的课题。同时,离心模拟试验技术在高土石坝的研究中也有了更加广泛的应用。本文结合坝高261.50m的糯扎渡心墙堆石坝,利用小比尺离心模型进行了模拟试验,研究坝体在施工期和运行期的应力和变形性状,论证采用小比尺离心模型研究高坝变形和应力性状的可行性,同时提出了原型坝体在竣工期和蓄水期的应力变化和变形情况,为该坝的设计和施工提供了科学依据。

病险土石坝水力劈裂现象的注水试验研究

对病险土石坝坝体注水试验过程中的水力劈裂现象及其原因进行了分析。研究表明,大坝防渗体为低渗透性时,在高水头下的水力劈裂发生的风险相对要大。坝体的应力分布中小主应力3σ不足是引起坝体水力劈裂的主要原因,在1/3~2/3倍坝高处,小主应力和土的抗拉强度之和往往不能抵抗过高的水头压力而引起水力劈裂。坝体钻孔注水试验应尽量控制水头上升速度,并实时监测水头与流量的变化,选择较低的水头进行试验,并采用分级注水,在判断试验结果未发生水力劈裂的情况下,取合理的试验结果的平均值作为最终试验值。

土石坝离心模型试验研究

以能量原理说明了土石坝应力变形问题，即变形场与渗流场耦合作用问题离心模拟相似的有效性，并由此得出相似判据Ｃσ ＝１、Ｃε＝１和Ｃｔ＝Ｃｌ２＝ｎ２．还引述了务坪水库心墙堆石坝的离心模型试验成果，该坝最大坝高５３ｍ，建筑在湖积软土层上，坝基处理采用振冲法．试验成果表明，该坝基经振冲法处理，其坝基强度和稳定性得到明显提高，坝体变形也相应减小，当地基中的碎石体积置换量达到４０％时，坝体和坝基的稳定性可满足设计要求．

土石坝动力离心模型试验颗粒流数值模拟

以长河坝离心模型试验为基础,开展颗粒流细观数值模拟研究,分析大坝在不同地震加速度和离心加速度下的动力响应(加速度和位移)和破坏模式,并对长河坝双向振动台模型试验进行了数值模拟分析.数值模拟结果表明:数值模拟规律与离心振动台试验规律基本一致,坝体的地震破坏模式为坝顶局部滑动破坏;同一高程坝坡位置的动力响应大于心墙位置;随着地震加速度峰值的增大,坝体加速度放大系数减小,坝体破坏模式不变;随着离心加速度的增大,坝体加速度放大系数减小,坝顶沉降减小.

粘土心墙坝水力劈裂模型试验研究

在不考虑心墙拱效应作用情况下,研制了一套可以模拟土石坝心墙中水力劈裂现象的新型试验装置,采用预设裂缝的方法对粘土心墙料进行了不同条件下水力劈裂试验,以验证模型的可行性。结果表明,完全均质心墙中不会出现水力劈裂现象,最大干密度和最优含水率下填筑料的抗水力劈裂能力最强,采用较厚心墙对土石坝的抗水力劈裂能力有利,裂缝和水库的快速蓄水是导致心墙中产生水力劈裂的重要原因。

土石坝的动态反应:离心机模型试验与数值模拟

为评估LIQCA程序是否能合理分析台湾仁义潭土石坝在地震时的反应,进行3个土石坝离心机模型试验,并对相同的土石坝与振动历时进行LIQCA动态数值分析。通过动态数值分析与离心机模型试验结果,探讨土石坝受震时超孔隙水压力的激增以及土体加速度在坝体不同填土区的变化,并评估LIQCA程序耦合在仿真土石坝受震时的可靠性。