混凝土面板堆石坝堆石料流变特性试验研究

采用大型三轴仪对公伯峡水电站面板堆石坝坝内3种主要堆石料的流变特性进行了试验研究,分析了堆石料流变的影响因素,重点研究了应力状态对流变的影响,探讨了流变的规律性,发现堆石料的流变随时间呈指数型衰减,符合Merchant模型描述的变形规律。研究了堆石体流变模型,提出了最终体积流变和最终剪切流变的表达式。     

一个用于面板坝流变分析的堆石流变模型

在前人工作的基础上, 从宏观上建立了一个用于面板坝流变分析的堆石流变模型: 堆石的瞬时弹塑性变形由椭圆-抛物双屈服面模型确定,并计入时间效应, 由双曲线函数经验公式计算堆石与时间有关的粘塑性变形。通过现场实测结果的反分析验证了模型的可靠性。     

应力路径对堆石体变形的影响

通过改变填筑程序,对一200 m级高面板堆石坝工程实例进行了应力-应变仿真模拟,分析表明：采用邓肯E-B非线性弹性模型和中点增量法,可以合理地反映出施工加载过程对坝体变形和结构性态的影响;堆石体的变形与加载的方式有关,相同的应力水平、不同的应力路径,其变形是不同的;对需分期填筑的高面板堆石坝,优选填筑次序对控制坝体变形有明显的作用。结果对工程建设有实际意义。     

流变效应对高混凝土面板堆石坝应力变形的影响

采用三维非线性有限单元法对牛牛混凝土面板堆石坝施工期和蓄水期的应力变形进行模拟计算,并结合沈珠江提出的指数型曲线流变模型,采用自行编制的有限元程序对大坝进行了三维流变分析,得到了坝体、面板在各个时期的应力和变形情况,以及堆石流变对坝体应力变形的影响;计算面板和周边缝位移时采用了三维子模型法,根据实际的坝体填筑、蓄水过程,对每一期面板浇筑之前的坝体上游面位移进行修正,并通过在面板与堆石体之间设置三维面-面摩擦接触单元,来有效模拟面板的应力、变形,为该坝的进一步优化设计提供了有益的建议。     

考虑堆石体流变效应的高面板坝最优施工程序研究

考虑高面板坝堆石体的流变变形效应对堆石体的最优施工碾压进度方案进行了研究。结果表明,堆石体的本身流变变形特性对不同施工碾压进度方案下的面板垫层变形影响较大。堆石坝不同材料分区的特点从客观上决定了高堆石坝必然存在一个较优的施工填筑上升方案。堆石体均匀上升的填筑进度方案的面板垫层法向最大位移较小,且沿面板坡向的分布比较均匀,对面板与垫层间的协调变形有利。从最优填筑方案的角度来看,建议高堆石坝采用均匀上升的碾压施工程序。     

岗曲河混凝土面板堆石坝三维静力应力变形分析

采用邓肯模型对岗曲河面板堆石坝进行了三维有限元分析,研究软岩填筑层对坝体工作性能的影响,计算混凝土面板与岩石填筑层的位移和应力及周边缝变形。结果表明,由于受到下游堆石3D软岩填筑区的影响,坝体最大横断面最大沉降略偏向下游,总沉降量约为坝高的0.2 %,面板周边缝位移的绝对值一般都小于2 cm,周边缝的止水设计需注意选择合理的止水形式和填缝材料,由于坝址河谷狭窄,受岸坡约束,三维效应对坝体的应力变形影响较明显,为设计施工提供了参考。     

流变变形对高面板堆石坝面板脱空的影响分析

面板堆石坝尤其是高面板堆石坝的运行实践表明,堆石的流变现象比较显著。采用基于直接约束算法的接触力学分析方法模拟了混凝土面板和堆石体之间的接触关系。考虑堆石体的流变特性,并结合天生桥一级面板堆石坝的现场观测结 果,对高面板堆石坝中的面板脱空问题进行了有限元计算分析,研究了坝体流变变形对面板脱空和垫层亏坡问题的影响。     

紫坪铺混凝土面板堆石坝应力-应变分析

利用考虑剪胀性和应变软化性的K-G模型和目前应用较广泛的E-? 模型,对紫坪铺混凝土面板坝进行了二维有限元应力-应变对比计算分析,同时将分析结果与采用双屈服面弹塑性模型三维有限元计算结果以及已建其他工程观测资料比较,得到了坝体应力-应变规律,表明这种K-G模型计算所得的沉降和水平位移在正常范围内,尤其是水平位移的计算明显比邓肯-张E-? 模型计算结果合理,初步验证所建议模型的合理性。     

复杂应力路径下堆石体本构模型比较验证

目前对堆石体应力-应变关系特性的研究主要建立在常规三轴试验的基础上,对复杂应力路径上堆石体本构模型的验证工作尚不充分。利用糯扎渡高心墙堆石坝主堆石料复杂应力路径大型三轴试验成果,对国内常用的堆石体本构模型--邓肯-张EB模型、清华非线性解耦KG模型和沈珠江双屈服面模型进行了比较和验证。结果表明,邓肯-张EB模型通常会夸大堆石体的体积压缩变形,其加卸载准则无法正确判别一些复杂应力路径的加卸载状况,清华KG模型和沈珠江双屈服面模型对堆石体复杂应力路径的适应性相对较好。     

