新疆某水库沥青混凝土心墙砂砾石坝渗流分析

新疆某水库工程大坝为沥青混凝土心墙砂砾石坝,坝体防渗系统由沥青混凝土心墙+混凝土基座的形式组成。结合地形地质情况,借鉴国内类似工程经验,对工程渗控系统进行合理设计,并采用二维、三维有限元方法进行渗流计算分析。结果表明:在各种计算工况下,工程各部位的渗流场分布合理;各部位的最大渗透比降均未超过其相应部位的允许值,满足渗透稳定要求;坝体、坝基渗流量占河道全年径流量的1.8‰。该工程渗控系统设计满足规范及设计要求。

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。

芝瑞抽水蓄能电站沥青混凝土心墙砂砾石坝坝体反滤设计及渗流安全评价

根据抽水蓄能电站运行期水位变化频繁、水位变幅大的运行工况,针对天然砂砾石料抗渗透破坏和冲蚀能力差的缺点,结合国内在建抽水蓄能电站中首座采用砂砾石料筑坝并直接填筑在河床覆盖层上的沥青混凝土心墙坝,基于当前反滤准则仅重视级配关系而忽略相对密度对砂砾石料渗透性影响的缺点,提出了修正的砂砾石料反滤准则,并通过心墙砂砾石坝坝体的反滤设计、各区坝料的渗流试验及坝体的渗流安全分析进行了验证。结果表明:除级配特征外,反滤设计中相对密度变化对反滤保护能力的影响也至关重要,由于天然砂砾石料渗透性能差,在库水位快速下降过程中,短时间内砂砾石坝体内孔隙水无法排出,坝内浸润面跌落速度远低于库水位下降速度,存在明显的滞后现象,且随水位变化,坝体内部存在渗透坡降大于允许坡降的现象,通过修正反滤准则进行的坝体各分区间的反滤保护设计,可有效应对抽水蓄能电站运行过程中库水位变化频繁、水位变幅大带来的心墙坝大坝迎水侧砂砾石料的渗透稳定问题,结合优良的力学特性及储量丰富便于施工的特点,砂砾石料也是构筑抽水蓄能电站当地材料坝的良好天然材料。

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。

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。

砂砾石深覆盖层坝基处理及防渗设计研究

大坝防渗及坝体变形是工程设计的重点和难点。经地形地质条件、枢纽布置、防渗结构的可靠性及工程投资等多方面进行综合比较,选择结构稳定、投资较少、施工可操作性强的防渗方案。通过分析验证,塑性混凝土心墙+帷幕灌浆的防渗形式在深砂砾石地基是可行的,对今后在砂砾石地基建坝有一定参考价值。

采用砾石骨料的心墙沥青混凝土水稳定性能试验研究

为进一步研究采用砾石骨料的心墙沥青混凝土水稳定性能,以砾石骨料为原材料制备沥青混凝土试件,进行了水稳定试验、浸水及真空饱水马歇尔试验和改进的冻融劈裂试验,试验结果表明：水稳试件的水稳定系数为0.99,满足规范大于0.90的要求;浸水及真空饱水试件随着浸泡时间的增加其残留稳定度有所下降,浸水试件及真空饱水试件残留稳定度最大下降率分别为1.4%、3.9%,下降不明显。劈裂抗拉强度比随冻融循环次数的增加有所下降,劈裂抗拉强度比最大下降率为5%;冻融劈裂试件密度随着冻融循环次数的增加略有下降,下降值在0.2%~0.9%之间,但孔隙率仍能满足规范中不大于2%的要求,可以看出心墙沥青混凝土在恶劣试验条件下水稳定性仍然是有保证的。为完善心墙沥青混凝土水稳定性试验方法及砾石骨料的应用提供参考依据。

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。

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。

心墙沥青混凝土配制中砾石骨料酸碱性判定方法的探讨

随着沥青混凝土配制技术及设计理论的不断发展,天然砾石骨料已越来越多地被应用于沥青混凝土心墙坝中,砾石骨料的酸碱性判定方法有多种,选择合适的方法对砾石骨料进行酸碱性评价是设计沥青混凝土配合比的前提。结合具体工程实例,研究了岩相法、SiO2含量法、碱度模数法、碱值法这四种酸碱性判定方法的应用范围及存在的问题。结果表明,同一种岩石选择不同的判定方法有可能得出不同的判定结果,提出工程实践中应先采用岩相法初步判定砾石骨料的酸碱性,然后采用SiO2含量法和碱值法进行综合判定。

砾质土心墙裂缝自愈与反滤保护试验

针对砾质土土石坝运行过程中裂缝的抗渗能力及反滤保护作用等问题,开展了砾质土心墙在反滤保护情况下的裂缝自愈物理模型试验,分别模拟了垂直裂缝和贯穿型水平裂缝下心墙的渗透稳定和反滤保护过程。试验结果表明,随着水头的连续增加,裂缝出现愈合-形成-二次愈合的过程,且多次重复,直至出现贯穿上下游的破坏;裂缝发展过程中,心墙和下游反滤区出现交替的坡降集中现象,有利于裂缝的愈合;反滤及水头施加方式对裂缝的发展影响较大。

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。

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。

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。

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。

天然砾石骨料对心墙沥青混凝土力学性能影响分析

为了探明天然砾石与人工破碎岩石作为粗骨料对心墙沥青混凝土性能的影响。在相同的基础配合比条件下,以两种不同的矿料配制沥青混凝土试件进行试验,进行了马歇尔稳定度、小梁弯曲及静三轴试验。试验结果表明:天然砾石骨料的抗变形能力优于人工破碎岩石,力学性能差别不明显。因此,天然砾石骨料可以在心墙沥青混凝土中直接应用。

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。

五一水库天然砾石骨料在沥青混凝土心墙中的适用性研究

以新疆五一水库砂砾石坝沥青混凝土心墙为例,进行了天然砾石骨料与沥青的黏附性试验、天然砾石骨料沥青混凝土配合比试验以及压缩试验、渗透试验、小梁弯曲试验、水稳定性试验,并与碱性白云岩骨料沥青混凝土相关性能进行对比。结果表明,以水泥作为填料又兼做提高沥青与骨料黏附力的措施,可明显改善天然砾石骨料与沥青胶浆的黏附性,使天然砾石骨料沥青混凝土各项性能指标满足规范要求,且近似达到碱性白云岩骨料沥青混凝土的性能。

两河口水电站心墙防渗料掺砾试验

为改善作为心墙防渗料的含砾低液限黏土的强度和变形性质,对两河口水电站300 m级心墙堆石坝防渗料进行掺砾研究,分别进行了击实试验和力学性质试验。试验结果表明:随着掺砾比增大,心墙防渗料的最大干密度逐渐增大,最优含水率逐渐减小;掺砾比为40%的心墙防渗料的变形和强度性质较好,临界水力梯度最高;掺砾比为30%和40%的心墙防渗料的渗透系数更接近规范要求。推荐两河口水电站心墙堆石坝心墙防渗料的掺砾比为40%。