高水头下深厚覆盖层高土石围堰应力变形分析

乌东德水电站位于长江上游的金沙江,其土石围堰高74 m,河床砂卵石覆盖层厚70 m,上下游水头差达151 m,且设计在下游侧堰脚开挖70 m深的基坑,拟采用高86 m的混凝土防渗墙上接复合土工膜防渗。对该高水头下深厚覆盖层高土石围堰的应力变形特征进行了非线性有限元分析,模拟了堰体填筑、蓄水、下游侧降水与基坑开挖的过程,采用无厚度Goodman单元模拟堰体与防渗墙间的接触面。应力与变形分析的结果表明围堰的设计方案是可行的。此外,研究了覆盖层与围堰填料的参数,防渗墙的材料、厚度与墙底沉渣等因素的影响,对设计方案提出了建议。     

土石围堰中混凝土防渗墙设计方案的数值优化

土石围堰中防渗墙的结构对坝基渗流量及坝体稳定性具有重要的影响,因此优化防渗墙的尺寸十分有必要。本文以珠江流域某水利枢纽工程施工中的土石围堰为例,采用有限元法,对防渗墙的厚度和嵌入弱风化层基岩的深度进行了优化研究,分别模拟了有防渗墙和无防渗墙两种情况下围堰的防渗效果,共设计了33种计算方案。将坝基单宽渗流量、防渗墙后作用水头、防渗墙底部和坝脚溢出点的水力比降分别与其允许值进行了对比分析,提出了防渗墙的优化尺寸。研究结果表明：防渗墙厚度的变化对防渗效果影响较小;增大防渗墙的入岩深度,可以有效控制本围堰工程的单宽渗流量和防渗墙后作用水头;防渗墙底部水力比降的变化与防渗墙入岩深度有关,当入岩深度在0~8 m时,水力比降随入岩深度的增大而减小并呈先快后慢的趋势,当入岩深度在8~12 m时,水力比降随入岩深度的增大而增大,超过10 m时水力比降骤增。考虑经济因素和施工的方便性,满足防渗设计要求的防渗墙最优设计参数为厚度0.8 m、嵌入弱风化层基岩深度2 m。     

尼泊尔波迪科西水利枢纽三维渗流分析

针对尼泊尔波迪科西水电工程首部枢纽布置和软土坝基的岩性条件和渗透特征 ,通过对混凝土防渗墙深度、灌浆帷幕长度、混凝土渗透性、地基渗透性的敏感性分析 ,确定出防渗墙和防渗帷幕的优化方案 ,并对三种库水位工况下的三维渗流场进行了详细的计算分析 ,为工程优化设计提供依据.     

西霞院水库绕坝渗流分析

绕坝渗流除了影响山体本身的安全外,同时会抬高岸坡部分坝体的浸润面,在坝体和岸坡的接触面上可能产生接触冲刷等不利影响。实际工程大多采用混凝土防渗墙防渗形式,以期增大绕坝渗流渗径来削减绕坝渗流量并减小砂层渗透坡降。本研究以现有76眼民井为基础,分析西霞院水库蓄水前、后近坝区地下水动态变化及续建防渗墙对近坝区地下水影响。结果表明,近坝区地下水位变化与水库水位变化关系密切,水库蓄水对近坝区产生了明显的影响,使地下水位抬升明显、地下水渗流场发生改变。防渗墙续建前后,左岸下游地下水位与库水位响应关系已不明显,渗流方向有所改变,渗流强度明显减小,左岸防渗墙防渗作用明显;右岸渗流方向基本没变,渗流强度有所减小,下游地下水位与库水位仍存在一定的相关关系,右岸防渗墙上下游测井水位差没有左岸明显,说明右岸防渗墙也已经发挥防渗作用,但不如左岸明显。     

