沥青混凝土心墙堆石坝心墙拱效应研究

心墙拱效应是影响土石坝安全稳定运行的重要因素,心墙力学特性复杂且受众多因素的影响,复杂地形地质条件对心墙拱效应具有重要影响。首先对比了直心墙、斜心墙、下直上斜式心墙拱效应的差异,在此基础上选取岸坡坡度、河谷宽度、覆盖层厚度以表征坝体所处的地形地质条件。基于数值计算定量研究复杂地质条件对沥青混凝土心墙拱效应的影响规律。结果表明:心墙应力拱效应主要集中在心墙中部3/4坝高附近及靠近岸坡处;斜心墙应力拱效应相对较小,可以很好地改善心墙的整体受力状况;岸坡变陡,斜心墙整体的拱效应强度增加,应力传递的核心区域由心墙中部拓宽至心墙两岸坡;随着河谷宽度的增加,应力传递的重心逐渐由底部转移到心墙两岸及心墙中上部;斜心墙整体的应力拱效应并非随着河谷宽度的增加单调变化,当坝轴线长度与坝高比值增加到3~4时,河谷产生的河谷效应对斜心墙变形及拱效应的影响大幅下降;随着覆盖层厚度的增加,斜心墙底部的拱效应明显增强,底部的拱效应系数分布逐渐集中化、区域化,容易产生局部破坏。

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。

基于有限元方法的水利工程坝体稳定性监测研究

为了对林溪水库挡水坝进行稳定性监测,利用有限元方法,对坝体的力学性能进行计算模拟。同时,采用强度折减法,对该坝坝坡稳定性进行计算。结果表明,上游水位高程71.29m时的渗流量有限元结果为69.1m^(3)/d;当水库处于死水位时,黏土心墙逸出点渗透坡降为0.896,不会出现渗透破坏;3种工况下,坝坡抗滑稳定安全系数分别为1.43、1.29和1.21,均未超过限定值。研究结果可为大坝的除险加固和管理提供参考。

重大水利水电工程施工实时控制关键技术及其工程应用

高心墙堆石坝和高混凝土坝的施工质量与施工进度控制是工程建设的重要技术问题。针对常规人工控制手段难以确保高心墙堆石坝施工质量,以及高强度连续施工下高混凝土坝施工进度难以实时控制等问题,提出了高心墙堆石坝填筑碾压质量实时监控技术、坝料上坝运输过程实时监控技术和施工质量动态信息PDA实时采集技术,实现了大坝填筑碾压全过程的全天候、精细化、在线实时监控;在建立高混凝土坝施工进度实时控制数学模型基础上,提出了施工进度实时预警与动态调整方法,为高混凝土坝施工进度的实时预测、适时预警、动态调整与优化提供了分析手段;提出了网络环境下数字大坝系统集成技术,研制开发了数字大坝系统,为大坝竣工验收、安全鉴定及运行管理提供了支撑平台。成果已应用于10余项重大工程,取得了显著的经济效益和社会效益。

瀑布沟大坝心墙拱效应分析

在总结前人提出的拱效应系数基础上,对拱效应系数的公式进行了改进,认为拱效应系数应该是实测土压力与上覆土压力和孔隙水压力之和的比值。结合瀑布沟大坝监测资料,用改进的拱效应系数计算公式对大坝心墙拱效应进行计算,并对心墙内拱效应进行动态分析。在施工期,施工工艺是影响大坝心墙拱效应系数的主要因素,填土在仪器埋设以上0～20 m时,拱效应系数较大,随着填土的增加拱效应系数减小,施工期坝体内应力分布在蓄水初期起决定性作用。在蓄水期,心墙上游侧拱效应系数与水位变化呈反相关联,拱效应系数比下游同高程和0+001 m处大;0+001 m处拱效应系数与水位变化呈正相关联,且此处拱效应系数最小;心墙下游处拱效应系数与水位变化呈正关联的关系,在心墙与基岩接触处拱效应系数大于100%。产生这种规律的原因主要有湿化、渗流、水力劈裂作用,三者共同影响,从而导致心墙内应力发生变化。

心墙堆石坝的水力劈裂分析

水力劈裂的常用计算方法分有效应力法和总应力法,但其计算结果却常有很大差异。本文详细分析了它们产生差异的原因,认为应该用心墙外水压力是否超过心墙上游面处土中的中主应力来判别水力劈裂的发生可能。提出应用有效应力法计算心墙堆石坝初期有效应力和水压力,通过叠加得到总应力,再与心墙前水压力比较来判别是否发生水力劈裂。该方法可以反映心墙渗透性、饱和度、库水位上升速度等对水力劈裂的影响。这样,通过控制这些因素就可避免水力劈裂的发生。最后通过实例计算表明了该方法的合理性。

