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。     

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。     

深厚覆盖层上混凝土防渗墙的应力变形特性

建造在深厚覆盖层上的心墙坝,通常由土质心墙和其下部的防渗墙构成完整的防渗体系,防渗墙将受到水荷载和上覆坝体荷载的双重作用.本文采用三维非线性有限元分析了某心墙坝工程软弱覆盖层上两道混凝土防渗墙(第一道为嵌岩式,第二道为悬挂式)的应力变形特性并对其安全度评价方法进行了介绍.计算结果表明:①嵌岩式防渗墙和悬挂式防渗墙表现了不同的应力应变特性;②两道防渗墙的拉压应力均已超出混凝土的允许范围,建议采用高强低弹的混凝土配方.     

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。     

河谷地形对深覆盖层中防渗墙应力变形影响分析

为研究河谷地形对深厚覆盖层中防渗墙应力、变形的影响,以某沥青混凝土心墙堆石坝为工程背景,模拟了狭窄河谷和宽深河谷并分别建立有限元模型,坝体材料及覆盖层采用邓肯-张E-B模型,防渗墙与覆盖层、基岩之间的接触关系采用无厚度接触面模拟,进行三维非线性有限元计算,对比分析两种河谷情况下防渗墙的应力、变形情况。计算结果表明：狭窄河谷中,防渗墙沉降和水平向位移及防渗墙与覆盖层的不均匀变形均比宽深河谷小,其中不均匀变形最大减小了24.8%;宽深河谷中,防渗墙受河谷地形约束作用较弱,竖直向压应力较狭窄河谷更大,最大增加了40.3%;防渗墙的竖直向压应力最大值位置受中性点位置和河谷地形的共同影响,其中竖直向压应力最大值约30%来自墙顶坝体土压力,70%来自与覆盖层之间的负摩擦力。其研究结果可为不同地形条件下坝基防渗墙的设计提供参考。     

金沙江其宗河段河床深厚覆盖层特征及其工程效应研究

金沙江其宗河段发育60～120m的河床深厚覆盖层。深厚覆盖层纵向上可分为三大层:河床底部为卵(块)砾(碎)石层夹中细砂或粉质粘土,为冲积及冰水堆积成因(al+fglQ3),厚11.1～33m;中部为细砂、粉细砂、粉质粘土层及卵(块)砾(碎)石层,该层为加积层,由冲积、泥石流堆积、洪积、崩坡积、堰塞多成因堆积组合而成(al+pl+sefQ3),厚10.04～35m;中上部为漂(块)卵(碎)砾石夹砂层透镜体,冲积堆积形成(alQ3-4),厚9.5～59m。河床覆盖层中的砂层透镜体分布范围广泛,埋藏深,最大埋深达83.1m,最大厚度达到29.4m,最小厚度仅0.5m,一般厚度在5m以内。研究表明砂层不具有湖相堆积的特征,而是相对静水环境条件下及正常河流漫滩相等堆积形成。通过原位及室内取样试验表明,其宗河段河床覆盖层中粗粒土(漂(卵)碎块石等)强度相对较高,中下部细粒土工程性质具有超固结性,不具液化性,上部细砂层强度较低,地震工况下可能液化。该河段深厚覆盖层的工程效应主要有坝基地质条件差,仅适合堆石坝、坝基开挖方量大、砂层处理深度大、防渗处理难度较高等。     

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R_f、黏聚力c和内摩擦角φ属于高敏感性参数;增大心墙破坏比R_f、黏聚力c和内摩擦角φ,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R_f、黏聚力c和内摩擦角φ取值范围:R_f≥0.8、c≥0.4MPa和φ≥31.5°(坝高h=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。     

青藏高原南缘某机场场区深厚覆盖层工程地质特征

青藏高原南缘某拟建机场场区发育第四系深厚覆盖层,对该工程建设具有较大的制约作用.钻孔资料显示,该深厚覆盖层普遍分布于整个场区,厚度均在30 m以上,最大孔深105 m仍未揭穿.纵向上深厚覆盖层由上而下可划分为4层:全新世泥石流堆积层(Qsef4)、全新世冲洪积堆积层(Qal+pl4)、全新世湖相堆积层(Ql4)和晚更新...     

沥青混凝土心墙坝非线性有限元应力变形分析

利用大型通用有限元分析软件ABAUQS的用户开发平台,实现了Duncan-Chang 模型的接口开发,完成了某沥青混凝土堆石坝的填筑与蓄水过程二维非线性有限元仿真模拟,得到了坝体和沥青混凝土心墙的应力与变形等结果,其成果对工程坝体断面优化分区、沥青混凝土心墙防渗设计可提供参考依据;同时表明：充分利用ABAQUS已经具备的非线性分析功能,二次开发是完成土石坝非线性应力应变分析的有效解决方案。     

某水电站心墙坝和面板坝沉降变形比选研究

某拟建坝基覆盖层深,层厚变化大,物质多样,物质分布不均,坝基沉降量大,不均匀沉降显著.采用分层总和法和三维数值模拟,对心墙坝和面板坝两种坝型的坝基沉降变形进行分析评价.发现两种坝型的坝基覆盖层沉降变形和不均匀沉降均未超过规范量值,但面板坝沉降量和沉降差皆优于心墙坝.     

