洪家渡高面板堆石坝设计、施工及初期运行

作为国家＂西电东送＂首批开工项目之一的洪家渡水电站,2005年已全部完建.洪家渡高面板堆石坝建设难度大,无成熟经验可供借鉴,在设计和施工中融贯了全新的筑坝理念,采用了坝体变形集成控制、接缝止水新结构和新材料、冲碾压实、等宽连续窄趾板等多项新技术新材料.目前大坝运行稳定、正常,坝体最大沉降132cm,占坝高0.74%,面板无结构性裂缝,渗漏量小于20L/s.     

复杂地形条件下高面板堆石坝动力反应分析

面板堆石坝具有良好的抗震能力的特性已被数次强震证明,但其动力反应依然是一个值得关心的问题,尤其是在坝高跨入300 m级、河谷地形条件较复杂等情况下。采用等价黏弹性模型,对复杂地形（河谷呈不规则“W”形）条件下高面板堆石坝的动力反应进行分析,得出复杂地形条件下混凝土面板堆石坝（CFRD）坝体、面板的动力反应分布较单一地形条件下复杂,但规律基本相同;最大的动力反应加速度发生在坝体最大断面坝顶位置,最大竖向动位移约为坝高的0.3%;受右岸古河床和左岸陡边坡的影响,右岸的轴向和顺河向动力加速度放大倍数大于左岸,垂直向动力加速度放大倍数反之;古河床位置有一个明显的沉降区域。根据分析结果,复杂地形条件下高面板堆石坝的破坏形式主要有下游坝坡失稳破坏、面板拉裂和震陷超标等。最后提出可采取的抗震措施以供讨论。     

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。     

高土石坝裂缝分析的变形倾度有限元法及其应用

土石坝张拉裂缝一般由坝体的不均匀沉降变形引起,是土石坝破坏的主要诱因和表现形式之一。将基于现场沉降监测资料的传统变形倾度法进行了扩展,通过在有限元计算程序中嵌入变形倾度计算模块,发展了基于有限元变形计算的变形倾度有限元法。该方法简洁实用,方便与常规有限元变形计算相耦合,可作为在工程设计阶段分析和估算土石坝是否会发生表面张拉裂缝的实用方法。应用所发展的变形倾度有限元法,以糯扎渡高心墙堆石坝工程为例,进行了坝体后期变形引起坝体表面发生张拉裂缝的敏感性计算分析,探讨了高土石坝变形倾度的分布规律以及与坝体后期变形的关系,发现对糯扎渡高心墙堆石坝,坝顶后期沉降最大值小于坝高0.39%,可作为防止发生坝顶横向张拉裂缝的控制工况。通过工程实例的计算,说明提出的方法可用于高土石坝的裂缝预测分析。     

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。     

贴坡型混凝土面板堆石坝三维非线性分析

利用堆石坝对地形条件适应性强的优势,将混凝土面板堆石坝设计建于条形山脊上,依天然坡面分别贴岩坡填筑堆石料,使原山体成为坝体一部分而形成的混凝土面板堆石坝,称之为贴坡型混凝土面板堆石坝。利用目前应用较为广泛的邓肯E-B模型,基于ABAQUS提供的2次开发用户子程序,对某贴坡型混凝土面板堆石坝施工填筑期和水库蓄水运行期的应力与变形进行模拟分析。计算结果表明,受地形和岩坡开挖形态的影响,贴坡型混凝土面板堆石坝的坝体变形规律与常规混凝土面板堆石坝有较大的不同,坝体沉降、水平位移以及面板的变形都较小;阶梯状的建基面凸角处有明显的应力集中,相应部位的应力水平较高。计算成果可为优化设计提供合理的建议和有效的措施。     

