瀑布沟水电站砾石土心墙初次蓄水期原位钻孔渗流试验研究

目前,通常采用原型监测的方法了解土石坝运行期渗流情况,但对稳定期渗流研究较多,而未有在土石坝初次蓄水期原位钻孔渗流试验相关研究。瀑布沟水电站大坝由于788.00 m高程以上心墙较薄且早期未布置监测仪器,前期监测显示大坝可能存在抗渗薄弱区域,在初次蓄水期于心墙0+131及0+434断面进行了原位钻孔渗流试验。通过对试验成果分析并与监测成果相比较,得出大坝心墙0+131、0+434断面部分高程存在渗透薄弱带。试验结果表明,通过精心组织设计施工,进行蓄水期心墙原位钻孔渗流试验是可行且有意义的。建议对反滤层保护下的裂缝土体抗渗强度进行评价,加强心墙防渗安全监测以及时掌握心墙运行状况。其试验研究可以为其他砾石土心墙坝的设计、施工、运行期的安全提供参考。     

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。     

土石坝沥青混凝土心墙力学参数反演分析

沥青混凝土的本构模型参数与试件成型方法、试验条件密切相关,具有较大的离散性,难以准确确定。利用基于免疫学原理的遗传算法与有限元计算理论,建立了土石坝力学特性参数的反演分析方法,并编写了相应的计算程序。结合三峡茅坪溪沥青混凝土心墙堆石坝工程,利用竣工期坝体填筑现场原型监测资料,对心墙沥青混凝土的Duncan模型参数进行了反演计算。利用139 m水位的原型监测资料验证了反演成果的合理性,对沥青混凝土力学参数的合理确定提供了一条有效途径。     

高心墙堆石坝极限抗震能力初探

高土石坝需要进行极限抗震能力和地震破坏模式分析。通过坝体动力反应分析、动强度验算以及地震变形分析,综合研究了高心墙土石坝的破坏过程。认为处于抗震极限状态的大坝防渗体及上游反滤料的顶部存在动强度不足问题,进而引起坝顶地震裂缝及上游反滤料顶部液化,最终导致坝体上、下游坝坡的失稳破坏     

瀑布沟堆石坝防渗体自适应有限元分析

在深覆盖层地基上修建高土石坝,其防渗体系的可靠性是一项关键技术问题。针对瀑布沟水电站堆石坝的实际工程特点,应用自适应有限元方法,分析研究了大坝的稳定性和覆盖层中混凝土防渗墙与坝内黏土心墙接头部位的局部应力和变形情况,对比分析了不同接头形式的利弊,为设计部门推荐了合适的接头形式。     

茅坪溪沥青混凝土堆石坝填料参数反分析

茅坪溪沥青混凝土堆石坝是目前世界上最高的沥青混凝土心墙坝之一,由于上坝壳填料与设计料源有所改变,填料特性试验资料较少,有限元计算参数不准,很难客观评估大坝应力变形状态。根据大坝监测资料,采用Duncan-Chang E-? 模型和正算逆解逼近法进行参数反分析,比较客观准确地确定了坝体填料参数,计算结果与观测的实际规律或数值大小非常吻合,为蓄水期评价大坝的应力变形状态提供计算依据。     

土石坝地震永久变形参数反演方法研究

提出了一种基于径向基网络的土石坝永久变形参数反演分析模型。该模型充分利用了径向基神经网络的非线性映射能力,只需要进行少量的样本设计,即可反演坝体永久变形参数,可以解决土石坝动力参数反演计算耗时长的问题。同时在对永久变形参数进行灵敏度分析的基础上,建立考虑参数灵敏度的网络训练目标函数,进一步提高了反演精度。将所建立的模型用于紫平铺面板堆石坝地震永久变形参数反演,采用三维有限元法进行静动力分析,并采用改进的沈珠江模型计算坝体地震永久变形。结果表明,反演参数计算的大坝地震永久变形和坝体实测永久变形数值接近,趋势一致,因而所建立的模型能够有效地反演坝体地震永久变形参数,为土石坝的动力参数反演提供了一种简便、有效的方法。     

土石坝边坡稳定性分析的温控参数折减有限元法

将土石坝渗流的有限元计算和坝坡稳定分析的强度折减有限元法相结合,对土石坝坝坡的稳定性进行分析。考虑渗流作用时,首先采用有限元法计算坝体渗流场,通过迭代计算出稳定渗流的逸出点和浸润线位置,并根据水力梯度计算坝体所受的渗透力;然后将渗流分析所确定的渗流力与土体自重、浮力、地震力等荷载共同施加在坝体上,采用温控参数折减有限元法计算土石坝坝坡的临界失稳状态及其所对应的安全系数。分析结果表明,采用此方法进行土石坝坝坡稳定分析是合理的,且大大提高了计算效率     

