浅析土石坝水库填筑黏土料压实度超百现象

本文针对土石坝水库安全鉴定和除险加固工程勘察中出现的坝体填筑黏土料的压实度超过100%的现象,结合大量工程案例,从水库建设、运行、勘察检测手段和室内试验等多方面进行原因分析和评价,为处理土石坝水库在设计、建设以及安全鉴定和除险加固中遇到的填筑黏土料压实度问题提供参考。

水电站大坝混凝土施工及裂缝防渗处理研究

在开展水电站大坝施工阶段,缺乏对混凝土工程的系统化研究,导致透水率难以达到施工要求,基于此,提出水电站大坝混凝土施工及裂缝防渗处理施工技术研究。将普通硅酸盐水泥P·O42.5作为主要材料,从性能角度出发,对大坝混凝土施工材料进行设计,采用多个单元墙段逐个施工的方式对大坝结构浇筑。对于大坝混凝土结构存在的裂缝问题,结合裂缝的具体状态设计了结构表面修补法和内部填充法两种防渗处理施工方式。从测试结果可以看出,施工大坝的透水率始终稳定在1.50 Lu以内,达到了施工管理要求。

拓扑优化方法在面板堆石坝分区设计中的应用

面板堆石坝因其经济、可靠、广泛适应性和环保等显著优点受到坝工界的欢迎,但面板坝尤其是高面板坝普遍存在面板断裂问题。故因面板断裂而造成的面板坝事故实例很多。面板断裂的主要原因之一是坝体内坝料分布不合理使得坝体与面板在自重与水压力作用下变形差异较大,因此,坝料在坝体内部的布局亦即坝料分区设计极为重要。该文以天生桥一级混凝土面板堆石坝为例,以坝体刚度最大为目标,根据坝料切线模量的差异,将坝料分为多种材料,建立材料集合,采用连续体拓扑优化方法优化出高面板坝坝料的布局方案,从而克服以往完全依赖经验给出的分区设计缺陷。另外,在优化分析中,以单元的材料号作为设计变量,同时基于准则法给出了设计变量的更新方案,即应变能密度大的单元须具有高模量材料。规避了传统梯度法或遗传算法无法解决离散设计变量数目庞大的困难。为确保算法稳定,本方法迭代过程中每次仅更新不超过5%的总单元数的材料号。结果表明,优化后的材料布局与传统分区存在明显差异:高模量材料分布在上游下侧、各种材料分布随模量依次自上游向下游变化、材料边界坡比均不低于1:0.8。与原设计相比,优化后的面板在水压力作用下变形小,分布均匀,有利于阻止面板发生断裂。从而证明该方法可为此类工程实践提供具有理论基础的参考设计。

级配特征对筑坝砂砾料填筑标准的影响

筑坝砂砾料填筑标准具有级配相关性,在砂砾料筑坝施工质量控制中,目前仅以含砾量来表征级配对碾压干密度的影响,未考虑级配形状和最大粒径不同对砂砾料填筑标准的影响。为了研究这种影响,评估目前单一依靠含砾量来表征级配特征对干密度影响的合理性,设计了含砾量相同而级配曲线形状和最大粒径不同的两组级配曲线,结合实际施工振动碾压条件,通过现场密度桶法,研究了含砾量相同时不同级配形状特征和最大粒径对原级配筑坝砂砾料填筑标准的影响。研究表明,控制含砾量相同时,级配曲线形状对砂砾料最大、最大小干密度有一定影响,随级配参数m和b的增大,砂砾料的最大、最小干密度均呈现减小的趋势。在含砾量和级配参数m相同时,不同最大粒径级配的砂砾料的最大、最小干密度也有差异。表明不同级配特征和最大粒径对筑坝砂砾料填筑标准的确定有一定影响,建议结合具体工程进一步对级配特征和最大粒径对筑坝填筑标准影响的敏感性及对施工质量控制带来的影响进行评估。

糯扎渡水电站高心墙堆石坝关键技术研究

糯扎渡心墙堆石坝最大坝高261.5m,可资借鉴的筑坝经验很少,在设计中不可避免地遇到了许多技术难题,如260m级的高坝对土料性能的要求、开挖料的利用和坝料分区、右岸软弱带处理、心墙抗水力劈裂、坝体抗震等。通过开展关键技术问题研究,基本解决了以上难题,使工程得以顺利开工建设,并使我国高土石坝的筑坝水平上了一个新的台阶,所取得的成果可供类似工程借鉴和参考。

