高堆石坝心墙渗流特性离心模型试验研究

高土石坝在施工期心墙会产生超静孔隙水压力,且难以有效消散,蓄水后心墙从非稳定渗流状态到稳定渗流状态,因此,渗流特性异常复杂。目前,有限元方法进行渗流计算不能考虑施工期引起的孔隙水压力,因而不能完全了解土石坝的渗流特性。长河坝为砾石土心墙堆石坝,最大坝高为240 m。利用离心模型试验技术,通过分析长河坝施工期和运行期心墙的孔隙水压力的产生和消散变化规律研究大坝心墙的渗流特性。试验结果表明,心墙孔隙水压力经历施工时的增长期、竣工后的消散期、非稳定渗流时的增长期和消散期、稳定渗流时的稳定期5个阶段。心墙高程不同、填筑含水率不同,各阶段的孔隙水压力和历时也不同。心墙位置越高或填筑含水率越大,施工期孔隙水压力系数越大,形成稳定渗流所需时间越短。心墙位置越高或填筑含水率越小,心墙位势越大,非稳定渗流期心墙位势大于稳定渗流期。研究成果对高心墙堆石坝设计和施工具有指导意义。     

黑河黏土心墙土石坝分期位移反分析

高心墙土石坝的安全性评价问题涉及到土坝的变形与渗流规律及相关力学参数的确定,是当前土力学研究的热点与难点之一。由于土石坝受施工过程中施工工艺、施工方法和施工质量以及运行期运行环境和管理方法的影响,土石坝坝料的实际力学参数与原设计参数有一定的差别。为获得西安黑河黏土心墙土石坝大坝填料实际的力学参数,利用大坝的应力、变形与渗流观测资料,通过深入分析大坝变形机制和渗流特征,建立了黑河黏土心墙土石坝变形与荷载之间的对应关系,提出了基于准饱和土固结理论的心墙土石坝分期位移反分析的思路与方法,实现了心墙土石坝施工期、运行期全过程反演。结果表明该方法可反演得到心墙土石坝填筑材料的主要参数（邓肯-张模型）、心墙渗透系数及湿化变形参数。反演思路与方法对同类工程设计与反分析具有参考意义。     

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。     

砾石土心墙堆石坝施工期孔隙水压力分析

土石坝在施工过程中会在大坝心墙中产生超静孔隙水压力。对于高土石坝,施工期心墙防渗体内产生的超静孔隙水压力难以有效消散,因此坝体内部可能会出现较高的孔隙水压力。结合监测资料分析了填筑料的含水量和施工进度对心墙内孔隙水压力的影响。坝体内的高孔隙水压力对大坝的稳定性和安全性会产生重要影响。因此,加强施工期孔隙水压力的监测与分析工作,对于指导施工与设计,保证大坝的安全具有重要意义。     

高堆石坝砾石土心墙施工期应力监测与分析

对于高堆石坝,施工期心墙内部是否会出现过低的竖向土压力或较高的孔隙水压力对施工期以及蓄水期大坝安全稳定具有重要意义。以施工期砾石土心墙应力监测资料为基础,结合施工进度和过程资料,分别从时间、空间和影响因素分析砾石土心墙施工期竖向土压力和孔隙水压力,以期对土质心墙高堆石坝的设计理论和施工措施的完善具有促进作用。竖向土压力主要和土重度、土柱厚度和拱效应有关,沿坝轴线基本为对称分布;心墙拱效应最强烈的部位大约在1/3坝高处坝轴线附近;存在拱效应的高程土压力呈驼峰状分布,坝轴线附近土压力最小。孔隙水压力主要和竖直土压力、含水率有关。在大坝填筑过程中,应加强心墙土料和上下游坝壳含水率的控制,避免过高孔隙水压力的产生,并降低拱效应的影响。     

那兰水电站混凝土面板堆石坝监测资料分析

介绍了那兰水电站混凝土面板堆石坝监测设计布置,以两年来大坝施工期和蓄水期监测资料为基础,分析了大坝的变形、渗流、应力、应变以及面板与坝体联合受力特性,对坝体施工质量和蓄水后的安全稳定性进行了初步评价,提出了电站运行中需要关注的问题,可供类似工程参考。     

心墙堆石坝应力状态对渗流场影响的有限元分析

一般对土石坝进行渗流分析时都未考虑坝体的应力场对渗流场的影响。然而,在土石坝的蓄水过程中,坝体内的应力状态复杂且变化大,对渗流场的影响也较大。因此,忽略应力场对渗流场的影响必然造成一定的误差。用有限元方法对心墙堆石坝体蓄水过程中考虑和不考虑应力场影响的渗流场进行对比分析,计算结果表明,渗流-应力耦合作用下坝体局部压密变形,渗透流速减小,心墙下游出逸区域的水力坡降峰值明显高于非耦合值。因此,渗流分析时有必要考虑应力场的影响,否则会得出偏于危险且对工程不利的结果     