鲤鱼潭大坝在集集地震中的变形分析

鲤鱼潭黏土心墙堆石坝在台湾“9•21”集集地震中有一定的变形损伤。为了研究大坝的地震破坏机制,分析了大坝的永久位移分布规律,同时采用有限元数据平滑方法,对大坝位移监测数据进行处理,得到了大坝的永久应变场。结果表明,大坝在强震作用下永久变形指向坝内,坝体体积整体收缩;由于反滤料孔隙水压力上升,有效应力降低,在上游坝体在反滤层附近出现拉应变;在两岸坝肩与基岩交界部位存在拉应变,易造成拉伸裂缝。     

十三陵大坝弹性参数反演与稳定性评价

为了掌握十三陵水库大坝在奥运铁人3项赛事期间受动态荷载和环境条件影响的力学效应和坝体的稳定性,基于奥运建筑荷载（建造看台和临时设施）响应的现场实测变形信息,利用正交设计反分析方法,对坝体黏土斜墙、砾质粗砂和砂质垫层3个主要土层的弹性模量进行了反演,采用反演得到的综合弹性模量对坝体受奥运建筑荷载及赛期动态加卸载过程进行了数值仿真分析。结果表明,大坝在赛期产生的最大沉降量在7.4 mm左右,最大水平位移不超过1 mm;大坝始终处于安全稳定状态,无剪切破坏和张拉破坏现象。现场坝坡测点变形监测值与数值模拟结果比较接近,表明基于实测位移反演参数的数值模拟能超前做出科学预测和定量评价。     

Response surface and genetic method of deformation back analysis for high core rockfill dams

High core rockfill dams exhibit complex deformation mechanisms because of complicated geological conditions, many material partitions and severe weather conditions. When realistic parameters cannot be obtained through laboratory tests or engineering analogies because of effects of size or time, back analysis is necessary to predict deformation characteristics. This paper proposes a method of deformation back analysis based on the response surface method and genetic optimization theory. The parameters of the creep and Duncan–Chang models for the Pubugou gravelly soil core rockfill dam are sequentially calculated. Back analysis performed using this method efficiently yields more precise results than those obtained from laboratory-determined parameters.     

基于SWCC试验数据的坝体非饱和非稳态渗流与稳定性研究

饱和-非饱和状态是土存在于自然界的真实状态,描述和解释这种状态的非饱和土力学理论在土石坝渗流、污染物传输、冻土渗流相变、边坡和路基稳定性分析等领域有着广泛的应用。非饱和土的土水特征曲线(SWCC)是非饱和土力学研究的基本内容之一,对非饱和土体渗流和稳定性分析至关重要。采用Python语言开发了非饱和渗流与稳定性分析软件包USSA和非饱和土土水特征曲线试验数据处理和模型拟合界面。对非饱和土的土水特征曲线数据进行处理,以模型拟合参数作为基本输入进行非饱和渗流场的模拟,再到非饱和土的稳定性分析,详细呈现了非饱和土渗流与稳定性分析及软件开发的全过程。基于SWCC模型的拟合参数对坝体渗流稳定性进行了分析,分析结果表明水位变化过程中坝体两侧斜坡具有明显不同的稳定性演化规律。当采用有限元强度折减法进行非饱和土斜坡稳定性分析时,最终安全系数为所有边坡安全系数演化曲线的最低包络线。     

深厚覆盖层上高砾石土心墙堆石坝变形监测分析

在深厚覆盖层上建筑的高砾石土心墙堆石坝得到迅猛发展的同时,正确地认识坝体变形规律和合理地数值模拟是不可忽视的问题。堆石坝变形的影响因素多且复杂,监测成果的分析对研究上述问题具有重要意义。以硗碛大坝的监测资料为基础,结合坝体的填筑和蓄水过程,对位于深厚覆盖层上的百米级砾石土心墙堆石坝的变形规律进行了系统分析,并与其坝高、覆盖层深度、河谷宽度等方面都具有相似性的毛尔盖大坝监测资料进行了对比分析。通过分析两座大坝监测结果,对坝体的变形特性进行了规律性总结,对湿化和蠕变作用以及水库填筑和蓄水过程对坝体变形的影响有了一定认识。分析结论可为正确认识以及合理模拟和预测同类坝体的变形特性提供参考和依据。     