反滤料级配设计的思考

反滤料的级配设计是土石坝设计的核心问题之一。反滤料设计除了要满足规范中滤土、排水、保护被保护土裂后自愈的要求外,还应能适应较大剪切变形,起到变形过渡的作用。将土料分为"骨架粗料"和"填充细料"两部分,并用此模糊概念,将《碾压式土石坝设计规范》的反滤料设计观念具体化:①探讨了含有大于5 mm颗粒的防渗混合土的宏观概念,指出其细粒组含量η0.075与大于5 mm颗粒的含量P5是一对"因土而异"的特征值,可沿用美国垦务局的反滤准则中对被保护基土的四个分类及各类的反滤关系,但得到的反滤料的D15应视为反滤料"填充细料"的D15;②从刘杰对渗透变形的分类研究中,可引伸出反滤料的"骨架粗料"和"填充细料"的分界粒径df和"填充细料"的临界含量ηf,并将反滤料的设计依据归结为九项条件;③通过实例,详细地解说了反滤料的实用设计方法。

面板堆石坝填筑仿真及堆石料参数影响研究

本文以堆石体变位来评价仿真计算模型是否满足工程借鉴要求,进一步减小有限元的计算结果与实际观测值之间目前存在的较大差距。根据百米级面板堆石坝应力变形的特点,结合坝体变形原型观测数据,对数值分析中坝体分区填筑的碾压分层问题进行探讨,解决了坝体分期施工中网格简化的问题,提出了仿真分析中面板堆石坝坝体的有效分层厚度与坝高的比例,极大地提高了计算效率,有效地预测了面板堆石坝坝体的变形。同时通过研究面板堆石坝堆石填筑参数对坝体变形的影响,得到堆石材料参数的影响范围,为面板坝设计、试验研究提供依据。

高堆石坝填筑施工过程中协调控制计算机仿真建模

高堆石坝坝面施工过程中常涉及到不同料物填筑的协调问题,对不同料物进行合理的施工顺序和施工强度协调对施工速度和工程质量有重要意义.针对堆石坝填筑计算机仿真研究较少考虑坝面不同填筑材料之间填筑强度的相互协调问题,借鉴网络计划逻辑关系描述,对堆石坝各种料物之间的填筑施工的强度协调问题进行了研究,提出了一种坝面填筑材料之间协调控制的仿真模型,并提出坝面可达填筑强度和工期限制强度两个概念.最后,以糯扎渡工程为例对所提出的仿真模型的可行性进行了验证.

干湿循环作用对堆石长期变形影响的试验研究

堆石体存在流变,不仅与荷载有关,而且与日晒雨淋引起的干湿循环有关。通过室内试验模拟日晒雨淋引起的干湿循环作用,研究其对堆石体长期变形的影响。试验结果表明,荷载作用流变很快趋于稳定,测得的流变量也相对较小;偏应力状态干湿循环作用引起的长期变形非常明显,其变形占后期变形总量的50%~70%,且后期变形的衰减远小于荷载单独作用引起的流变,这对于坝体的安全和稳定的影响是不容忽视的。根据试验研究揭示的变形规律,本文建立了相应的计算干湿循环变形的数值模型,可用于有限元计算。

混凝土面板坝止水带设计与柔性填料

1998年以前完工的 30座 10 0m以上的面板坝中 ,有约 1 6的坝蓄水后漏水量大而采取了减少漏水的工程措施。为提高 10 0m以上高面板坝止水的安全可靠性与耐久性 ,对其止水带结构型式及柔性填料的性能等进行了研究 ,提出了高钢筋混凝土面板坝止水带的设计原则 ,阐述了柔性填料的工作原理并确定了性能控制指标。

糯扎渡水电站高心墙堆石坝施工技术

糯扎渡水电站心墙堆石坝具有填筑工程量大、施工期短、填筑强度高等特点。为此,采用了合理的坝体填筑施工技术,主要包括上坝道路布置、坝体填筑分期、坝料供应、掺砾石土料掺合工艺、坝体填筑施工工艺等。数字大坝工程质量与安全信息管理系统的采用,对提高坝体施工质量起到了重要作用。

昔格达组粉砂岩作为筑坝土料的工程特性研究

昔格达组地层是分布于四川西部攀枝花及西昌地区的一种特殊的工程性质较差的半成岩,攀西地区是我国能源富集的地区,也是我国需要重点发展的水电能源地区,开展昔格达组地层研究对当地的基础设施建设有重要的意义。针对梅子箐水库扩建工程拟采用的昔格达组粉砂岩,采用大尺寸试验设备,进行了物理力学性能试验,探讨其作为筑坝土料的适宜性问题。试验研究表明:昔格达组粉砂岩具有较好的抗剪强度指标,压缩性中等偏低,渗透性中等,抗渗透变形特性较好,可以作为筑坝土料。在力学性质上,昔格达组粉砂岩的性质更接近粉砂质土。