高心墙堆石坝坝坡加筋抗震稳定分析

目前强震区高土石坝抗震设计普遍采用加筋技术加固坝顶堆石,但加筋的效果如何评价是工程设计者关心的重要问题。传统的基于极限平衡的拟静力法无法反映坝体的动力特性及地震输入特性,得到的安全系数也不反映加筋坝体抗震的安全度。采用改进的Newmark滑块位移法对加筋堆石改善高坝坝坡的抗震稳定性,限制高土石坝地震变形等的工程效果进行了研究和探讨。计算中,首先依据堆石体和加筋堆石体的应力应变关系曲线得筋材与堆石的协调极限应变,进而确定筋材所能发挥的极限抗拉强度,利用瑞典-荷兰法结合蚁群复合形法搜索堆石加筋复合体潜在滑动体的位置,考虑竖向地震以及筋材与堆石的相互作用对滑动体屈服加速度的影响,改进了Newmark滑块位移法。结果表明,加筋减少地震变形最高可达80%,可有效地限制高土石坝坝顶的侧向滑动变形,提高坝体的抗震稳定性。

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。

土石坝沥青混凝土心墙材料配合比试验研究

传统观念认为:水工沥青混凝土防渗结构中,碱性骨料可以与沥青中的表面活性物质产生化学吸附,有很好的黏附性;酸性骨料与沥青主要是物理吸附作用,与沥青的黏附性和耐久性无法保证,在长期浸水作用下,沥青膜易被水逐渐置换而从骨料表面剥离,从而导致结构破坏。奴尔水利枢纽工程坝址区内有丰富的酸性天然砂砾石料,距坝址较近,便于开采,但其附近没有碱性骨料料场。依托奴尔水利枢纽工程,采用人工灰岩骨料及天然砂砾料2种骨料,进行了室内沥青混凝土配合比性能试验研究,提出了级配指数r=0.40、填料F=12%、人工灰岩骨料沥青含量B=6.9%和天然砂砾石骨料沥青含量B=6.0%优选配合比,供设计参考。

沥青混凝土心墙土石坝工程

结合工程实例说明用沥青混凝土作为上石坝心墙是一种既可靠又经济实用的防渗技术。但工程建设中还需针对具体工程施工条件，从沥青混凝土原材料性质、配合比参数、施工工艺等几个方面研究其对沥青混合料压实性能的影响，并在施工中严格控制，才能保证工程要求的沥青混凝土力学性能和防渗性能。

基于增强现实的心墙堆石坝施工进度可视化仿真

目前心墙堆石坝施工过程可视化仿真研究多是基于施工仿真结果构建的纯虚拟三维可视化,其地形模型多根据前期勘测数据建立,其渲染消耗资源多且不易被修改,且与实际施工场景有很大差别.针对此问题,将增强现实技术(AR)引入水利水电工程施工仿真中,提出了基于增强现实的心墙堆石坝施工过程可视化仿真方法,该方法主要解决两个方面的问题:如何利用虚拟相机的三维注册技术解决虚拟场景与真实场景不处于同一空间的问题,以使可视化仿真具有动态时效性;如何通过视频监控获取的三维场景信息与虚拟物体叠加,以解决传统可视化仿真中地形模型占用过多资源的问题,并提高可视化仿真效率.结合西南某大型水利水电工程,利用AR技术对该工程的施工进度仿真进行可视化展示.首先在无需建立地形模型的情况下实现了施工仿真和施工现场的紧密结合;其次,基于web service的数据查询和传输实现仿真成果的交互式动态三维场景查询,同时通过基于硬件的增强现实方法以更少的资源消耗实现了更真实直观的可视化仿真,为水利水电工程施工可视化仿真提供了新思路.

高心墙堆石坝地震反应复合模型研究

高土石坝抗震分析得到国内外学者的极大关注。采用土工离心机振动台模型试验和动力数值模拟技术相结合的复合模型方法来研究高心墙堆石坝地震反应特性。首先对不等比尺的离心模型试验结果进行数值模拟,以验证数值计算模型和确定计算参数,然后用数值方法对离心模型试验结果进行拓展和外延,推广到等比尺和原型情况。对比分析了高心墙堆石坝地震加速度放大系数、地震残余变形、防渗墙动应力和破坏模式。计算值与试验值变化规律一致,表明复合模型是研究高心墙堆石坝地震反应特性一种行之有效的方法,(40～50)g离心机振动台模型试验基本上可以反映高土石坝的地震反应特性。

基于CATIA的心墙堆石坝三维可视化交互系统

目前大坝施工仿真建模中多是基于Geographic Information System(GIS)或3DS MAX软件构建的施工场景,其三维模型存在精度不高,不易修改,相似模型也不能重复利用等问题。本文将CATIA引入心墙堆石坝施工仿真建模中,即利用CATIA的三维建模技术构建了心墙堆石坝的三维施工场景。关键技术包括骨架设计技术、参数化技术、知识工程技术和设计过程模块化技术,并通过三维数字建模来模拟整个建筑物的信息。以某心墙堆石坝为例,建立了基于CATIA的心墙堆石坝施工仿真系统平台,实现了基于Brower/Server(B/S)的堆石坝施工场景的远程交互,可为堆石坝施工管理提供理论与技术支持。