基于土石坝动力特性的坝料动力参数反演

采用现行的室内外试验方法确定的土石料动力参数与实际坝料的动力参数有何差异是人们关心的问题之一。提出了基于土石坝动力特性的坝料动力参数反演方法,并使用该方法反演了一个假想混凝土面板堆石坝的坝料动力参数,证明该方法是可行的,计算精度基本满足实际工程要求。利用紫坪铺面板堆石坝在汶川地震中的余震加速度响应信息,反演了坝料的最大动剪切模量系数K和指数n。结果表明,由室内动三轴试验得到的坝料最大动剪切模量系数K值偏小,建议进一步研究予以修正。     

观音岩水电站混合坝接头结构形式研究

将无厚度接触摩擦单元,引入观音岩混合坝接头的堆石体与混凝土挡墙之间的接触面力学行为进行模拟。采用Ducan双曲线E-B模型模拟堆石体及心墙的本构关系,考虑堆石坝的实际填筑施工过程和水库蓄水过程,对接头处的结构形式进行了接触面坡度变化和水平面上转角变化的敏感性分析,以揭示竣工期和运行期不同接头结构形式接触面上的法向应力、接触状态和可能发生水力劈裂的范围,推荐最优的接头结构方案。大坝连接坝段的三维非线性仿真分析结果表明,心墙接触面上的法向正应力均为压应力,接触面坡度越陡,接触面法向压应力越小;混凝土挡墙向上游转动的转角越大,法向压应力越大。综合来看,插入式方案4的接头部位的综合防渗性能最好,因此推荐该方案为混合坝接头的结构设计方案。     

Back-analysis of soil parameters of the Malutang II concrete face rockfill dam using parallel mutation particle swarm optimization

Deformation control is a central problem in earth-rockfill dam design. The finite element method (FEM) is the primary method used to analyze and predict the deformation of earth-rockfill dams. The parameters of the constitutive model of soil used in earth-rockfill dams determine the FEM analysis results. Using prototype monitoring displacements, the soil parameters of the Malutang II concrete face rockfill dam were back-analyzed using parallel mutation particle swarm optimization. The calculated displacements of the back-analyzed soil parameters are consistent with the prototype monitoring results. The parallel mutation particle swarm optimization has a high optimization rate and can be used in large-scale practical engineering applications. The back-analysis results indicate that the deformation moduli of rockfills in the Malutang II are affected by construction situ.     

米箭沟尾矿坝加高方案渗流场数值分析

米箭沟尾矿坝为了进行加高设计而进行了尾矿库区的地质钻孔勘探。基于实际钻孔勘探成果的最佳反演分析各分区-尾矿砂、风化岩体和初期坝堆石体的模型渗透参数和加高设计方案,采用三维有限元数值计算方法,应用自主开发的3D-Seepage-Stress程序进行了该尾矿坝加高后渗流场数值分析,得出渗流场各要素分布图。可以看出,在此加高方案下,尾矿坝库区浸润线和溢出点都很高,不利于尾矿坝的稳定安全和运行管理。为此提出了在加高方案设计中加强排渗设施设计的初步方案与建议。     

吉林抚松老松江水电站坝基和坝体应力应变分析

以岩土力学为基础的土坝设计方法,能够定性和半定量地分析坝体和地基稳定性、估算坝体和地基的沉降量,而不能全面分析地基和坝体内部应力应变状态.采用邓肯E-K模型,对水电站坝基和坝体在填筑和蓄水条件下的应力和变形进行了动态模拟计算,结果表明,坝体和心墙垂直和水平变形在竣工和蓄水期均符合规范要求,心墙在蓄水期间不会产生水力劈裂.     

Deformation behaviour of Talbingo Dam

Talbingo Dam is a well instrumented, 162m high rockfill structure with an upstream sloping silty clay core, located in the southern New South Wales, Australia. A non-linear finite element analysis of its behaviour was carried out under plane strain conditions, simulating its construction, reservoir filling and steady seepage loading stages. Material parameters are determined from triaxial tests on the rockfill, core, filter and transition materials, compacted to field dry density and moisture content. All materials show non-linear stress–strain behaviour, with rockfill exhibiting work softening at large strain. Mohr envelopes for rockfill are slightly curved but linear approximations are acceptable. When compared with stresses and deformations at maximum cross section, the analytical results show good agreement in most areas. A non-linear model for pore pressure response is used successfully to predict the high pore pressures in the lower region of the core. A stability analysis performed for the end of construction stage, based on finite element stresses, shows that the design safety factors are slightly conservative.