低水头拦河坝(堰)生态性设计研究

在中小河流治理工程中,低水头拦河坝(堰)普遍存在强拦、社会功能为主、生态性不足的问题,引发河流演变新的矛盾。结合透水坝、柔性沙棘坝运行生态效果,提出生态设计弱作用理念,建立了河流与坝(堰)工程社会功能和生态功能协调的非线性多目标函数。依此理念和方法,研究改变传统坝(堰)结构,由实体型设计为开放型,有半拦河式、开孔式、梳齿式、网桩坝等多种布置型式。尤其是黄土高原小型淤地坝的新结构型式,能较好地维持沟壑环境,破解阶梯场地筑坝约束。弱作用及相关结构对其他水工建筑物的生态设计有借鉴价值。

多软弱夹层坝基混凝土重力坝加固效应评价方法研究

各国现行规范均规定,在进行重力坝设计或安全鉴定时必须审查大坝沿建基面和坝基岩体内软弱结构面的抗滑稳定性,要求保证大坝不滑动且有必要的安全裕度.针对某一典型重力坝工程,推导了考虑加固措施影响的重力坝抗滑稳定计算公式,并结合预应力锚索加固监测数据,通过有限元模拟预应力锚索的加固效应,最后将刚体极限平衡法与基于场变量的强度折减法相结合评估该工程加固措施的有效性.研究结果表明:在采用有限元计算时,当折减系数增大至2.3时,坝踵及f_(1)夹层与F_(73)断层交界位置均产生了一定程度的屈服;当折减系数达到3.0时,f_(1)夹层形成整体贯通,有限元计算仍收敛;当折减系数达到3.05时,计算出现不收敛.与刚体极限平衡法的计算结果相比,基于场变量的强度折减法所得的抗滑稳定安全系数计算结果在允许误差5%范围之内,且均满足规范要求,验证了该工程除险加固措施的有效性.本研究可为类似预应力锚索加固重力坝工程提供参考依据.

密集缓倾软弱夹层影响下的坝基失稳破坏模式研究

缓倾软弱夹层是影响坝基抗滑稳定的重要因素之一,密集发育的缓倾软弱夹层使坝基稳定问题变得更加复杂。开展关于密集缓倾软弱夹层影响下的坝基失稳模式研究,对复杂地基条件下的工程安全和坝基处理具有重要意义。本文以大藤峡水利工程泄水闸2个典型坝段为研究对象,分别采用地质力学模型和数值模拟方法进行研究。研究中充分考虑密集缓倾软弱夹层、断层等地质构造的不利影响,获得了闸室与坝基的破坏过程与破坏形态,确定了综合法稳定安全系数为KSC=3.30~4.18,揭示了大藤峡泄水闸坝基的破坏模式为浅层基岩的挤压屈服破坏,缓倾软弱夹层未形成滑移通道,坝基没有出现深层滑动失稳破坏。研究结果表明,坝踵区与坝趾区破坏较严重,是工程的薄弱部位,需采取工程措施进行加固。研究成果为工程加固方案设计提供了重要依据,为类似工程坝基稳定性研究提供借鉴与参考。

含滑床软弱带的水中填土坝抗震加固措施研究

发生过坝面滑坡的早期土坝,坝坡内存在相对软弱层,为解决含滑床软弱带的水中填土坝抗震问题,以某水中填土坝为例,通过数值计算对比分析了不同坝坡加固措施的抗震稳定效果。结果表明:由于震时受到地震动孔压的影响,滑床软弱带有效应力降低,部分穿过软弱带的滑弧不满足抗滑稳定要求。通过对比振冲碎石桩与水泥搅拌桩组合方案以及岸抛抛石压重与水泥搅拌桩组合方案,发现两种加固方案均能有效降低动孔压,提高抗液化能力,但后者对提高含软弱带的坝坡稳定效果不佳,主要原因在于部分区域抛石量集中、滑床软弱带地震惯性力增大,最终不利于坝坡稳定;而前者能明显降低坝体动孔压,减小液化范围,提高滑床软弱带的密实度和强度,可以达到较好的抗滑效果。

折线形胶凝砂砾石坝三维静力有限元分析

以贵州地区某中型水库工程胶凝砂砾坝方案为案例,建立折线形胶凝砂砾石坝及地基的三维有限元计算模型,模型中考虑地基和坝体材料的非线性特性、坝段间接触特性、地应力平衡等。基于ABAQUS三维有限元计算,研究该方案蓄水工况和施工期工况下建坝引起的地基应力变化及各坝段的变形情况,为该项目方案决策提供理论依据。经计算分析,断层破碎带和影响带附近的地基应力及坝体变形均较大,不能满足地基承载力要求和坝段变形控制要求,需提出工程处理措施或其他技术方案进行优化。该有限元计算结果对类似工程如折线形刚性坝、胶凝砂砾石坝以及宽断层破碎带筑坝具有一定的借鉴意义。