土工膜-防渗墙-弱透水层联合防渗的有效性分析

深厚覆盖层坝基往往都是强弱互层结构,坝基中存在弱透水层。弱透水层既是隔水层又是软弱夹层,是否利用其作为控渗依托层关系到工程难度、进度及成本。绝大多数工程都将全封闭式防渗体作为控渗首选方案,保守的设计理念导致采用半封闭式防渗体控渗的工程少之又少。西藏多布水电站采用土工膜-防渗墙-弱透水层三位一体半封闭式联合防渗体,在国内外少见,具有一定代表性,其防渗效果具有重要的参考价值和借鉴意义。本文基于详细的地质构造资料,以非饱和土体渗流、比奥固结理论和土体的非线性流变理论为基础,考虑土体水力学及土力学参数随双场耦合的动态变化关系,借助ADINA建立流固耦合模型,全方位分析多布水电站的渗流场、应力场,以及弱透水层的承载力和液化性。研究表明:土工膜-防渗墙-弱透水层三位一体半封闭式防渗体能有效降低渗透速度、渗流量和抑制渗透坡降,各渗流参量满足控渗要求;大坝及防渗墙的水平位移、沉降和应力相对悬挂式防渗体有一定增大,需提高防渗墙的强度。弱透水层是防渗体系中最重要的部分,经分析弱透水层承载力满足要求,且不会发生液化。对比分析三种防渗体系,多布水电站现采取的土工膜-防渗墙-弱透水层三位一体半封闭式联合防渗体是最佳方案,可减小防渗墙深度近193m。该研究成果对类似工程具有重要的参考价值和借鉴意义。     

哈尔滨市磨盘山水利枢纽区三维渗流数值模拟模型研究

哈尔滨市磨盘山水库防渗型式拟采用垂直砼防渗墙及帷幕灌浆方案。为了分析左岸不同长度防渗对水库渗漏量及坝基渗透稳定性的影响。对磨盘山水利枢纽区渗流场进行了三维数值模拟研究。结果表明，随着左岸防渗长度的增大。渗漏量及下游渗流出口渗透比降基本呈线性趋势减小。当左岸防渗长度为200m时。渗漏量及各渗透比降均小于允许值，为推荐的渗控方案。     

跋山水库土石坝防渗加固工程设计

以跋山水库土石坝工程为例,对土石坝防渗加固方案比选和设计进行分析。通过方案比选采用采用塑性混凝土防渗墙截渗方案,采用粘土斜墙加固方案,防渗轴线选择为轴线Ⅰ,具有工程投资低、交通便捷等优势;通过优化设计确定不同区位的防渗墙厚度,以达到安全、经济合理,经计算,采取该方案防渗效果较好。     

三维数值模拟技术(Visualmodflow)在基坑降水中的应用

基坑降水设计常采用大井法计算基坑涌水量,但是当研究区水文地质条件复杂,含水层非均值性,防渗围堰的存在且渗透系数的不确定性时,利用"大井"解析法求解涌水量时,概化的条件较多,往往降低计算结果的可信度;而数值法不受其限制。因此本文采用了数值模拟软件Visual Modflow对基坑涌水量进行了模拟。在正确分析水文地质条件的基础上,建立合适的水文地质概念模型并确定数学模型,通过非稳定流计算求取基坑涌水量,并对防渗墙的防渗效果进行三种方案模拟计算,结合工程降水实际,推求防渗墙的渗透系数。     

深基坑嵌岩地下连续墙隔渗效果分析与评价方法研究

嵌岩地下连续墙上渗漏点位置、大小等的不确定性,使数值模拟预报该状况下基坑内降水后地下水的流场十分困难。结合对武汉地铁2号线循礼门地铁车站嵌岩地下连续墙的实际隔渗效果分析,在数值模拟计算时提出了“纵向平移集中法”处置防渗墙渗漏点的方法;采用该方法的三维数值计算结果与实测结果基本吻合,证明该处置方法可用于模拟及预报存在渗漏的防渗墙内基坑降水的地下水流场变化过程,为解决该工况下渗流场的模拟计算问题提供一种途径;同时还分析、探讨了嵌岩地下连续墙的实际隔渗效果。该工程实例中的分析方法对同类工程具有借鉴作用。     