掌鸠河云龙水库大坝施工期及蓄水初期监测分析

阐述了云南掌鸠河云龙水库粘土心墙坝在施工期和蓄水初期,粘土心墙渗流及应力变化规律及特征值,对心墙的施工质量进行了初步评价。分析了坝体、坝基蓄水前后的渗流变化情况,对粘土心墙的工况和帷幕阻水效果进行了初步评价,并对心墙蓄水前后的土压力进行了定性分析     

小主应力方向加载条件下的掺砾黏土真三轴试验

对土石坝心墙掺砾黏土开展模拟心墙单元小主应力方向加载的真三轴试验,首先对试样进行不同围压条件下等向固结,然后保持小主应力恒定,通过调整大主应力和中主应力,以模拟土石坝竣工后的初始三向应力状态。试验过程中保持大主应力和中主应力恒定,从小主应力方向单向加载,以模拟土石坝蓄水过程中心墙单元所经历的应力路径。试验结果与常规三轴试验以及复杂应力条件下大主应力方向真三轴加载试验结果都有显著不同。不同初始应力条件下,不同主应力方向的初始切线模量和初始切线泊松比的变化规律非常复杂,应力–应变显现出明显的各向异性。在心墙堆石坝施工过程及蓄水过程中,心墙单元所经历的应力路径明显不同,合理的土体本构模型应该对这种由于加荷路径不同所引起的不同方向模量和泊松比进行合理描述。     

库水升降对新疆阿勒泰地区某土石坝渗流影响的研究

库水升降会改变土石坝原本稳定的渗流场,进而影响坝体的安全和稳定,为研究库水升降速率对土石坝渗流的影响,在GeoS tudio中建立了新疆阿勒泰地区土石坝的坝体—坝基二维模型,采用非饱和渗流模型计算了坝体在不同定水位及库水升降诱导下的孔隙水压力和浸润线变化情况。结果表明:坝体稳定性随库水定水位的升高而降低,库水升降速率过快均会造成坝体内浸润线严重滞后,渗流场平衡不及时,稳定性恢复过慢等不利影响,建议加强土石坝的运行管理和区域水文气象监测,防止库水水位突升、突降,保障大坝安全。     

阿青水电站沥青心墙坝渗流分析与控制

水电站的渗流计算分析是一项复杂而在设计中又极其重要的工作,很难获得符合实际的渗流分析结果。结合阿青水电站的渗流控制分析,全面阐述了水电站渗流分析中熟悉工程概况和水文地质条件,明确分析任务、概化模型、剖分网格、选取材料参数,确定了计算方案和边界条件,整理分析计算结果,进行方案比较,分析了参数敏感性的方法和过程,认为应做好上述每一个环节,对全面把握工程的渗流性状,进行防渗排水体系的方案选择和优化的重要意义。分析表明,河床最大剖面的渗流量不一定比较低坝高剖面的渗流量大,狭窄河谷心墙堆石坝坝体和坝基总的渗流量,也可能比大坝最大剖面的渗流量与坝轴线长度的乘积大。     

心墙堆石坝渗透稳定可靠性分析的随机响应面法

将大规模渗流有限元计算与随机响应面法相结合,对双江口心墙堆石坝进行渗透稳定可靠性分析。在基于随机响应面法的可靠度分析框架内,堆石坝稳定渗流有限元计算过程和可靠度分析过程分开独立进行,通过对心墙渗透坡降较大区域的节点建立统一的渗透稳定功能函数,采用渗流有限元分析方法和随机响应面法,计算出该区域每个节点处的渗透破坏失效概率,并将最大失效概率作为心墙的失效概率。最后,分析了心墙渗透系数、覆盖层渗透系数、上游水位与心墙具有最大失效概率节点处渗透坡降的相关关系,以及心墙渗透系数和上游水位的变异性对心墙渗透破坏失效概率的影响。计算结果表明,随机响应面法3阶Hermite展开就能够保证良好的计算精度,且计算耗时较小;双江口堆石坝心墙具有最大失效概率节点处的渗透坡降与上游水位密切相关,而与心墙本身的渗透系数呈弱负相关关系,与覆盖层渗透系数的相关性不显著;随着上游水位变异性的增大,心墙失效概率急剧增大,而这种效应对于心墙渗透系数并不明显。研究成果为随机响应面法在实际工程中的应用奠定了一定的基础。     

Evaluation and treatment of seepage problems at Chapar-Abad Dam, Iran

Engineering geological properties of the ground at the Chapar-Abad Dam were investigated in order to evaluate seepage problems and to select a proper method of water-proofing prior to construction. The dam is located to the northwest of Iran and is undergoing construction phase. The geology of the site consists of a series of Early Cambrian limestones and shales that crop out on the abutments and a valley that is filled by 60 m of alluvium deposits. The presence of thick alluvium deposits with various coefficients of permeability along the foundation demonstrates a possible seepage problem after water impoundment in the reservoir. The potential of water seepage was evaluated by the study of joint systems of the rock units, the use of numerical analysis to simulate water flow in the ground, and by conducting in-situ tests to estimate the permeability's values. Based on the obtained results and by reviewing many types of water-proofing methods regarding cost, feasibility and safety factors, the installation of a grout curtain is suggested.     