重力坝坝基勘察与处理

西南地区某水库坝址具备修建重力坝的地形地质条件,但坝区工程地质复杂,处理范围内主要的地质缺陷有泥化夹层、软弱岩体、破碎带等,这些地质缺陷对重力坝的体形选择和抗滑稳定等,均会产生较大影响,需要通过相应的基础处理及结构措施,使地基能适应重力坝所要求的边界约束条件。

永宁水库工程主坝左坝肩软弱夹层基础处理设计

永宁水库工程主坝为重力坝,左坝肩基础为软弱夹层全风化土层。为解决变形协调问题,通过延长渗径加强帷幕和固结灌浆等措施,满足结构及渗透稳定的要求,节省工程投资,加快施工进度,解决变形问题。分析水库2017—2020年的监测数据,发现基础沉降量和渗流量均较小,表明工程设计合理。

高拱坝坝肩软岩及结构面强度参数水岩耦合弱化效应试验研究

结合锦屏一级高拱坝工程,现场采集该工程坝肩软岩和结构面岩样,制备相似试件,并通过拱坝运行环境特征分析确定试验条件,在MTS岩石力学测试系统上进行水岩耦合三轴压缩试验。结果表明,锦屏拱坝坝肩断层物质和软弱岩体的强度参数f、c具有显著的水压弱化效应,其中水压对黏聚力c的影响较大,对内摩擦系数f的影响相对较小,考虑两者综合效应抗剪强度τ,则在10 MPa正应力与3 MPa水压的工程条件下,锦屏拱坝坝肩主要断层f2、f5、f13、f14、f18抗剪强度的平均弱化率约为25%,煌斑岩脉X等软弱岩体抗剪强度的平均弱化率约为40%。该定量的弱化试验成果为地质力学模型试验、数值计算等方法分析评价拱坝稳定性提供重要的科学依据。

高拱坝坝肩软弱结构面HM耦合效应试验研究

为定量揭示高拱坝工程蓄水运行后,坝肩岩体中软弱结构面在HM(Hydro-Mechanical)耦合作用下的弱化效应,结合锦屏一级高拱坝工程,现场采集该拱坝坝肩主要断层的原样,用重塑试样方法制备试件,在MTS岩石力学试验系统上开展不同水压(0,1,2,3,4 MPa)情况下的系列三轴压缩试验。结果表明:断层物质的强度参数具有显著的水压弱化效应,其中强度参数f随水压的升高弱化不大,各断层的平均弱化率不超过7%;强度参数c随水压的升高急剧减小,最大弱化率可达100%;考虑两者的综合效应抗剪强度τ,在3 MPa水压与10MPa正应力的工程条件下,各断层抗剪强度的平均弱化率约为25%。同时,建立了不同渗透水压力条件下结构面强度参数预测模型,并采用有效应力原理对结构面抗剪强度的弱化规律和机理进行初步分析。试验成果已应用于锦屏一级拱坝坝肩稳定性研究,研究方法可供多场耦合作用下软弱结构面的力学性能研究参考。

地质缺陷对拱坝及坝基力学行为的影响

通过对一个坝址地质结构较为发育的拱坝作三维有限元非线性分析,分析了温度、渗流,地形地貌,地基上的地质缺陷等对拱坝及大坝运行时地基的力学行为的影响。并给出了复杂地基的拱坝的位移场、应力场的分布规律和传力特性。对大坝及基岩上塑性区产生的机理,形式和发展趋势作了分析。

软弱结构面水流冲刷形成集中渗漏通道机制研究

软弱结构面塑性程度高、强度低,在地下水长期作用下,很易导致岩体产生变形、形成集中渗漏通道及渗透破坏。软弱结构面的渗透稳定性,一直是水利水电工程的重要工程地质及水文地质问题之一,目前对其渗透破坏机理的认识还存在不少尚未解决的问题。针对已有对基岩软弱结构形成集中渗漏通道研究的不足,本文在软弱结构面内讨论渗透变形问题,主要探讨了软弱结构面受水流冲刷发展的机制,以及土粒起动处于不同位置时的临界流速及相应隙宽。最后介绍了在适当地质等条件下,基岩软弱结构面可形成集中渗漏通道的实例。

坝基软弱夹层剪切蠕变及其长期强度试验研究

为了更准确认识坝基岩体中的软弱夹层剪切蠕变特性,进行不同正应力水平下的剪切蠕变试验,采用不同正应力水平下分级加载剪应力的方式,重点研究软弱夹层的剪切蠕变变形规律、破裂机制及其长期抗剪强度。研究结果表明,经验公式u=u0+A[1-exp(-Bt)]Ctn能较好反映软弱夹层的剪切蠕变变形规律,不同正应力水平下的平均及稳态剪切蠕变速率随剪应力增加呈指数函数增大,且软弱夹层剪切蠕变破坏呈现典型的延性破坏特征。通过新提出的拐点法确定不同正应力水平下的长期抗剪强度,并与稳态速率法的计算结果进行对比,验证了拐点法的合理性和适用性,该方法大大提高了确定岩体长期抗剪强度的准确性,对工程实际具有重要的参考价值。