土石坝坝体填筑质量瞬态瑞利波检测技术

根据土石坝坝体填筑质量传统检测技术存在的弱点,应用瞬态瑞利波检测技术对土石坝坝体填筑质量检测进行了研究与应用,给出了土石坝坝体各测点瑞利波频散曲线及反演分析结果,给出了土石坝坝体填筑材料瑞利波波速分布及填筑材料的密实性、均匀性,给出了土石坝坝体与坝基接触效果。将瞬态瑞利波检测结果与现场钻孔取样室内填筑材料干密度试验资料进行对比分析研究,建立了土石坝坝体填筑材料瑞利波波速与干密度的相关关系,为土石坝工程坝体填筑施工质量监控及全面评价提供了科学的依据。

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。

提高堆石坝过渡料细颗粒含量的措施

堆石坝过渡料对垫层料具有反滤保护作用,其细颗粒含量是评价过渡料级配优劣的重要指标。结合Kuz-Ram爆破块度预测模型,分析了影响过渡料细颗粒含量的主要因素,并在长河坝过渡料开采爆破试验的基础上,总结了提高细颗粒含量的工程技术措施。爆破试验表明,选用爆速较高的炸药、适当减小炮孔间排距、选择合理的装药结构以及合适的起爆时差等措施,能够有效提高堆石坝过渡料的细颗粒含量,使由爆破开采获得的过渡料能直接上坝填筑,节省工程投资。

察汗乌苏水电站坝体料残余变形特性试验研究

介绍了通过大型动三轴试验,对新疆察汗乌苏水电站混凝土面板堆石坝坝体主砂卵砾石料和过渡料动力残余变形特性进行的试验研究工作.分别给出了动力残余体应变和动力残余轴应变的参数值.在总结近年来试验成果的基础上,对于粗粒料残余体应变和残余轴应变的发展变化规律进行了比较和讨论,并对残余轴应变的资料整理方法和表达式提出了建议.

荷载作用堆石流变特性试验研究

堆石体存在流变,不仅与荷载有关,而且与干湿循环有关.堆石坝的长期变形观测资料表明,雨季产生的变形常显著高于非雨季.因此,研究堆石料长期变形时需分别考虑荷载作用和干湿循环所产生的流变规律.通过室内试验分析了仅考虑荷载作用的堆石流变特性,重点是应力状态对流变的影响.试验结果表明,荷载作用下堆石流变随时间呈衰减趋势,符合双曲线形式,最终体积流变和剪切流变与应力状态有关.

堆石坝料开采爆破参数优化的神经网络法研究

探讨人工神经网络BP模型用于爆破参数优化的方法 ,结合最优目标函数 ,实现对堆石坝料开采爆破参数的优化。通过一个工程实例 ,简介了人工神经网络BP算法的基本原理、爆破参数优化网络模型的建立和求解。结果证明 ,这个优化模型是可行的。

基于筑坝材料适用性的土石坝工程质量风险讨论

依据设计规范,概括了对于碾压式土石坝筑坝材料和大坝填筑的设计要求。列举了若干土石坝建设过程中由于忽视筑坝材料适用性问题导致的事故。通过对问题处理过程或事故经验的总结,阐明了土石坝工程质量风险的特点。强调应重视土石坝设计阶段对筑坝材料适用性的充分论证,以及实际施工之前针对实际用料适用性和填筑施工要求的及时而充分的复核试验研究。只有掌握这些风险特点,才能更好地管控风险;且一旦出现事故,在分析原因时也能够更加贴近事实,减少分歧。

巴郎口水电站土石坝填料工程特性试验分析

位于大渡河一级支流上的巴郎口水电站为闸坝引水式。考虑到砂卵石填筑料中粒径小于5mm的P5含量偏高而影响坝体稳定性,对厂房边坡砂卵石填筑料开展了碾压试验。根据现场密度及含水量测试、场地沉降观测等,确定合适的铺层厚度为97cm。并取坝体填筑料在室内进行了颗分、击实、渗透和大三轴剪切试验。颗分试验表明填筑料级配良好,满足土石坝设计要求;击实试验得到填筑料的最优含水量和最大干密度分别为5.32%、2.42g·cm^(-3);渗透试验测得砂卵石平均渗透系数为2.422×10^(-2)cm·s^(-1);大型三轴试验获得砂卵石强度参数为φ=37.711°、c=0。结合现场碾压试验和室内试验成果,还对巴郎口水电站土石坝坝体进行了渗流稳定计算,复核了巴郎口水电站土石坝坝体的沉降、应力、渗流和稳定性等,为土石坝坝体的长期安全运行提供了重要依据。