国产GB-InSAR在特大型水库滑坡变形监测中的应用

水电站库区特大型滑坡的稳定性对于水电站坝工结构及周边人民生命财产安全具有重要影响,对该类滑坡稳定性及变形趋势进行大范围实时精确观测可为滑坡提供可靠的预警和治理信息,具有十分重要的意义。水电站库区滑坡传统监测方法主要以GNSS监测,全站仪监测等为主,本研究将国产先进的地基干涉合成孔径雷达系统LKR-05-KU-S100,应用于澜沧江大华桥水电站沧江桥—营盘滑坡和大华滑坡的监测。现场监测试验表明,该系统精度较高,可进行远距离、全天时、全天候、大范围监测,对于大型及特大型滑坡的监测具有独特的优势和广阔的应用前景。     

金沙江其宗水电站上坝址深厚覆盖层钻进工艺探讨

其宗水电站属峡谷区修建的高坝、大库,最大坝高达358 m左右。深厚覆盖层的钻探取样是了解其成因及工程地质特性的必需手段,也是水电水利工程地质勘察工作的重要手段。由于覆盖层厚度大,组成物质分选性差,给钻探取心工作带来了困难。而取心质量直接关系到工程地质勘察资料的准确和详实。通过特殊钻具及SM植物胶钻井液的运用,提高了深厚覆盖层取心质量。结合其宗水电站的工程实例,对该地区深厚覆盖层钻进与取心工艺进行了探讨。     

深部岩体地应力瞬态卸载诱发振动效应的影响因素

针对深埋隧洞爆破开挖振动控制,以瀑布沟水电站2#引水隧洞爆破开挖为工程背景,讨论了地应力瞬态卸荷诱发振动特征及影响因素,并结合实测数据采用数值模拟的方法进行了验证分析。研究发现：中、高地应力条件下开挖面初始应力的瞬间释放诱发的振动是爆破开挖诱发振动的重要组成部分;当波阻抗一定时,开挖面初始应力动态卸荷诱发振动由地应力水平、开挖面初始应力、开挖面面积和振动衰减指数共同决定,动态卸荷诱发振动最强段发生在开挖面的初始应力和开挖面面积综合效应最大的位置;深埋隧洞爆破开挖振动的强度是由爆炸荷载和开挖面初始应力动态卸荷效应共同决定的,减小炮孔排距和进尺、采用较小洞径和分部开挖能有效降低地应力瞬态卸荷效应强度,控制深埋隧洞的爆破振动强度。     

极端条件下心墙泥浆料的渗透反滤试验研究

高土石心墙坝的渗透稳定性在很大程度上依赖于反滤层对心墙料的反滤保护作用。心墙在大坝蓄水和长期运行的条件下,要经历复杂的填筑加载、浸水饱和与水荷载的作用,在差异沉降、复杂结构应力作用、水力劈裂和渗透水流作用下,心墙一旦出现裂缝,其渗透稳定性及反滤层的保护作用就将面临严峻的考验。针对这一问题,设计了专门非常规的抛填土料反滤试验和泥浆渗透反滤试验,模拟心墙裂缝条件下其颗粒被冲刷起动后,被反滤料阻挡和淤积过程。试验结果表明,心墙料和反滤料满足反滤准则条件下,心墙颗粒被拦截和淤积在反滤层上游表面,反滤料能有效防止心墙颗粒的流失,反滤层在极端条件下对心墙料仍能起到有效的反滤保护作用。     

特高坝地基深大断裂活动性与筑坝工程地质问题研究

某拟建水电站为高坝大库,挡水建筑物系200m级碾压混凝土重力坝,系我国在境外投资建设的重大能源项目之一。该水电站位于一条区域性的深大断裂（F₄断裂）上,该断裂的活动性以及涉及的筑坝技术可行性为本工程的重大技术课题,关乎水电站成立与否的关键。为此开展了区域地震地质调查、物探、钻探、硐探、断裂物质测龄以及岩土物理力学性质现场和室内测试等大量工作,研究表明:（1）该断裂地震活动微弱,最新活动年龄14.2万～79.8万年,是一条晚更新世以来不活动的断裂,为非活动断层;（2）F₄断裂对水坝建设存在影响的部位主要为碎裂岩带和F_4-1、F_4-2断层,其中微新碎裂岩多为Ⅲ_1B类岩体,仅F_4-2断层下盘影响带内的碎裂岩岩体为Ⅳ_1B类岩体,F_4-1、F_4-2断层带工程性质差,为Ⅴ类岩体,是坝基最软弱的部位;（3）在F₄断裂带上筑坝,建库后诱发构造型水库地震的可能性小,存在的主要工程地质问题为坝基变形和渗漏、渗透稳定问题,可通过适当深挖,并结合回填混凝土塞、固结灌浆、加深加密帷幕孔以及增加帷幕排数等工程措施予以处理。因此,F₄断裂带上可以兴建水电站工程,筑坝技术可行。结果可为该水电站设计、施工提供技术依据,为类似工程提供技术参考。     

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。