水利工程震害中土工结构低应力破坏实例分析

实际工程活动与低应力下土石料工程性质密切相关。总结了与低应力条件相关的工程活动,在总结分析以往地震中堤防和坝体滑坡案例的基础上,指出滑坡深度通常小于7 m,其上覆有效应力大多小于100 kPa。在对106组地震液化数据资料分析的基础上,指出地基液化大多发生在上覆有效应力低于100 kPa的低应力条件下。在目前的研究中,通常只关注中、高应力条件下土石料的工程性质。在应用中低应力区的土石料计算参数取值通常与中、高应力条件下获得的强度和变形参数一致,而高、低应力条件下土石料的强度和变形特性是不同的,这种计算参数取值方法的适用性存在疑虑。因此,研究低应力条件下土石料的工程性质,探讨数值计算中低应力条件下土石料计算参数的取值方法,具有重要的工程意义和科学价值。

新形势下水利科研院所安全生产管理存在问题分析与建议

分析了水利科研院所安全生产面临的新形势,梳理了水利科研院所大型试验场所风险、基建和修缮项目的风险、危化品管理的风险、野外现场作业的风险及科研信息保密安全的风险,针对性地提出了进一步提升安全管理水平的建议和对策,为水利科研院所和高校完善提高安全管理体系,提升安全管理水平提供了思路和借鉴。

双层复合衬砌隧洞运行安全预警监控指标研究

双层复合衬砌结构是一种新型隧洞衬砌结构型式,其外衬承受外部水土压力,内衬承受内水压力,体现了“结构联合、功能独立”的新型输水隧洞设计理念,目前该衬砌型式已成功应用到我国北方某输水工程中,如何确定双层复合衬砌隧洞安全预警监控指标是工程运行管理的重点和难点。本文基于以往研究成果,提出了工程结构监控指标及监控阈值确定的统一技术路径;根据双层复合衬砌结构受力特点,开展可能破坏模式分析;基于破坏模式与监测量的敏感性分析,提出层间渗压作为双层复合衬砌隧洞结构核心监控指标,内衬处的钢筋计测值以及外衬处的测缝计测值作为辅助监控指标,为双层复合衬砌隧洞安全运行提供借鉴和参考。

某工程混凝土沥青心墙坝坝基应力性态及补救方案分析

基于有限元法对运行期坝基防渗墙轴线向下游偏移时的应力性态及产生的不利影响进行数值分析,并提出补救措施及参考临界值。结果表明,当轴线不发生偏移时,坝基防渗墙仅受到弯矩作用而产生局部拉应力,但影响不大;当轴线向下游偏移且偏移量小于30 cm时,坝基防渗墙受到压力与弯矩的共同作用,出现应力集中现象并产生不利影响。在不做其他处理情况下,轴线不发生偏移及偏移量小于15 cm时可暂不处理;轴线向下游偏移量超过15 cm且不大于27 cm(实测最大偏移量)时,在后续施工中需将混凝土基座向下游拓宽至少20 cm,以减少坝基防渗墙拉应力极值使应力集中现象减弱,达到改善坝基防渗墙应力性态的作用。有限元模拟为坝基防渗墙偏心时的安全性评价和处理措施提供了借鉴。

北京安河泄洪闸金属结构安全检测与评价

水闸安全运行,会受到水工金属结构安全性状影响。京密引水渠安河泄洪闸已投入运行54年。为保障水闸运行安全,需对其金属结构进行全面的安全检测。文章采用多种检测手段对安河泄洪闸金属结构开展现场检测,对结构病害进行梳理,对金属结构的安全状态进行综合评价,为水闸安全运行提供技术支撑。

京密引水渠前柳林泄洪闸混凝土结构安全检测及评价

为加强京密引水渠前柳林泄洪闸安全管理,保障水闸安全运行,采用多种检测手段对前柳林泄洪闸混凝土结构开展了现场检测,对闸体混凝土结构存在的病害问题进行了梳理,并对混凝土结构的安全状态进行了综合评价。结果表明:京密引水渠前柳林泄洪闸整体外观质量较好;混凝土强度满足原设计要求;工作桥存在两条纵向裂缝,上下游侧面均有混凝土脱落、露筋现象。前柳林泄洪闸混凝土安全检测结果基本满足标准要求,部分存在的质量缺陷尚不影响整座水闸的安全运行。可为类似工程的混凝土结构安全检测提供参考和借鉴。

