小山口水电站砂砾石面板坝三维静、动力有限元计算分析

鉴于小山口水电站为软岩基础,坝体较长,且混合坝接头部位非常复杂。为了解决该坝体面临的变形控制难、坝体抗震等级高等设计难题,结合砂砾石面板坝结构、坝壳料设计,通过构建三维有限元模型,该模型包括坝体、泥岩和沙质泥岩基础组成。在静力本构分析中,采用了非线性邓肯E-B模型,而在动力本构分析中,则使用了等效线性粘弹性模型。通过这个模型,对坝体的应力和变形进行了全面系统的研究和分析,同时对坝体的抗震性能和抗震稳定性进行了验证。结果表明,在各种工况下坝体所表现出的变形规律合理。同时在混凝土面板最大拉应力和压应力都符合所采用混凝土材料的允许应力要求,坝体的抗震性能和抗震稳定性满足规范要求。

面板堆石坝含特细砂砂砾石填筑料碾压特性研究

阿尔塔什水利枢纽工程大坝主堆石区填筑料以砂砾石料为主,该地区河滩砂砾石料颗粒级配中的砂为特细砂,其在砂的级配中缺少中粗砂、级配不连续、保水性较差等特殊性级配料的特点导致其在施工过程中势必会影响到碾压的压实效果,给施工过程的质量控制带来很大难度。阐述了施工中通过对含特细砂砂砾石填筑料进行的不同加水量、不同厚度、不同碾压遍数及碾压机械等不同的碾压工艺参数进行试验检测、综合统计分析研究,探索出适合该工程的相关碾压施工参数标准,优化了施工碾压参数,提升了施工现场试验检测控制的时效性,为大坝填筑建设提供了稳定、可靠的施工参数,增强了坝体整体填筑的可靠性,为减小坝体沉降变形、提高大坝抗震安全储备和控制大坝施工质量等提供了有利条件。

胶凝砂砾石坝在水库工程建设中的应用

为探索胶凝砂砾石坝在水库工程中应用的可行性及控制要点,对胶凝砂砾石材料性能展开试验,并对设计强度和配合比进行分析;进而对某中型水库工程中胶凝砂砾石坝的施工要点展开分析探讨。结果表明,胶凝砂砾石坝作为新坝型,其梯形断面应力更加均匀,在非常工况下抗剪断安全系数高,抗压强度大,施工速度快,施工质量好,综合投资也比传统坝型节省少,具有显著的经济效益、社会效益和环境效益。

卡拉贝利水利枢纽大坝抗震加固技术研究

中国地震动参数区划图调整使卡拉贝利水利枢纽大坝在校核地震工况条件下,局部抗震稳定不再满足现行规范要求,必须对大坝采取抗震加固措施。本文就卡拉贝利大坝抗震加固技术进行研究论证,现场试验结果显示:选定的坝体控制灌浆工艺、套阀管灌浆工法符合大坝现状条件,确定的控制灌浆范围和施工参数安全可靠性高、经济适用性好,大坝经灌浆处理后可以满足抗震稳定要求。

BBN水电站混凝土面板砂砾石坝渗流安全分析

采用GeoStudio岩土软件SEEP/W模块对BBN水电站混凝土面板砂砾石坝进行渗流稳定计算分析,计算正常蓄水位、设计洪水位、校核洪水位3个高水位工况下的渗透比降,与坝基岩土的允许渗流比降进行比较,并通过与渗流安全监测实测资料分析成果进行对比分析,评价坝体及坝基的渗流安全性态,同时复核渗流计算的合理性。研究成果可对类似混凝土面板砂砾石坝设计和安全评价中的渗流稳定计算和复核分析提供一定的参考。

