Study on life-cycle risk management of high earth-rock dam project

Based on advanced computer technology,internet of things(IOT) technology,project management concept and professional technology and combined with the innovative theories,methods and techniques in earlier hydropower projects,the life- cycle risk management system of high earth- rock dam project for Nuozhadu project was developed. The system mainly includes digital dam,three-dimensional design,construction quality monitoring,safety assessment and warning,etc,to integrally manage and analyze the dam design,constructional quality and safety monitoring information. It realized the dynamic updates of the comprehensive information and the safety quality monitoring in the project life cycle,and provided the basic platform for the scientific management of the construction and operation safety of high earth- rock dam. Application in Nuozhadu earth- rock dam showed that construction safety monitoring and warning greatly helped accelerate the construction progress and improve project quality,and provided a new way for the quality safety control of high earth-rock dam.

近断层地震动作用下土石坝加速度分布研究

近断层地震动较远场地震动具有频率高、速度快、能量更加集中的特点,在短时间内会释放大量能量,对工程结构具有严重危害。规范提供的加速度分布系数不适用于高度超过150 m的大坝,随着技术不断进步,我国超过150 m的土石坝越来越多,规范已不能满足现有需求。基于中国台湾集集近断层地震动记录,建立随机脉冲型地震动模型,分别对高度为40 m、70 m、150 m和200 m的土石坝进行随机动力分析,研究坝体的动态分布系数。结果表明,近断层地震动的低频速度脉冲使坝体的加速度反应谱有较宽的敏感段,易覆盖坝体自振周期,显著增加坝体的加速度。该研究通过总结近断层区域土石坝的加速度分布规律,建议了近断层脉冲型地震动区域的土石坝坝体动态分布系数,为近断层高地震风险情况下土石坝的抗震理论和方法提供参考。

基于Vine-Copula的高土石坝变形监控模型研究

针对高土石坝变形监控模型主要基于单一测点,无法定量考虑测点空间关联性的问题,构建了基于Vine-Copula的变形监控模型,并提出了基于蒙特卡洛随机抽样法的空间置信域预警阈值设置方法。在模型构建过程中,充分考虑了多测点之间的时序特性和空间相关性,利用Vine-Copula方法对变形数据进行精确建模和分析,以揭示高土石坝变形的整体趋势。同时,通过蒙特卡洛随机抽样法确定了空间置信域,为预警阈值的设定提供了科学依据。工程实践表明:该模型模拟结果能够准确反映高土石坝变形的整体趋势,具有较高的合理性和精度,有效实现了监测效应量向高土石坝空间全域的拓展。研究成果可为高土石坝安全监控提供新的思路和方法,具有重要的理论意义和实践价值。

广义塑性本构模型三维化方法的研究与验证

在二维空间中基于p、q分量构建的广义塑性本构模型无法反映中主应力对土石料变形特性的影响,因此需要将其进行三维化以反映出一般应力状态下本构关系。研究了多种三维化方法,通过与真三轴试验对比,基于广义非线性强度理论(generalized nonlinear strength theory, GNST)的三维化方法可以使本构模型较好地反映土石料一般应力路径下的应力应变关系。对某面板堆石坝进行的数值计算,并与监测结果对比,表明三维化后的本构模型能更好地反映堆石坝的变形规律。因此,基于GNST的模型三维化方法可以应用于高土石坝设计中,并可以获得较好的预测结果。

高土石坝心墙砾石土料掺配施工技术

高砾石土心墙土石坝防渗体砾石土料的质量对坝体结构稳定和长期安全运行至关重要,通过对不同土料掺配施工技术研究,制定出精确掺配的相关施工工艺参数,解决了常规施工存在的诸多问题,提高了高土石坝砾石土料掺拌和填筑施工质量,节约了工程施工成本,确保了坝体结构稳定和运行安全,为工程正常有序施工及完建创造了良好的条件。

高土石坝复杂材料筑坝技术新进展

抽水蓄能电站的大力发展为土石坝建设带来了新的发展形势,也带来了复杂材料筑坝的新技术问题,包括全强风化料筑坝、库底填筑碎石土等带来的大坝变形、稳定及防渗体系安全等问题。通过近年来的工程实践和研究,高土石坝复杂材料筑坝技术有了新进展。总结了复杂材料筑坝已有经验,并以句容、文登、溧阳、镇安抽水蓄能电站上水库复杂材料筑坝为例,提出了抽水蓄能电站土石坝建设的关键问题及对策措施。

强震下高土石坝不同地震动输入特性评价

基于实测波功率谱合成多点地震动对紫坪铺混凝土面板堆石坝进行多点输入动力有限元计算,并与实测波地震动输入进行比较。研究结果表明,强震下大跨度土石坝地震动多点输入与实测波单点输入动力反应分布规律一致,由于多点输入的相干效应和行波效应使得多点输入时地震反应有明显减小,大坝竖向永久变形、最大动剪应力在多点输入时较小。