前柳林泄洪闸金属结构安全检测与评价

京密引水渠前柳林泄洪闸始建于1960年,投入运行已有50余年,发挥了巨大的经济效益和社会效益。2008年因闸门金属结构腐蚀严重而对闸门和其他金属结构进行了更换。鉴于金属结构易锈蚀及易变形等特点,本研究在工程调查的基础上,对新旧闸体金属结构存在的病害问题统一进行了梳理,综合评价了目前金属结构的安全状态,为水闸的运行管理和除险加固提供科学依据。

加载速率对密砂应力-应变特性影响的试验研究

【目的】砂是一种常见的建筑材料,在水利水电工程、交通、海洋和其他土木工程中应用广泛。在不同的工程应用中,砂土经受不同的加载过程和加载速率。因为加载速率效应,砂在相同幅值荷载作用下产生的变形有一定差异。这项研究旨在深入了解不同应变速率三轴剪切条件下砂的应力应变特性。【方法】采用相对密度为0.9的密砂,开展了一系列三轴固结排水剪切试验,在两种不同围压(750 kPa和2000 kPa)下对试样进行固结后,分别采用三种不同的常应变速率(0.00625%/min,0.0625%/min和0.625%/min)进行应变控制排水剪切。根据试验数据,绘制了应力-应变关系发展曲线,分析了应变速率对砂土偏应力和体积应变演化的影响。【结果】结果表明,在本试验采用的恒定应变速率和围压条件下,密砂在轴向应变约为2%时将发生屈服。屈服前,相同轴应变增量对应的土样偏应力增量和体积应变增量对剪切速率比较敏感,特别是体积应变,即加载应变速率较小时获得的土样剪应力较低,但体积应变(收缩)发展量较大。【结论】在屈服前,砂土的模量随着加载速率的增加而增大;但是屈服后,当加载达到大应变(ε1=15%)条件时,应变率对砂土应力变形的影响不明显。另外,在相同围压下,以不同应变率加载的砂样在加载过程中的应力比(q/p)-偏应变关系呈现出一致性。该研究可以提高对砂土力学特性的认识,并为砂土地基上的结构设计和安全评价提供参考。

全长粘结型锚索地震作用下动力响应规律研究

全长粘结型预应力锚索目前是边坡支护中最常见的加固措施,但在地震荷载作用下,其支护作用的发挥及动力响应机制与规律均还不够明确。基于前期开展的预应力锚固边坡离心模型试验,根据模型试验尺寸、边界条件、动力输入等特征,建立数值仿真模型开展全长粘结型锚索动力响应规律研究。对比数值仿真结果与离心模型试验成果,分析了锚固边坡不同位置锚索、锚索不同部位在地震加速度作用下的变形、应力响应特征与规律,在此基础上进一步揭示了全长粘结型预应力锚索在动力条件下的阻滑作用机制与动力响应规律。研究成果对高地震烈度场地边坡的预应力锚索加固及地震工况下全长粘结型锚索的安全评价有重要的参考价值。

基于冲击弹性波的CT技术的原理及在水工混凝土结构无损检测中的应用

本文阐述了基于冲击弹性波的弹性波层析扫描(CT)技术的基本原理和在两个典型水工混凝土结构内部质量无损检测中的实际应用情况。冲击弹性波一般由激振锤激发,能量大且集中,测试深度显著提高,现场操作简便,对工作面要求低,与传统的超声波方法相比具有明显的优越性;检测设备自身先进的接收、采集、滤波、分析手段使测试结果受介质内杂散波的影响很小,保证了检测的精度,大大缩短了检测、数据采集、分析、形成结果的时间;检测得出的弹性波(P波)波速能够与混凝土的力学性能(动弹性模量和强度)建立直接的物理相关关系。以上优点将会使本项技术在水工混凝土结构无损检测领域得到更为广泛的应用。