铜车坝水库泥岩石渣坝复合土工膜与振冲碎石桩地基中混凝土防渗墙综合防渗体系的应力变形特性

铜车坝水库泥岩石渣坝综合防渗体系具有振冲碎石桩地基中设置混凝土防渗墙、柔性复合土工膜联结混凝土防渗墙等关键因素,为确保大坝防渗体系的安全性,采用大型三轴试验获得了坝料的邓肯模型参数,建立了准三维有限元模型,在土工膜与上、下垫层料接触部位均设置接触单元,反映土工膜与垫层料之间的接触特性,数值模拟了大坝施工与蓄水过程,阐明了复合土工膜与防渗墙综合防渗体系的应力变形特性。结果表明,泥岩石渣料属于低压缩性土,但其具有较为明显的强度非线性特性;防渗墙各时期的位移变形模式不同,围堰挡水期防渗墙水平位移偏向下游,竣工期逐渐向上游偏移,而蓄水期防渗墙在水压力作用下向下游发展,因此防渗墙上、下表面均存在一定的拉应力区域;土工膜的拉应变主要集中在防渗墙与土工膜的连接处,这是由于该地区刚度差异较大变形非协调所致。研究成果可为设计与施工提供重要的理论与技术支撑。

乌斯通沟水库规划设计研究

针对乌斯通沟河流域水系特征,收集工程区气象水文数据,计算乌斯通沟水库坝址处设计洪水成果。经地质资料分析,水库河谷呈“V”型,坝基存在渗漏及渗透变形可能,坝肩边坡存在不稳定可能。通过对乌斯通沟河水文地质等要素进行计算研究,确定了出山口以上1.4km处为坝址,通过详细比选,确定坝型为沥青混凝土心墙砂砾石坝,并对挡水、泄水建筑物等重要构筑物进行了详细阐述。

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。

基于振冲碎石桩现场试验的软土坝基处理工艺研究

振冲碎石桩是软弱土坝基重要的加固手段,在实际的工程实践中,振冲碎石桩加固手段对于软弱坝基的处理是否有效需要基于现场试验进行检测。针对非洲卢旺达Nyabarongo II HPP工程的坝基振冲碎石桩加固措施难题,在国内选址了地质条件相似的温州仙湖试验区进行振冲碎石桩的现场试验,验证了振冲碎石桩加固深厚软土层的有效性。采用孔压静力触探试验、十字剪切板试验、动力触探试验、载荷试验检测振冲碎石桩的加固效果和地基承载力。相关研究可丰富软弱土坝基的振冲碎石桩施工处理工艺,为后续类似工程加固实践提供参考。

CCS水电站砂卵砾石地基上的重力坝设计与研究

CCS水电站的左岸挡水坝段为岸坡上的混凝土重力式结构,最大坝高39m,坐落在深厚覆盖层,覆盖层自上而下依次为砂卵砾石层、砂层和粉质粘土层,最深达130余米。复杂的地形地质条件使地震液化、地基承载力低、不均匀沉降等问题突出。因现场不具备提高地基承载力的施工处理条件,为满足原始地基承载力要求及坝身整体稳定要求,在体型设计上突破常规,坝段纵向采用大平台+陡坡式的建基面,横向采用空箱和实体相结合的坝体形式,并在坝坡、横缝等方面采取相应的结构措施,最终确定合理的重力坝设计方案,可为类似工程提供了新的设计理念和参考。

胶凝砂砾石坝层面效应及其稳定性研究

以莆田萩芦溪西音水库工程拟建胶凝砂砾石坝为例,概化出静力刚体极限计算模型,并按建基面及不同高程处胶凝砂砾石填筑面进行坝体抗剪断系数与上下游垂直正应力计算分析。结果表明:同一水位荷载时,上游面垂直正应力随胶凝层面所处坝体高程位置升高而减小;当胶凝层面位置一定时,上游面垂直正应力随荷载水位升高而存在降低的趋势。坝基面抗剪断系数及坝踵处正应力随库水位升高而减小,坝趾处正应力随库水位升高而增大;工程建设及正常营运过程中,建议采取相应措施监测及检测胶凝砂砾石坝层面效应。

The Cemented Material Dam： A New, Environmentally Friendly Type of Dam

The first author proposed the concept of the cemented material dam （CMD） in 2009. This concept was aimed at building an environmentally friendly dam in a safer and more economical way for both the dam and the area downstream. The concept covers the cemented sand, gravel, and rock dam （CSGRD）, the rockfill concrete （RFC） dam （or the cemented rockfill dam, CRD）, and the cemented soil dam （CSD）. This paper summarizes the concept and principles of the CMD based on studies and practices in projects around the world. It also introduces new developments in the CSGRD, CRD, and CSD.