特高土石坝超长距离变形监测技术研究

为研究适用于特高土石坝坝体内部的超长距离变形监测技术手段,分析了现有200 m级高混凝土面板堆石坝变形监测技术存在的问题,研究了水管式沉降仪、杆式位移计、管道机器人、柔性测斜仪等内部变形监测仪器的改进发展方向与应用实践。结果表明:所研究的监测技术可以适应特高土石坝超长距离变形监测需求。研究成果为250 m级至300 m级特高混凝土面板堆石坝的安全监测研究和改进方向提供技术参考。

基于数字孪生的高海拔高土石坝工程施工管控探索

为解决高海拔高土石坝工程施工过程复杂、施工周期长等因素引起的施工进度和质量管控难题,采用数字孪生理论与技术体系建立高土石坝工程数字孪生模型,模型包括基于三维GIS和BIM融合技术建立的表达工程施工动态过程的虚拟模型、基于循环仿真网络和贝叶斯修正技术建立的反馈优化施工方案的进度分析模型、基于物联网和大坝填筑全流程跟踪管理模型建立的大坝填筑质量跟踪和管控模型。以西南某高海拔地区高心墙土石坝工程为例,对高土石坝工程数字孪生模型开展工程应用。实践表明:建立的高土石坝工程数字孪生模型可实现高土石坝工程所在地区地形地貌和工程施工进度面貌的三维动态展示,快速追溯出现质量问题的工程部位的施工过程,同时借助现场GPS监测和移动端输入等信息采集手段实现平台虚拟模型与现场工程实体模型的双向联动。

特高土石坝首次蓄水期坝基渗控监测分析评价

水库蓄水期的坝基渗流控制效果评价是大坝安全评价的重要组成部分,总结蓄水期坝基渗流变化规律对特高土石坝工程的安全运行意义重大。以中国已建成的300 m级特高土石坝——两河口水电站砾石土心墙堆石坝为例,结合工程布置特点,利用监测成果分析、地质条件分析等手段,分析和讨论蓄水过程中的渗控监测情况,指出了相关问题和可能存在的注意事项,对渗控措施的工程效果进行了评价。首次蓄水期坝基渗流分析表明:蓄水期坝基渗压与库水位的变化存在一定相关性且相关性效应需在一定水头作用下才会显现,坝基渗压变化较库水位变化一般具有滞后性,坝基深部渗压并不一定关联反映水头或水位。相关经验可为后续类似高土石坝建设提供借鉴。

基于Geo-studio心墙内高渗透区渗透特性研究

黏土心墙土石坝是我国应用最广泛坝型之一,其优点是适应地基变形能力较强、对地质条件要求较低、就地取材、造价低等。土石坝因自身构造特点存在渗流问题,渗透破坏是诱发土石坝失稳破坏的主要原因。心墙作为防渗体会因质量问题或施工不当等易出现高渗透区域,促使坝体发生渗透破坏,威胁坝体安全。以黑龙江省通河县二甲沟水库的黏土心墙土石坝为研究对象,采用二维有限元数值模拟技术和大数据统计分析方法,研究高渗透区域心墙对土石坝渗流场的影响。结果表明,高渗透区域显著提高坝体渗漏速率及渗漏量,提高心墙出逸点高程,增加局部孔隙水压力,影响心墙右侧(下游)渗流场。随着高渗透区域位置升高,坝体渗漏量逐步减少,心墙出逸点高程逐渐降低,孔隙水压力升高区域逐渐扩大,加剧对单宽渗漏量及心墙出逸点高程影响。高渗透区位置处于距坝基2、7、12和17 m时,引发区域内孔压偏高18%、50%、60%以及90%以上。当高渗透区域渗透系数增加时,位于中位高渗透区域的土体孔隙水压力偏高区域有缩小趋势。研究结果可为未来依据大坝监测数据作渗流反演分析及动态安全监控和评估提供参考,保证大坝在整个生命周期中具有连续性控制,提高坝体安全性。

某特高心墙堆石坝防渗砾石土料级配改良现场试验

针对某特高砾石土心墙堆石坝天然防渗土料粗粒含量偏高、细粒及黏粒含量偏低的缺陷,设计了级配筛分改良工艺。现场开展了大量级配改良试验,获得大量试验数据,通过分析成品土料获得率、对比天然土料与改良后成品土料级配,证明了筛分改良工艺对该工程防渗土料的级配缺陷改良效果是显著的,经过改良后的土料可以满足300m级特高土石坝设计要求。

综合物探技术在土石坝隐患探测中的应用

在土石坝隐患探测中,由于单一物探方法的局限性及多解性,故采用一种物探方法无法得到较准确的探测结果。以某水库土石坝为例,介绍了高密度电法与地震映像法在土石坝隐患探测中的应用。通过对两种方法探测结果的对比分析,结果表明高密度电法和地震映像法探测结果具有较好的一致性,提高了土石坝隐患探测结果的准确性。