级配特征对筑坝砂砾料填筑标准的影响

筑坝砂砾料填筑标准具有级配相关性,在砂砾料筑坝施工质量控制中,目前仅以含砾量来表征级配对碾压干密度的影响,未考虑级配形状和最大粒径不同对砂砾料填筑标准的影响。为了研究这种影响,评估目前单一依靠含砾量来表征级配特征对干密度影响的合理性,设计了含砾量相同而级配曲线形状和最大粒径不同的两组级配曲线,结合实际施工振动碾压条件,通过现场密度桶法,研究了含砾量相同时不同级配形状特征和最大粒径对原级配筑坝砂砾料填筑标准的影响。研究表明,控制含砾量相同时,级配曲线形状对砂砾料最大、最大小干密度有一定影响,随级配参数m和b的增大,砂砾料的最大、最小干密度均呈现减小的趋势。在含砾量和级配参数m相同时,不同最大粒径级配的砂砾料的最大、最小干密度也有差异。表明不同级配特征和最大粒径对筑坝砂砾料填筑标准的确定有一定影响,建议结合具体工程进一步对级配特征和最大粒径对筑坝填筑标准影响的敏感性及对施工质量控制带来的影响进行评估。

北京大宁水库副坝防渗墙应力变形有限元分析

以南水北调大宁水库副坝混凝土防渗墙为例,采用二维非线性土石坝有限元计算程序,对其典型剖面进行了有限元计算,并分析比较不同材料及不同工况下防渗墙的应力变化,得出墙体的应力变形规律,优选出最佳的防渗墙材料,从而改善防渗墙的应力状态。文中还提出了防渗墙设计指标的合理范围,这对实际工程有重要的指导意义。

喷涂聚脲弹性体材料人工老化性能试验研究

通过人工热空气老化试验及湿热老化试验,研究了喷涂聚脲材料的热老化和湿热老化性能,并采用动力学经验公式回归方法和Arrhenius外推法,以拉伸强度为考察指标、老化系数为0.5作为寿命临近值,对聚脲材料在热和湿热两种条件下的工程使用寿命进行了预测研究。试验结果表明,喷涂聚脲材料具有很好的热老化和湿热老化性能,并从分子结构方面对此进行了说明。试验预测结果表明,喷涂聚脲材料可以满足通常水利工程湿热条件下对材料使用寿命的要求。

标贯击数液化判别方法的比较

依据标贯击数进行液化判别的方法,国外以NCEER推荐方法（改进Seed法）为代表,国内以《水利水电工程地质勘察规范》（GB50487-2008）和《建筑抗震设计规范》（GB50011-2010）为代表。NCEER方法与国内规范方法所依据的地震液化现场调查资料不同,采用的液化判据、反映震级影响的方法和考虑黏粒含量影响的方法也不同。将NCEER方法以液化临界标贯击数与深度的变化曲线表示,并将其与国内规范方法确定的液化临界标贯击数随深度的变化曲线进行比较。结果表明,在相同烈度下：近震时,国内规范方法偏于安全;远震时,对于7.5级以下地震,国内规范方法偏于安全;对于7.58.5级地震,在一定加速度（烈度）下,NCEER方法与国内规范方法计算液化临界标贯击数接近,某些加速度（烈度）下NCEER方法偏于安全,某些加速度（烈度）下国内规范方法偏于安全。研究成果可为《水工建筑物抗震设计规范》的修订提供参考。

峡谷地区大型地下洞室群岩体初始地应力场反演分析

合理地确定地下洞室群岩体初始地应力场对于地下洞室群的总体布局、支护设计有着重要的意义。本文提出了一种依据少量实测地应力资料反演地下洞室群岩体初始地应力场的方法。这种方法假设远古地形是一无起伏的夷平面,认为岩体初始地应力场主要由处于远古地应力状态下的远古地形经过漫长的地形剥蚀形成,而远古地应力场由地质构造运动和岩体自重形成。以有限元数值分析为基本手段,提出了可以考虑构造运动、岩体自重和地形剥蚀等多因素的岩体初始地应力场反演思路。通过某水电站地下厂房区域岩体初始地应力场反演的工程实例分析,验证了这一方法的可行性和实用性。