高心墙堆石坝施工现场交通可视化仿真研究

在全面分析施工场内交通运输系统的特点及其影响因素的前提下,建立了贯穿整个工程施工过程的高心墙堆石坝施工场内交通运输系统仿真模型。该模型即可对全部分项工程中各运输环节的场内交通运输过程进行仿真,又可在仿真计算成果的基础上实现可交互的施工场内交通三维动态可视化分析。研究成果应用于西南某高心墙堆石坝工程中,其仿真成果验证了该方法的先进性,为工程施工组织设计及运输方案制定比选提供有效的技术支持。

软岩筑沥青混凝土心墙坝的应力变形特性研究

随着沥青混凝土心墙坝的广泛应用和人们对生态环境更高的要求,利用软岩筑沥青混凝土心墙坝的情况将越来越多,该类坝的安全性也越来越受到重视。以西部某工程为例,采用非线性有限元计算方法,开展了软岩筑沥青混凝土心墙坝的应力变形特性研究。分析表明,与硬岩筑坝相比,当采用软岩筑坝时,坝体沉降变形偏大,约占坝高的1.06%,坝体与心墙变形呈明显的不均匀性,但沥青混凝土心墙防渗体发生剪切破坏、挠曲破坏和水力劈裂破坏的可能性不大,因此可认为本工程采用软岩筑沥青混凝土心墙坝是切实可行的。通过计算参数敏感性分析,表明软岩料Duncan E-B模量参数对坝体和心墙变形的影响较为明显,而对其应力影响有限。随着该参数逐渐降低,坝体沉降与不均匀变形进一步增大。据此,建议设计与施工时,应采取严格的变形控制措施,并尽量减少软岩料的变异性。

高心墙堆石坝填筑施工过程实时监控系统研发与应用

文章针对高心墙堆石坝填筑施工特点,建立了过程控制指标体系,确定了过程监控方法,提出了解决方案,研制开发了具有实时性、高精度、自动化、全天候等特点的大坝填筑施工过程监控系统,实现土石料上坝运输过程、坝面填筑碾压过程的实时监控。该系统应用于亚洲第一高土石坝———糯扎渡心墙堆石坝的施工现场,建立了以监控系统为核心的施工过程控制体系,对大坝填筑施工的主要环节实现精细化的全天候实时监控,有效地控制了大坝填筑施工参数,提高了施工过程的质量控制水平与效率。

我国土石坝渗流控制理论发展现状

近年来,我国高土石坝迅速发展,水布垭面板堆石坝高233 m,为世界之最,防渗和排渗相结合反滤层保护渗流出口的渗流控制原理得以充分展现,对大坝的经济性和安全性都有重要意义。我国土石坝渗流控制理论的现代水平主要体现在四个方面:①心墙裂缝纳入渗流控制范畴;②面板坝的渗流控制更加完善;③反滤层的作用更显明确;④排水体的作用进一步发挥。

基于ABAQUS平台的邓肯-张E-B和E-ν模型程序开发

基于ABAQUS平台并利用UMAT子程序接口开发了邓肯-张E-B和Eν-模型程序,开发的程序可在一个模型中包含邓肯-张E-B和E-ν2种不同的本构模型.应用该程序对一已建混凝土心墙堆石坝进行了变形及稳定的数值计算,并与现场实测结果进行了比较.结果表明,数值计算与现场实测的变形变化趋势较为一致.该结果验证了所研制程序的正确性,说明该程序可以用于分析实际工程问题.

高心墙堆石坝坝面碾压施工仿真理论与应用

在对高心墙堆石坝坝面碾压系统进行全面分析的基础上,提出了以填筑单元为仿真单位的碾压施工仿真理论,建立了能够反映碾压过程中不确定因素的精细化仿真模型,保证仿真贴近实际施工。研究成果在糯扎渡心墙堆石坝工程的填筑单元中得到了应用,验证了方法的可靠性,对于大坝现场碾压施工具有指导意义,为工程进度控制和管理提供了技术支持。

茅坪溪土石坝沥青混凝土心墙施工期变形分析

介绍了茅坪溪防护土石坝施工期沥青混凝土心墙安全监测情况,对心墙应力、应变、变形及温度状态等观测资料进行了较详细的分析探讨。目前监测结果为:心墙底部压应力测值较理论计算值小,其增长与心墙高程升高关系协调。心墙不同高程处应变主要受温度、上部荷载及两侧过渡料性质影响,从测值分析心墙中上部应变随高程升高增长较快。心墙与过渡料间位错变形反映心墙压缩变形大于两侧过渡料沉降变形,且心墙中部变形较上、下部变形要大。底部心墙与基座间水平位移变形初期主要受施工影响,后期施工对其影响较小,总体变形稳定。分析表明心墙现阶段变形稳定,应变、应力测值和温度变化正常,工作性态良好,心墙与过渡料及填筑料间能协调变形,符合土石坝变形基本规律。