某水电站右岸软弱岩带对坝肩稳定影响的FLAC^(3D)分析

某水电站右岸软弱岩带发育,坝基岩体质量较差。采用FLAC3D分析表明,在大坝荷载或大坝+库水荷载作用下,右坝基(肩)变形总量及其与左坝肩变形差异均较小,右坝肩变形随时步衰减较快。结合坝基地质条件分析,右岸软弱岩带不会导致坝肩变形失稳。

坝基软弱结构面工程特性的动态研究方法与应用

水电工程具有规模大、施工快、地质缺陷不易揭露等特点,特别是对于水电工程的安全运营至关重要的深层抗滑稳定性问题。基于上述原因,本文以金沙江观音岩水电站为例,借助坝基开挖,总结出"工程地质条件→软弱结构面展布特征动态评价→软弱结构面参数动态取值→坝基稳定性评价"这一套坝基软弱结构面动态评价方法,并以软弱结构面展布特征与参数动态研究为核心,建立起合理的坝基深层抗滑稳定性评价方法。实践表明,该套方法能合理地评价重力坝抗滑稳定性问题,保证水电工程的安全运营。

小湾水电站坝基高压帷幕灌浆施工工艺分析

针对小湾水电站坝基帷幕灌浆施工情况,总结分析了孔口封闭灌浆法的优缺点,并对弱透水性坝基高压帷幕灌浆施工工艺进行了分析。孔口封闭灌浆法施工质量满足设计要求,但在弱透水性岩石坝基、深孔帷幕、灌浆压力较高等特定条件下,存在工艺复杂、工效低、灌浆材料浪费严重、易出现灌浆中断、记录结果难以分析等弊端。对于类似小湾水电站的弱透水岩体坝基防渗帷幕灌浆施工项目,在现有坝基防渗施工水平下,建议采用纯压式灌浆法。

龙滩大坝抗滑稳定可靠度分析

针对重力坝坝体中存在薄弱层面影响坝体结构安全,以龙滩大坝为例,选取9条薄弱层面,采用非线性有限元法计算获得的应力结果分析各层面抗滑稳定可靠度,并计算了层面体系可靠度。结果表明,该方法合理可靠,可供借鉴。

一般坝承压──无压渗流问题弱解的一些性质

讨论了一般坝的承压－无压渗流问题弱解的一些性质．

复杂地基上重力坝深层抗滑稳定降强法试验研究

重力坝坝基中软弱结构面强度弱化行为是影响大坝稳定的一个重要因素。地质力学模型降强法试验是研究该问题的重要途径,模型采用变温相似材料实现了降强法试验,并对变温相似材料及其相应的试验技术做进一步的研究。利用最小二乘法原理,从理论上拟合了抗剪断强度参数与温度之间的关系曲线,通过拟合公式确定了强度幅度与其所对应的温升值。研究成果应用于某重力坝工程中,将降强与超载相结合,开展了该重力坝整体稳定综合法破坏试验,获得坝与地基的变位特性、破坏形态和破坏机理,提出该重力坝降强法试验安全系数和综合稳定安全度,评价了工程安全性。

水平薄弱面对混凝土重力坝安全性影响的研究

在混凝土重力坝尤其是碾压混凝土坝中,混凝土为成层结构,因而层面特性对混凝土坝的安全至关重要,个别坝段水平薄弱面的存在对混凝土坝的整体安全性有重要影响。以可靠度随机有限元法探讨在存在水平薄弱层面情况下碾压混凝土重力坝的安全性,对工程施工及安全控制具有一定的理论与实践意义。

基于承压板试验的岩体蠕变参数反演统一解析公式法

由于岩体性状的复杂性和多样性,现场试验是进行岩石力学研究的重要手段。以往的现场承压板试验,由于试验条件的限制,试验荷载的设定将使岩体蠕变呈衰减蠕变形态,却难以反映岩体的等速蠕变和加速蠕变。坝基软弱岩体的力学特性是影响大坝及地下结构长期稳定性的重要因素。通过对坝基软弱岩体现场承压板试验曲线中表现出的衰减蠕变和等速蠕变两阶段特性,辨识了蠕变模型。并推导了刚、柔性承压板深部岩体的黏弹性一般解,给出了Maxwell模型、广义Kelvin模型、Burgers模型的黏弹性位移的统一表达式。结合试验数据,以理论解析反演法得到相关的蠕变参数,为以后的坝基长期稳定性计算奠定基础。