高韧性环氧防护涂层低温抗裂性能试验及应用研究

在环氧树脂低温增韧研究的基础上，开发了YEC高韧性环氧防护涂层材料。对新型材料进行300次冻融循环试验，检测了材料的耐低温抗裂性能，材料与混凝土的粘结强度大于3MPa；通过20次-40～60℃低温循环试验，测试了材料的断裂韧性，材料在低温下不开裂或脱空。将新型材料应用于吉林台一级水电站大坝面板防护，试验结果表明该涂层材料适合于寒冷地区的混凝土表面封闭处理及薄层防护工程。

水工环氧防护材料不同温度应力松弛研究

对两种环氧防护材料的应力松弛性能进行了研究,测试得到了-40～20℃范围内7个温度点的等温松弛曲线,结果显示,环氧防护材料具有明显的应力松弛现象,并与温度密切相关,经过增韧剂增韧的体系松弛现象更为明显,在20℃下的模量松弛率达到60%以上,材料的DMA温度扫描结果表明,增韧体系显著的松弛现象与增韧剂引起的次级转变有关。

基于智能温控的混凝土坝个性化温控优化方法研究

由于以往混凝土坝的温控标准和措施制定主要是从质量角度考虑,对经济方面的考虑涉及不多,因此需要从质量达标和经济最优两方面探讨混凝土坝防裂的个性化温控优化方法。首先,通过建立全环节温控指标关联模型和调控方法,以建立的各环节经济关系模型为约束函数进行多约束求解,实现温控标准的全局优化。然后,将优化的各温控指标以及相应的措施方案纳入到智能温控系统,进行温控施工过程的评价、预警报警和反馈调控。最后,基于提出的智能温控全环节调控方法,对目前正在实施的某工程智能温控系统开展了试验性应用测试。结果表明:(1)应适当提高机口温度,浇筑过程中,应加强仓面喷雾动态控制,以使温度控制的单位成本最低;(2)升温阶段加大通水流量至3 m^(3)/s左右,其控制最高温度成本也较低。此温控防裂设计优化方法与智能温控技术相结合的模式,以达到经济最优和质量达标为总体目标,同工程设计和施工高度融合,非常有利于混凝土坝温控的实施效果。

磷酸镁水泥制备试验研究

基于水工建筑物的应急抢险与快速修补加固处理的需要,运用常规的水泥凝结时间、强度等基本性能试验,研究各材料组成对磷酸镁水泥性能的影响,确定磷酸镁水泥配方,并对不同粒径砂土的磷酸镁水泥砂浆水胶比、养护条件、强度等进行了试验研究。结果表明,硼砂是磷酸镁水泥的有效缓凝剂;氧化镁细度对水泥性能有明显影响,氧化镁越细水泥早期强度越高,但细度过细凝结时间将难以满足施工要求;磷酸镁水泥配方为:P/M值1∶3,硼砂掺量10%,氧化镁细度宜为195 m^(2)/kg左右;磷酸镁水泥砂浆抗压强度与胶水比具有线性相关性,与龄期呈对数关系;水中养护与标准养护相比,抗压强度降低约6%~27%,磷酸盐水泥在长期水下环境中的适用性需论证。研究成果可为水工建筑物的应急抢险与快速修补加固处理提供参考和依据。

水工混凝土环氧防护材料环境适应性试验研究

在总结环氧防护材料在水工混凝土防护工程中应用进展的基础上,针对水利水电工程应用环境条件,进行了模拟水工环境条件下环氧防护涂层材料适应性试验研究。YEC环氧防护涂层的系列试验测试结果以及不同工程情况的应用实例表明,该系列试验能够检测材料在水工环境下的适应性,为水工混凝土防护材料的选择提供可参考的试验手段。