大型混凝土面板堆石坝的监测和变形研究

混凝土面板堆石坝(CFRD)是世界公认的最经济的大坝类型。由于混凝土面板堆石坝的高度可能超过200米。故其安全取决于正确的设计、施工以及在施工和运行期间对实际操作的监测。影响凝土面板堆石坝安全的主要问题是混凝土面板的变形,在水库蓄水过程中,坝体在水荷载和堆石体变形的作用下,迫使上游混凝土板发生变形。水库蓄水时混凝土面板的位移不应超过最大允许值,这样才能保持混凝土面板的结构完整性。在典型的面板堆石坝中,混凝土面板是在堆石坝施工结束后进行施工的,在水库蓄水过程中,对混凝土面板的位移进行估算并验证这些位移是否低于与混凝土面板结构完整性相适应的位移是非常重要的。由于原始模型参数的不确定性,为了改进和验证模型,需要对大坝及其周围环境进行详细的定点监测。本文通过监测和有限元分析结果,以新疆某水利枢纽工程的主坝为例进行了研究。研究结果:监测结果与有限元分析的实时融合情况表明,混凝土面板的变形在库水位达到最大水位之前就已达到临界值。这些信息可以给工程团队提供启示,以采取适当的行动,从而防止混凝土面板的开裂。     

面板堆石坝坝顶加速度沿坝轴线分布规律

对面板堆石坝进行三维动力反应计算分析,采用等价线性化模型以不同坝体高度、不同河谷形状为对象,研究了输入不同地震波坝体的反应。结果表明,在坝高相同、基础输入加速度不变情况下,随河谷宽度增加,坝顶坝轴线最大加速度位置由中间向两岸对称移动;对狭窄河谷,最大加速度在坝轴线中间坝顶部位,对宽阔河谷,最大加速度在靠近两岸的部位,这一结果否定了以往对宽河谷采用二维动力计算结果的做法。进而提出对高面板堆石坝,地震反应除应给出沿坝高的地震放大系数外,还应给出沿坝轴线的地震放大系数。     

混凝土面板堆石坝蠕变沉降经验模型及其应用

根据岩土材料Merchant、Bergers和Butterfield蠕变模型的基本形式,建立3种预测混凝土面板堆石坝蠕变沉降经验模型。以蒲石河混凝土面板堆石坝为例,采用非线性有限元方法数值模拟堆石坝的顺序填筑过程。根据堆石坝沉降现场观测数据,采用回归分析方法确定3种沉降经验模型中的待定参数,确定堆石坝的蠕变沉降随时间的变化关系。工程实践应用结果表明,所提出的堆石坝蠕变沉降经验模型具有较高的拟合和预测精度,堆石坝的蠕变沉降除与时间有关之外,还与观测点的应力状态和位置以及堆石料的变形模量有关。     

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。     

混凝土面板堆石坝应力变形长期性状有限元模拟

为了获得混凝土面板堆石坝长期力学行为（尤其流变变形对混凝土面板堆石坝工作性状的影响）定量分析成果,运用ABAQUS有限元对国内某抽水蓄能电站混凝土面板堆石坝进行了数值模拟。采用考虑非线性强度的改进双屈服面流变模型描述堆石料长期力学性能,其中瞬时塑性变形采用改进双屈服面模型确定,而黏塑性流变变形采用指数衰减函数定义。有限元分析获得坝体、单元和面板在填筑期、蓄水期与运行期的应力与变形一般规律。结果表明：运行阶段堆石流变变形对混凝土面板堆石坝应力、变形性状产生显著影响。研究结论有益于进一步了解和合理预测混凝土面板的长期性能。     

砂砾石覆盖层上的面板堆石坝施工期沉降变形分析

厚层砂砾石覆盖层具有较大的压缩性,在其上修建的面板堆石坝可能产生很大的沉降变形。为研究坝体与坝基的沉降变形特征,以榕江县龙塘水库为例,在考虑地基覆盖层孔隙水压力的条件下,利用Geo Studio软件的SIGMA/W有限元模块对大坝及坝基进行了二维有限元模拟计算;结果表明:在大坝自重荷载的作用下,砂砾石覆盖层产生的垂向位移较大,对面板堆石坝的沉降变形会产生较为明显的影响;但大坝沉降变形仍然在合理的范围内,在砂砾石覆盖层上修建面板堆石坝具有一定的可行性。     

堆石体流变对混凝土面板坝应力变形特性的影响

简要介绍了公伯峡水电站混凝土面板堆石坝坝内堆石料流变试验结果和流变计算模型。采用三维有限单元法对公伯峡水电站混凝土面板坝进行了模拟计算,对比了考虑堆石料流变和不考虑流变的计算结果,分析研究了堆石料流变特性对坝体变形以及对混凝土面板应力变形和周边缝位移的影响。     