泥皮存在时防渗墙与复合土工膜联接型式模型试验

防渗墙与复合土工膜联合作为防渗体系已广泛用于围堰工程,但变形不协调易导致联接部位处土工膜的破坏。通过某围堰工程复合土工膜与防渗墙联接部位离心模型试验,模拟防渗墙泥皮及其厚度、堰体填料的沉降变形等,研究不同联接方式时复合土工膜应变的变化规律。试验结果表明：当联接部位处土工膜水平铺设时,土工膜紧靠防渗墙的部位尤其是泥皮范围以内将产生较大应变,当防渗墙与周围堰体的差异变形达到一定量时,土工膜产生拉裂破坏;当土工膜先竖向抬高一段距离后再水平铺设,水平铺设段的土工膜应变明显减小,且随着与防渗墙的距离越远,土工膜应变越小。防渗墙泥皮的存在可有效缓解土工膜局部受力。     

地基固结变形反分析研究

某水库库底地基变形较大,蓄水初期曾引起库底沥青混凝土防渗护面开裂。为研究进一步蓄水后可能产生的更大沉降及对沥青混凝土防渗护面的影响,对库底地基土层进行了反分析,研究地基土层的有关参数,利用反分析得到的参数进行了有限元正分析,研究地基的固结特性,为预测进一步蓄水后地基的沉降提供了重要依据。     

珠江特大桥承台基坑突涌事故处理降水设计与施工

珠江一特大桥主墩位于珠江水域中,承台基坑施工采用锁口钢管桩围堰围护, C30水下混凝土封底。封底完成后进行围堰内排水时,基底承压水击穿了封底混凝土,造成了基底突涌事件。对比在围堰内降水和在围堰外降水两种方案后,决定采用围堰外降水的方法,将承压水位降至封底顶面以下。该方案工期短、费用低,开创了在珠江内降底承压水的先例,成功处理了围堰封底失败的事故,确保了承台的顺利施工。实践证明在深水中降承压水是可行的,降水是保证承台基坑安全的重要手段之一,为类似工程提供了宝贵的经验。     

渗透各向异性圆形围堰稳态渗流场解析解

对渗透各向异性土层中的圆形围堰渗流场进行解析研究。将圆形围堰周围渗流场分为3个区域,通过坐标变换以及将边界条件齐次化后,用分离变量法分别得到柱坐标系下3个区域的水头分布级数解形式,结合区域间的连续条件,并利用贝塞尔函数正交性得到渗透各向异性土层中圆形围堰稳态渗流场的显式解析解,与Plaxis2D软件的计算结果进行对比,验证了解析解的正确性。基于解析解,进一步推导出了涌水量、出逸比降公式,并与不同方法的计算结果作了对比,最后对稳态渗流情况下的水压力进行了计算分析。结果表明：相比于其他近似法,解析解求取的流量、出逸比降以及渗流情况下水压力与数值计算结果高度吻合;渗流水压力会随着围堰半径、纵横向渗透系数比值的增大而减小,而后逐渐趋近于一个稳定值。     

管道衬砌内水外渗对边坡稳定影响的数值模拟

根据钢筋混凝土受拉开裂特性，通过混凝土开裂后钢筋和混凝土联合承载原理，提出了在内水压作用下混凝土衬砌开裂的裂缝宽度估算公式。根据开裂衬砌内水外渗的规律，提出了高压管道内水外渗与混凝土衬砌裂缝宽度相互影响的有限元迭代计算分析方法。该方法将内水压荷载分解为起裂荷载和破坏荷载，对混凝土衬砌起裂荷载采用一次加载，对破坏荷载采用分级加载迭代，由此较好地反映衬砌开裂和渗流耦合作用效应。根据渗流荷载对边坡的破坏作用，提出了对边坡稳定判断的思路。通过对实际工程的分析计算，论证了高压管道内水外渗对边坡的稳定影响, 为内水外渗与应力场耦合分析提供了一种有效的计算方法。     

水泥-水玻璃注浆在围堰防渗漏浆处理中的应用

漏浆是围堰防渗注浆过程中常遇到的工程现象,采取合理有效的方法解决漏浆问题对注浆效果具有重要的工程意义。针对引黄工程某围堰防渗注浆过程中的大量漏浆问题,对现场工程情况及漏浆原因进行了分析,提出采用水泥-水玻璃双液注浆的解决方案。在分析水泥-水玻璃浆液凝结硬化机理基础上,主要从注浆材料、注浆方法、注浆压力、注浆结束条件及封孔等方面对其注浆技术的现场应用情况进行了分析。检查孔压水试验表明,通过水泥-水玻璃注浆处理后,漏浆地层透水率大幅减小,满足工程设计要求,达到漏浆封堵效果。     

