基于COMSOL的不同库水位条件下土石坝坝坡稳定性分析

由库水位变化引起的渗透破坏是造成土石坝失稳的主要原因之一,坝体滑坡极易诱发地质灾害,严重威胁人类生命财产安全。针对库水位上升对土石坝坝体滑坡的影响,以某均质土坝为研究背景,借助COMSOL Multiphysics数值软件研究坝坡临界失稳状态下的塑性区和水平位移变化,基于有限元强度折减法分析正常蓄水位、设计洪水位和校核洪水位3种工况下的坝坡稳定性。结果表明:随着库水位上升,土石坝内部浸润线位置提高,坝体的最大塑性应变和水平位移呈线性增大趋势,且最大值均出现在坝脚位置。坝脚处塑性区随折减系数SRF的增大逐渐向坝顶贯通,坝坡变形行为以剪切滑移为主。3种工况下稳定安全系数FOS分别为1.894、1.855和1.831,坝体稳定性不断降低,但均高于临界最小安全系数。

基于PS-InSAR的小浪底土石坝形变监测与稳定性模拟

探索土石坝形变规律及稳定性分析是全球水利工程所关注的一个重大问题,对保障人民群众生命安全和经济健康发展具有重大意义。采用2017年3月至2021年9月小浪底土石坝55景Sentinel-1A卫星SAR影像,利用PS-InSAR技术,监测到小浪底土石坝近5年从坝顶至坝底呈现“阶梯状”形变趋势,最大形变量达到-86.09 mm;并结合库水位、降雨量等因素,发现坝体整体呈现“夏急冬缓”的季节性形变趋势。进一步采用二维有限元方法,对小浪底土石坝的模拟模型进行渗流、应力分析。在高库水位情况下,相较于低水位情况,坝体渗流量更大、形变速率更大;在应力分析部分,发现坝体的垂直向形变趋势与InSAR监测结果相吻合,亦呈现“阶梯状”形变。研究成果不仅为小浪底土石坝运行稳定性分析及形变历史回溯提供理论基础和决策依据,也说明PS-InSAR技术与二维有限元模型模拟技术在水利工程监测方面具有巨大的应用潜力。

复杂岩溶地区火成岩对建坝成库的影响——以张家寨水库为例

张家寨水库地处岩溶发育区,火成岩的存在形成了新的构造界面并切割了原有的地层分布,进而改变了地下水文地质条件。因此,查明该水库的地质构造特征、不同岩性的差异风化及火成岩分布对岩溶发育的影响,成为工程建设成功的关键。以张家寨水库工程区为研究对象,综合分析了该区域岩溶与火成岩复合物质条件下的建库难题,并提出了针对性措施。研究发现:该地区玄武岩分布区风化深度普遍较深,这直接影响了坝址的选择;辉绿岩侵入体与薄层灰岩的接触带差异风化明显,部分接触带闭合完整,可作为坝基持力层和地下水位低槽区帷幕灌浆下限;而局部接触带形成风化深槽,降低了岩体工程地质参数,不能满足建坝地基要求,需采取专门工程措施进行处理;此外,辉绿岩侵入灰岩料场中部,导致料场储量大为减少,对水库建设材料供应造成不利影响。研究成果可供类似工程借鉴。

软岩筑坝技术在黄石沟水库的应用

黄石沟水库大坝设计为黏土心墙堆石坝,上下游堆石区均为饱和抗压强度小于30 MPa的软岩筑坝。现场碾压试验确定堆石料碾压参数为虚铺108 cm,26 t振动平碾静碾2遍+振碾10遍。碾压试验实测干密度达到2.07 g/cm^(3)左右,孔隙率达到18%左右,渗透系数达到8.9×10^(-2)cm/s左右,各项指标均达到设计要求。截至目前上游堆石料累计检测15次,平均孔隙率18.36%;下游堆石料累计检测10次,平均孔隙率18.28%。软岩筑坝要做好上坝材料质量检验,及时调整爆破参数,确保上坝材料级配、强度合格。

新屯水库工程施工中混凝土面板堆石坝的设计与应用

混凝土面板堆石坝施工技术在水库工程中合理应用,该项技术实际应用过程中主要以加强填筑的方式不断提升填筑密度,解决大坝不均匀沉降问题同时,又能减少外部环境因素对整个水库工程安全稳定运行影响。基于此,文章结合实际工程案例,阐述混凝土面板堆石坝在水库工程中设计要点,并对该项技术具体应用加以阐述,以提高水库工程建设水平,实现工程项目建设效益最大化。

小型水库土石坝安全评价主要技术问题探讨

我国的水库大坝多数已完成过一次安全鉴定或除险加固,运行状态和安全性状有所改变,近期进入了新一轮的安全评价周期。随着新的大坝安全评价导则及相关标准的实施,对大坝安全评价提出了一些新的要求。在新一轮的大坝安全评价工作中,不同的评价单位对一些常见技术问题作出了不同判断,导致安全评价结论大相径庭,也影响了后续的除险加固工作。本文对照新导则的基本技术要求,对这些常见的技术问题进行了梳理,剖析问题的本质,以利于提高大坝安全评价的准确性。