堆石料湿化对混凝土面板堆石坝应力变形特性影响研究

心墙堆石坝的湿化变形已经为人们认识和重视,面板堆石坝由于上游有混凝土面板挡水,其湿化变形很少引起重视,但由湿化变形比较明显的堆石料填筑的坝体,在降雨过程中往往产生较大湿化变形,影响混凝土面板的工作性状。本文研究提出了大气降水引起堆石体达到一定饱和度情况下湿化变形的计算方法。进行了滩坑水电站混凝土面板堆石坝堆石料湿化变形试验,采用弹塑性平面有限单元法,分析研究了堆石料浸水湿化对坝体应力变形以及混凝土面板应力变形性状的影响。     

公伯峡面板堆石坝流变变形的反演分析

采用沈珠江等提出的流变模型,根据公伯峡面板堆石坝坝体填筑竣工到蓄水前的沉降监测资料,进行反演分析得到相应的流变参数,并用该参数对大坝应力变形进行了计算分析。沉降点监测值和计算值变动规律比较一致,说明了流变模型的有效性;由于坝体堆石料的流变,面板的受力变形在运行期内呈现一定规律性的变化,并逐渐趋于稳定     

龙首二级面板堆石坝三维真非线性地震反应分析和评价

基于土石料三维粘弹塑性动力本构模型,并采用新型三维各向异性有厚度薄单元来模拟面板和堆石的接触面特性,建立了高面板堆石坝地震反应分析的三维真非线性动力分析方法.利用坝料动力特性的大型三轴试验成果,分析计算了龙首二级(西流水)面板堆石坝的地震反应,主要包括加速度反应、堆石体应力反应及坝体单元抗震安全系数、面板应力反应和变形及接缝位移、高趾墙动力反应等.为大坝的抗震设计提供了有力的技术依据.     

面板堆石坝垂直缝破坏下三维渗流场有限元模拟

采用改进节点虚流量法求解无压稳定渗流场,并引入无厚度的裂缝模型对破坏的垂直缝渗流行为进行模拟,得到面板堆石坝裂缝渗流问题的有限元分析方法,并编制Fortran程序。以某混凝土面板堆石坝为例,计算了面板单一垂直缝破坏和多条垂直缝破坏条件下的三维渗流场,得到不同条件下渗流场的水头分布、浸润线以及渗漏量,系统分析了面板堆石坝在垂直缝破坏条件下的稳定渗流场规律和特点。结果表明,该方法能对渗流逸出点和浸润线进行准确定位,还能很好地模拟面板垂直缝破坏对坝区渗流场的影响,可以为面板堆石坝的接缝设计提供参考。     

混凝土面板堆石坝中过渡区的渗流控制作用研究

在面板完好的条件下,面板堆石坝坝体的渗透稳定性很容易满足要求;在面板止水破损和面板失效的不利条件下,过渡区的渗流控制作用对于大坝的渗透稳定性具有关键意义。结合水布垭大坝实例,通过层间系数的分析,认为必须通过试验研究过渡料对垫层料的反滤保护作用。通过反滤试验研究了水布垭全级配过渡料对垫层料的反滤效果和渗透变形规律,结合已发表的研究成果进行综合分析,探讨了过渡区的渗流控制作用机制：过渡料与主堆石区一起,可对坝体起到很好的排水作用;在面板止水破损和面板失效的不利条件下,垫层料内部可能会发生颗粒迁移和内部结构调整,但在过渡料的反滤保护作用下可维持渗透稳定;初次遇到这种工况时,过渡区自身会有少量细粒流失,但其骨架将维持稳定,借助于主堆石区的支撑作用,过渡区将继续发挥其反滤和排水的双重作用。     

基于组合指数型流变模型的堆石坝流变分析

由于3参数、6参数、7参数指数流变模型以及Merchant模型和H-K模型均仅有一个指数式进行堆石坝流变收敛率调节,难以同时合理地反映蓄水初期和蓄水后期的堆石坝沉降变化规律;而9参数幂函数流变模型虽然可以较好地反映堆石坝的沉降变化规律,但数学运算较复杂。类比混凝土热学力学性能变化规律的组合指数式,从唯象角度建议了一种既能较好地反映堆石坝流变变形规律,又便于数学运算的组合指数型流变模型,并推导了组合指数型流变模型有限元计算公式。实例分析表明,组合指数式只需取2项,由于具有2个指数式协调调整,可较好地反映堆石坝流变变形规律且数学运算方便;而一个指数式流变模型是组合指数式流变模型的特例,难以合理反映蓄水后期堆石坝的沉降变化规律。     

挤压墙工法对面板堆石坝应力变形影响规律研究

利用三维有限元数值模拟方法,分析了采用挤压墙的面板堆石坝的应力变形规律。与不采用挤压墙和采用半挤压墙型式的方案进行比较,研究了挤压墙的存在及其型式对于面板堆石坝应力变形响应的影响。计算结果表明,挤压墙的存在及其型式对于坝体的应力变形以及面板挠度变形影响较小;对面板的应力分布情况有一定影响,但不会对面板安全性产生明显影响;挤压墙的存在有利于减小周边缝的沉陷变位。     

水布垭超高面板堆石坝变形控制方法研究

通过对已建水布垭超高面板堆石坝的设计经验总结,从数值分析、工程类比、坝体分区,堆石体材料压实标准、施工填筑程序、面板浇筑时机、面板浇筑时其顶部与临时坝顶的高差等方面探讨变形控制方法,归纳、总结了水布垭超高面板堆石坝变形控制的基本思路,以减小施工期坝体的不均匀沉降,改善面板在施工期、运行期的应力变形状态。