深厚覆盖层上高土石坝极限抗震能力分析

针对强震区深厚覆盖层上高土石坝的特点,在三维真非线性有效应力地震反应分析基础上,提出了一套深厚覆盖层上高土石坝极限抗震能力的研究方法。从稳定、变形、防渗体安全等方面,对建在深厚覆盖层上的长河坝高心墙堆石坝的极限抗震能力进行了研究和分析。根据坝坡稳定性、地震残余变形、液化可能性、单元抗震安全性、防渗心墙及坝基防渗墙安全等多角度的评价结果,初步认为,长河坝的极限抗震能力为0.50～0.55g。

瑞利阻尼系数确定方法对高土石坝地震反应的影响研究

土石坝地震反应分析中,瑞利阻尼系数在很大程度上影响计算的精度。改进了阻尼系数的确定方法,采用不同阻尼系数对土石坝进行了时域动力分析,并与频域计算结果进行了比较。结果表明:当坝高超过100 m后,采用结构基频确定瑞利阻尼系数的方法高估了结构的阻尼,导致结构的动力反应偏小;改进后的方法能较好地反映结构的阻尼特性。通过对拟建的双江口直心墙土石坝进行动力分析,进一步验证了改进阻尼系数确定方法的合理性。

地震加速度动态分布及对高土石坝坝坡抗震稳定的影响

《水工建筑物抗震设计规范》(DL5073-1997)建议的土石坝地震加速度动态分布系数适合于150 m以下的土石坝,而前许多土石坝的设计高度已远大于150 m。与低坝相比,高坝受地基刚性的约束减弱,坝体的自振周期延长。在坝体地震反应中,高阶自振周期与地震卓越周期耦合的机率增大,高阶振型的振动易被激发放大,从而导致坝体地震加速度沿坝高的分布与低坝有所不同。据此,采用有限元法研究了高土石坝的加速度分布,提出了高于150 m土石坝的地震加速度动态分布系数图示。在此基础上,利用堆石材料的非线性强度准则,对高度超过150 m的土石坝坝坡抗震稳定性作了进一步的分析,得出随着坝体地震加速度动态分布系数的降低,坝坡临界破坏的安全系数有所提高。

高土石坝地震安全控制标准与极限抗震能力研究

基于土石坝震害调查和原型观测资料分析,针对高土石坝的坝坡稳定、坝体地震永久变形以及混凝土面板接缝位移3个影响高土石坝安全的主要因素,初步建议了相应的地震安全控制标准,并应用于高心墙堆石坝和面板堆石坝的极限抗震能力计算分析。结果表明:按规范设计的高土石坝具有较强的抗震能力,其极限抗震能力在0.50g以上,可抵抗9度以上地震而不致于出现灾难性后果;高土石坝的极限抗震能力与相应的地震安全控制标准密切相关,按照本文建议的标准,高心墙堆石坝坝坡稳定是其极限抗震能力的控制因素,高面板堆石坝面板周边缝安全是其极限抗震能力的控制因素。

高土石坝加速度响应的三维有限元研究

采用三维有限元分析方法,对100 m以上的均质堆石坝进行了动力反应分析,研究了沿大坝高度方向和坝纵轴线方向的加速度分布规律,分析了坝高、动剪切模量、坝坡坡度、河谷宽高比、地震峰值加速度、地震波对加速度放大倍数的影响。结果表明:高土石坝表现出明显的三维动力效应,坝高、动剪切模量、坝坡坡度等因素对大坝三维加速度反应均有不同程度的影响;所有工况中地震加速度均在坝高4/5以上的河谷中部放大明显,现行规范建议的加速度分布规律不符合高坝的反应特性。根据计算结果,建议了大坝坝坡抗震加固的范围。

地震波动输入方法对高土石坝地震反应影响研究

将地震波动输入方法引入高土石坝地震反应分析程序,讨论了该方法在坝体与地基之间相互作用及无限地基辐射阻尼的模拟效果.为探讨地震波动输入方法对高土石坝地震反应的影响,从地震波频谱特性、坝体高度和地基模量三个方面开展了研究工作.分析结果表明:与传统的一致输入方法相比,地震波动输入方法可以考虑无限地基辐射阻尼的影响,并合理地反映出坝体与地基之间相互作用的变化规律;当高频含量较多的地震波作用时,传统一致输入模型与所提出地震波动输入模型的数值结果差异相对较大;两类模型数值结果的差异区域会随坝体高度的增加逐渐增大;地震波动输入方法可以较好地反映出地基模量变化对坝体与地基之间相互作用的影响.

考虑土石料颗粒破碎和密度变化的次塑性本构模型建模方法

试验和现场观测都发现高土石坝的坝料在高压及湿化作用下会发生显著的颗粒破碎,颗粒破碎会改变土石料的级配曲线和密度,因而影响其后继力学行为,因此,土石料的颗粒破碎是当前岩土工程领域的研究热点。为了模拟土石料在高压及湿化作用下发生显著的颗粒破碎现象,以及循环加载中的颗粒破碎与应力诱导各向异性随动硬化共同影响下土石料的变形,本文提出了一个建模方法,考虑土石料颗粒破碎和密度变化的影响。所建议的次塑性本构模型在经过试验资料的验证后可用于动力有限元数值计算。