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。

煤矿地下水库技术原创试验平台体系研制及应用

煤炭是我国主体能源,西部是我国煤炭主产区,矿井水保护利用是煤炭开发面临的重大技术难题。国家能源集团煤炭绿色开采技术研发团队经过20多年持续技术攻关,首创了煤矿地下水库技术,在西部神东矿区推广应用,为矿区开发提供了95%以上用水,确保了矿区可持续开发。为进一步丰富完善煤矿地下水库理论和技术体系,在西部煤炭主产区不同地质和工况条件下推广应用该技术,保障国家能源安全和水资源安全,研发团队构建了煤矿地下水库原创技术试验平台体系,包括煤炭开采地下水运移与保护综合智能试验平台、多煤层开采煤矿地下水库模拟试验平台、煤矿地下水库坝体结构试验平台、西部深部井工矿井筒施工模拟试验台、地下水库水岩耦合机理试验、水处理工艺集成试验平台、煤矿地下水库冲击试验平台等,能够开展西部矿区不同煤层赋存条件下地下水运移规律、坝体结构参数优化、水库安全稳定性、水岩耦合作用机理、矿井水处理工艺参数优化、垮落岩体垮落冲击对坝体影响等研究,为煤矿地下水库建设、运行和安全提供理论支撑和技术验证。利用上述试验平台,开展了多煤层开采煤矿地下水库稳定性及渗流规律模拟、煤矿地下水库坝体结构安全、煤矿地下水库水岩耦合机理等多项试验研究,相关研究成果已应用于现场工程实践,确保了煤矿地下水库安全稳定运行。

任意料在纳达水库沥青混凝土心墙土石坝中的应用研究

纳达水库为沥青混凝土心墙土石坝,坝壳料采用全断面土、石混合料筑坝,属国内近百米级坝壳料采用任意料筑坝的先例。针对坝壳料采用任意料的特点,主要介绍了沥青混凝土心墙土石坝在合理利用土、石混合任意料,渗流控制,坝坡稳定及坝体变形控制等方面的设计成果,相关成果可供设计人员参考。

土石坝病害诊断成果分析

某水库蓄水运行期间出现渗漏水,导致土石坝坝体桩号1+400—1+600段呈现明显裂缝、沉降变形等病害,已对库坝的安全运行产生极大影响。为查明该库坝病害所呈现的具体情况及其成因,根据病害类型的表征特点,选择具有无损检测的物理探测诊断技术,辅以微破损的小口径钻孔技术对库坝渗漏、坝体裂缝、沉降变形、填筑质量等情况进行实体诊断,提出一套针对性强、适宜性好、诊断精度高、安全可靠的技术和方法。其实体诊断成果已作为该库坝病害修复及加固方案的基础依据,对库坝病害进行了加固修复和灌浆补强处理,使库坝设计功能得到较好发挥,取得了良好的社会效益和经济效益,可供类似工程项目借鉴。

P2PSand和Finn本构模型在水库土石坝液化模拟中对比

为了研究地震作用下水库土石坝饱和砂土坝基可液化土层的影响规律,以某水库土石坝为背景,运用FLAC3D分析Practical Two-surface Plastic Sand(简称P2PSand)本构模型和Finn本构模型下的水库土石坝可液化粉砂层的液化分布规律、坝体变形特点以及坝坡的稳定性。计算结果表明:P2PSand模型下可液化粉砂层的液化程度、范围以及水库土石坝坝体位移均大于Finn模型,水平位移较显著;两种本构模型下水库土石坝坝体均出现两条明显的滑动面,稳定性降低。

何家沟水库大坝复杂地质分析及处理建议

水库大坝坝基岩层稳定性历来是工程师们关注的重点问题之一,文章通过现场勘探,地质分析,对何家沟水库大坝的地质提出相应的处置措施。主要有现坝线上游侧右岸地形上呈凸岸,基岩为新近系泥岩,地层较稳定,透水性相对较弱,就地形地质条件,建议坝线上移现坝线,古河道部位砂砾石较松散,与两侧基岩存在较大差异,为防止不均匀变形,建议进行工程处理,充分利用右岸泥岩台地作为防渗体,相应调整防渗体的长度,并穿透左岸未胶结砾石层,防渗墙深度标准建议按5Lu控制。对坝基的古河道区域进行挖除并回填砾石土,下游侧褥垫排水范围可换填级配良好的砂砾石,根据土料的实际情况,对坝体进行适当分区,对坝体中部核心防渗区域适当提高压实指标和防渗指标,并与坝基防渗墙有效连接形成整体防渗体系,保证大坝防渗体安全可靠。

那榔水库黏土心墙堆石坝施工关键技术要点

黏土心墙是以黏性土料作为坝中央防渗体,对坝体渗透与稳定起控制作用,研究黏土心墙施工技术对坝体稳定有重要意义。以云南广南县那榔水库堆石坝为例,对其黏土心墙筑坝主要研究了心墙料的选取、开采,坝体填筑方案、筑坝材料检测,以及坝壳料、心墙防渗料、反滤料的关键施工技术要点。实践表明:该套施工技术要点科学合理,可有效满足那榔水库粘土心墙堆石坝设计与施工的要求。总结形成了一套完善系统的心墙施工技术方法体系。