混凝土面板砂砾石坝漫顶溃坝数值模拟

通过溃坝案例的现场调查和水槽模型试验,建立了面板砂砾石坝漫顶溃坝数学模型,以模拟水流特性、砂砾石料以及混凝土面板三者之间的相互作用。该模型主要由3部分组成:(1)考虑漩涡水流和砂砾石料之间的冲蚀特性,引入RNG k-ε湍流模型模拟漩涡水流的反向侵蚀;(2)通过泥沙输移公式和流体体积法(VOF法)追踪砂粒与水流侵蚀交界面,并考虑了砂砾石料的孔隙特性;(3)基于弯矩平衡法判定混凝土面板在自重和水荷载作用下的破坏过程。通过水槽模型试验对数学模型进行验证,结果表明,建立的数学模型能够准确地模拟溃决过程中漩涡水流对大坝的反向侵蚀和面板溃口的详细演化过程;该模型计算的溃口流量、堆石体溃口的发展、溃坝历时以及面板的折断长度,与实测数据的相对误差均小于15%,验证了模型的合理性。与参数化模型相比,本研究提出的溃坝模拟数学模型具有更详细的结果。

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。

基于反应谱法的胶凝砂砾石坝地震反应有限元分析

为了评价云南省内某胶凝砂砾石坝的抗震安全性,采用反应谱法对大坝开展地震动力反应计算,获得大坝动位移、加速度和动应力分布规律。计算表明:大坝在Ⅷ度地震作用下,动位移和加速度反应分布符合一般规律,其中三向动位移极值分别为0.41 cm、0.15 cm和0.14 cm,三向加速度极值分别为9.18 m/s^(2)、6.02 m/s^(2)和4.47 m/s^(2)。静动叠加后,大坝顺河向、竖向和坝轴向拉应力极值分别为0.75 MPa、2.00 MPa和0.58 MPa,顺河向、竖向和坝轴向压应力极值分别为-2.53 MPa、-1.65 MPa和-2.79 MPa,拉应力和压应力极值均小于相应筑坝材料的抗拉和抗压强度。总体上,大坝地震反应规律性好,抗震安全高,地震作用下坝体不会出现动力破坏问题。

大石峡特高混凝土面板砂砾石坝填筑控制指标研究

随着重型碾压机具不断发展,通过重型碾压机具和采用较高的施工控制指标来提高筑坝料的干密度和变形模量,是高混凝土面板堆石坝坝体变形控制一种主要手段。依托大石峡特高混凝土面板砂砾石坝,开展了砂砾石料现场最大、最小干密度试验,开展不同碾压机具作用下现场碾压试验,确定填筑控制指标和施工碾压参数。研究表明:天然砂砾石料在一定规模的重型碾压作用下可得到较高的相对密度和干密度;而块石料需采用大型的重型设备碾压、增加碾压遍数等措施,孔隙率才能达到设计填筑标准。现场大坝填筑施工质量检测表明,选用的重型碾压机具和碾压施工参数合理可控,可满足大坝填筑控制指标要求。

胶凝砂砾石坝坝体和井廊系统的静动力安全性研究

采用三维有限元法,对某胶凝砂砾石坝开展静、动力结构计算,重点分析了坝体和井廊系统的动位移、加速度和动应力分布规律。结果表明:坝体动位移、加速度和动应力反应分布符合一般规律,其中顺河向、竖向和坝轴向动位移极值分别为0.29 cm、0.13 cm和0.08 cm,顺河向、竖向和坝轴向加速度极值分别为5.88 m/s^(2)、4.53 m/s^(2)和2.71 m/s^(2),静动叠加后的坝体第一主应力最大值为1.20 MPa,第三主应力最小值为-1.78 MPa,均小于相应材料的抗拉和抗压强度,因此大坝满足强度要求。静力条件下,井廊道系统的拉应力和压应力极值均小于相应的规范允许值;地震作用下,竖井和廊道局部区域出现较大的拉、压应力,其中瞬时动拉应力超过混凝土的动抗拉强度,通过加强井廊系统的局部配筋,总体上能够满足安全运行的要求。

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。