超高沥青混凝土心墙高应力水平的降低措施研究

随着沥青混凝土心墙堆石坝的快速发展,超高沥青混凝土心墙堆石坝建设迎来了前所未有的机遇,但随着坝高的增加,心墙的安全挑战也变得异常突出。基于应力水平的定义,提出降低超高沥青混凝土心墙高应力水平的措施,依托心墙应力水平的敏感性研究,推算了独立满足和综合满足心墙屈服剪切破坏控制标准的心墙材料强度参数（最敏感材料参数）取值范围。研究表明,心墙应力水平随坝高和河谷岸坡坡比的增加而显著增大;心墙破坏比 、黏聚力 和内摩擦角 属于高敏感性参数;增大心墙破坏比 、黏聚力 和内摩擦角 能够显著地降低心墙应力水平;推荐适宜建设超高沥青混凝土心墙堆石坝的心墙破坏比 、黏聚力 和内摩擦角 取值范围： 0.8、 0.4 MPa和 31.5°（坝高 200 m）,且随坝高的增长梯度按5%/25 m、15%/25 m和5%/25 m进行调整。     

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。     

电位器式位移计在土石坝安全监测中的应用

主要介绍电位器式位移计多功能性在几个工程中的应用情况。以单支电位器式位移计为核心组成的TS型土位移计用于观测心墙与岸坡混凝土垫层的剪切位移或拉伸位移,该仪器已经在多座心墙堆石坝应用,及时地监测了心墙的变形状况。以双支电位器式位移计为核心组成的TST型面板脱空位移计用于监测面板的脱空变形和剪切变形,为面板脱空处理的方案的确定以及对面板脱空处理后的效果的判断提供依据,该仪器已经在国内的高面板堆石坝成功应用,及时获得了面板脱空数据及变化曲线。以三支电位器式位移计为核心组成的TSJ型周边缝测缝计用于监测周边缝的开合度和剪切变形、垂直面板方向的沉降变形,该仪器已经在国内多座面板堆石坝应用,实时地取得周边缝的变形状态及变化曲线,为大坝安全评价提供了依据。     

芦山地震冶勒大坝强震监测资料分析

冶勒沥青混凝土心墙堆石坝最大坝高为124.5 m,坝址区地震烈度高,地质条件复杂,两岸坝基条件严重不对称。大坝上布设了9台强震仪组成的强震监测台阵,曾获得2008年汶川地震和攀枝花地震的大坝强震监测记录。2013年4月20日四川省雅安市芦山县发生里氏7.0级地震,冶勒大坝距震中约212.5 km,坝址区震感较为强烈,强震监测台阵获得了此次地震较为完整的有效记录。对芦山地震主震记录进行时域分析和频谱分析,总结冶勒大坝在芦山地震中的动力反应规律,并与汶川地震时坝体动力反应进行对比分析。研究表明,芦山地震主震时冶勒大坝最大加速度记录为47.043 cm/s2,最长持续时间为76.98 s,坝顶动力放大效应明显;芦山和汶川地震时大坝动力反应规律的差异与地震波频谱特性及大坝自振特性等密切相关。总体而言,冶勒大坝在震后运行安全稳定,芦山地震未对冶勒大坝造成明显不利影响。     

深覆盖层上面板堆石坝应力变形特性研究

结合实测资料和有限元方法分析建于深覆盖层地基上面板堆石坝的应力、变形特性。数值计算中采用邓肯-张E-B模型模拟覆盖层地基和坝体的应力、变形行为,同时采用无厚度接触面模拟面板和坝体以及防渗墙和地基之间的相互作用。整理和分析工程实测资料并与数值计算结果进行对比分析,重点分析坝体和防渗结构的力学行为以及面板堆石坝和地基之间的相互作用。比较分析表明,大坝最大沉降和压应力分别发生在坝体底部和覆盖层中,覆盖层对坝体及防渗结构的应力、变形特性具有显著影响,应力、变形实测值与数值计算结果吻合较好,说明数值计算结果的有效性。在此基础上,分析了覆盖层上面板堆石坝分期填筑和筑坝速度对坝体和防渗结构应力变形的影响。结果表明,分期填筑引起坝体较大不均匀沉降和复杂的应力状态,但一定程度上可以改善防渗墙的应力变形特性;较快的坝体填筑速度容易引起坝体较大的前期应力和后期沉降,不利坝体的施工和运行。     

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。     

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。