雷山县西江水库坝型比选与胶凝砂砾石坝的应用优势分析

胶凝砂砾石坝是介于传统重力式土石坝和混凝土坝之间的一种新坝型,其特点是采用胶凝材料与天然砂砾石拌和,使用高频率的土石方运输机械和压实机械施工,具有取材方便、施工便捷、经济环保等特点。文章以贵州省雷山县西江水库工程为例,从边坡开挖效果、防渗处理效果和料源问题三个方面,对比分析胶凝砂砾石坝与碾压混凝土重力坝、面板堆石坝,阐述了胶凝砂砾石坝在西江水库这类中小型水利工程中的应用优势,以此为类似工程提供参考。

基于动力计算的震区水库土石坝稳定性及安全评价研究

以土石结构坝体为主的震区水库抗震能力较差,而当前的拟静力法难以直观反映坝体整体和局部破坏情况。通过非线性分析方法进行动力计算,以评价震区水库土石坝的稳定性。结果表明,该方法在大变形计算模式下得到的震陷率为3.89%;通过对坝顶震陷、坝坡抗震稳定性和坝体抗震稳定性方面分析后可知,在永久变形较大情况下,坝体明显变形,动力剪切破坏明显,与震区水库土石坝的实际情况相符,可为土石坝抗震设计提供参考与借鉴。

河南省巩义市坞罗水库三维渗流数值分析

土石坝被广泛用作挡水构筑物,渗流是其普遍存在的工程问题。本文调查了河南省巩义市坞罗水库的水文地质条件,根据其工程地质、水文地质条件和工程结构,用MIDAS GTS/NX软件建立了三维有限元模型,对该水库的渗流情况进行了分析。计算了当前防渗条件下242m(死水位)、255m(正常蓄水水位)、260.7m(洪水水位)主坝的总水头、水力梯度和渗漏量,评价了246m高程马道防渗墙的防渗效果。对水库的渗流进行了评价,为工程设计提供了依据。结果表明,246m高程马道防渗墙具有一定的防渗效果,但当水库水位达到255m时,水库防渗措施无法满足要求。

小型水库土石坝安全评价主要技术探讨

我国的水库大坝在经历了2008年—2012年的除险加固高峰期后,进入了新一轮安全评价周期,伴随着新的大坝安全评价导则及大坝相关的新规范的实施,对大坝安全评价提出了一些新的要求。本文以小型水库土石坝为评价对象,分析新一轮安全评价的主要技术特点,探讨安全评价的基本技术要求,以提高大坝安全性状评价的准确性,为运行管理或新一轮的除险加固提供可靠的依据。

中桥水库坝型比选及枢纽建筑物布置设计研究

针对中桥水库坝址区两岸坡地形较缓,顺河谷走向发育卸荷裂隙等不利地质条件,存在强风化岩层较深、易发生岩溶渗漏、开挖后形成高边坡等问题,结合坝址区地形地质等客观条件,围绕坝型适应性、枢纽建筑物结构、坝基防渗加固等关键技术内容进行详细论证分析。通过对重力坝和面板堆石坝进行技术经济比较,选定在地形地质适应性、枢纽布置、施工条件和工程投资等方面均较优的面板堆石坝作为推荐坝型及枢纽建筑物布置方案。研究成果可为工程顺利施工建设提供技术支撑。

高密度电法在大幕山水库渗漏隐患探测中的应用

针对传统土石坝渗漏安全隐患探测方法的不足,采用高密度电法对通山大幕山水库土石坝渗漏安全隐患进行了无损探测,以检查评价高密度电法在中小型水库土石坝渗漏安全隐患探测中的有效性和适用性。试验研究结果表明,高密度电法可以用于查明土石坝渗漏通道位置或进行疑点提示,为大坝除险加固和后续处理提供科学参考依据。

高土石坝宏细观坝水动力流固耦合理论研究进展

高土石坝遭遇强烈地震时会与坝面库水及坝内孔隙水发生动力流固耦合相互作用,分别从宏观坝水耦合系统和细观水土耦合系统两个角度对高土石坝坝水动力流固耦合理论的研究历史、主要研究成果和研究趋势进行了阐述评价。对宏观尺度的大坝与坝面库水流固耦合作用,主要从早期坝水相互作用模型、库水运动精细分析方法以及流固耦合系统坐标描述等方面做出评述;对细观尺度的坝内水土耦合作用,主要从早期解耦或拟耦合的水土动力分析方法、基于Boit动力固结理论的细观水土动力流固耦合,以及基于混合物理论的细观水土动力流固耦合等方面做出评述。综合两个尺度的流固耦合作用研究现状,建议对高土石坝建立水库-土石坝-孔隙水的宏细观整体动力流固耦合系统进行综合研究,并指出了当前高土石坝宏细观坝水动力流固耦合理论尚待继续深入研究的若干相关问题。