高密度电法在水库坝基无损检测中的应用

某坝基为砂卵石基础,其下为强风化基岩,坝基渗漏和左右岸绕坝渗漏是该水库坝基存在的主要地质问题。为此,采取了塑性混凝土防渗墙与双排帷幕灌浆相结合的综合防渗措施。为了检测水库坝基及塑性混凝土防渗墙施工质量,防止水库正常蓄水后发生渗漏,选用了高密度电法进行无损检测。工程采用温纳施伦贝尔法观测,分别采用5m和10m电极间距,电极数60个,剖面数16。依据5m和10m道距实测视电阻率剖面与反演结果的解释,对水库坝基和防渗墙的工程质量进行了评价,认为-25m桩号塑性混凝土防渗墙可能存在渗漏问题,-80m桩号对应一低阻异常,坝体可能存在渗漏通道;其余部位未发现明显异常。     

解析法与数值法在水电站防渗墙效果评价中的运用

四川省大渡河上某水电站目前正处于施工阶段,大坝基坑防渗墙已基本完成施工,但基坑涌水量较大,为评价防渗墙的防渗效果,在两防渗墙间开展了2组抽水试验.根据研究区边界条件,利用综合井函数法初步求取了基坑砂砾层的水文地质参数,并在此基础上采用数值法(groundwater modeling system, GMS)建立水流模型,进行参数的识别、验证,研究表明综合井函数法得到的砂砾含水层渗透系数为19.13~32.24 m/d,GMS拟合得到的渗透系数为26.00 m/d.此外,数值模拟拟合得到的主、副防渗墙渗透系数较小(0.01~0.02 m/d),说明两防渗墙防渗效果较好.      

复杂地质条件下组合围堰施工

在复杂的地质条件下,根据现场地质情况选择合理的围堰成为深基坑开挖过程中支护与止水的关键。结合柳州双拥大桥22号墩主塔基础施工,介绍了采用锁口钢管桩与钢筋混凝土支护桩相结合的组合围堰来进行复杂地质条件下的围堰施工技术。     

Double pot cover effect in unsaturated soils

The phenomenon of moisture increase under an impervious cover in soils due to thermal gradients is defined as the pot cover effect, which may lead to an obvious soil moisture increase in the shallow soil. This paper explores a measure of laying an impervious layer at an appropriate depth in the process of foundation treatment to eliminate the potential moisture increase in the covered soil. Because the impervious cover above the soil and the impervious layer inside the soil constitute a “double pot cover” structure, the moisture migration in the covered soil with an impervious layer is generalized as the double pot cover effect. To investigate the mechanism of the double pot cover effect and further determine the optimal depth of the impervious layer, a numerical model is established to simulate this problem. Analysis results indicate that the moisture increase under the cover varies with the depth of the impervious layer. As the impervious layer is laid at a certain depth, the moisture increase reaches a minimum value. Moreover, the double pot cover effect under different boundary temperatures is further discussed. Results show that the moisture increase in the covered soil can be significantly reduced by laying the impervious layer slightly below the freezing front (0 °C).

     

恶滩水电站围堰及4#机高边坡变形机制及加固措施研究

恶滩水电站4#机基础开挖形成40m左右的高边坡,开挖过程中,边坡上部的纵向混凝土围堰不断出现横向和纵向裂缝,监测资料表明其有明显的水平和垂直位移。本文采用弹塑性有限差分数值模拟方法,对基坑开挖过程中混凝土围堰和4#机高边坡内的应力应变状态进行分析,同时结合地质资料和现场变形观测资料分析,多角度分析了边坡的变形机制。结果表明,河水位升降变化、高边坡施工开挖、F711断层揭露以及复杂的地质条件等是变形的主要影响因素,同时采用二维塑性力学上限解方法对该高边坡的稳定性进行分析,并提出采用以预应力锚索为主的边坡加固方案。监测结果表明,加固后边坡处于稳定状态。