土石坝横向裂缝的土工离心机模型试验研究

岸坡突变所产生的不均匀沉降变形常常是导致土石坝心墙发生横向裂缝的主要原因。使用糯扎渡高心墙堆石坝心墙混合土料进行了模拟心墙发生横向裂缝的土工离心机模型试验。试验中再现了由于岸坡坡度变化导致坝顶发生横向裂缝的现象。采用工程中常用的3种裂缝分析方法：倾度法、Leonards法和有限元应力法对试验结果进行了分析。结果表明,前两种方法仅在测点较多时才是适用的,而有限元应力法对土石坝心墙横向裂缝问题更为有效。     

Mechanism and numerical simulation of reservoir slope deformation during impounding of high arch dams based on nonlinear FEM

The mechanism of reservoir slope deformation during impounding still lacks a convincing explanation. A generalized effective stress principle for rock masses is presented. A nonlinear iteration algorithm has been proposed and implemented in a 3D FEM program, TFINE. A case study of the Jinping-I high arch dam is then presented, and the calculated values of reservoir slope deformation agree well with the measured values. The results show that the change of the yield surface for the reservoir slope induced by adopting the effective stress principle results in plastic deformation, which is the main reason for slope deformation during impoundment.     

高地应力卸荷条件下错动带塑性变形规律与硬化特征

为阐明高地应力地下工程开挖卸荷条件下错动带变形破坏的塑性规律与硬化特征,通过一系列不同围压、不同加卸荷应力路径下的三轴试验,着重研究了不同加卸荷应力路径下的错动带塑性变形规律;基于试验结果,在应力空间进一步探究了等效塑性功、等效塑性应变、塑性体应变等内变量作为硬化参数的应力路径相关性,并提出应力路径无关的硬化参量修正公式。研究结果表明:(1)高地应力下错动带的变形力学特性存在着明显的应力路径效应,在相同卸荷应力路径下,高围压会抑制错动带试样环向塑性变形的发展;在相同初始围压下,卸轴压卸围压应力路径下错动带试样的塑性体积残余应变(6%)明显大于其余卸荷应力路径(2%~4%);不同应力路径对错动带塑性体积变形的促进作用为卸轴压卸围压应力路径>恒轴压卸围压应力路径>增轴压卸围压应力路径;(2)错动带在不同卸荷路径变形破坏过程中,其塑性体应变、等效塑性应变、等效塑性功等内变量均存在一定的应力路径相关性,因而在错动带的弹塑性分析中,直接将以上任何一个状态参量作为其硬化参数并假定其与应力路径无关是不准确的。为此,提出等效塑性功修正方法,发现当修正等效塑性功公式中反映错动带材料特性的参数n_s=-0.4时,修正等效塑性功具有明显的应力路径无关性,更适宜作为高地应力卸荷条件下错动带的硬化参数来描述其卸荷塑性应变硬化特征。揭示的错动带塑性力学特性可进一步深化高地应力卸荷条件下错动带的变形破坏认识,为实际工程中错动带的破坏机制分析和支护控制提供理论依据。     

应力路径对基坑工程变形的影响

通过各向等压固结轴向加载三轴压缩试验和等应力比固结侧向卸载三轴试验获得的土体变形参数，对一个工程实例进行了有限元分析，分析结果表明：等应力比固结侧向卸载三轴试验获得的土体变形参数的计算结果与实测资料比较吻合。故为了准确地分析土体在各种工程荷载作用下的变形情况，有必要在试验时尽可能模拟土体的实际加载路径。     

超固结粘性土变形特征及可持续开采水位降的室内试验确定方法

通过对海口市深层地下水开采漏斗附近区超固结粘性土大量的物理力学性质等试验研究,认为饱和超固结粘性土在附加应力作用下同样会产生释水变形并存在一定规律;根据室内压缩曲线变形规律可以确定深层地下水的可持续开采水位降。研究成果对科学开采深层地下水、预防与治理地面沉降及相关灾害具重要指导意义。     

庐山变质核杂岩基底拆离的变形特征及形成条件

庐山变质核杂岩具有典型的3层结构。拆离带是核部隆升过程中盖层滑脱、剪切变形而形成的,该拆离面是在北东向褶皱基础上叠加杂岩核部隆升作用而形成的波状起伏面。拆离带在核部以西发育倾向西向、南西向、北西向的面理和矿物生长线理,显示向西滑脱形成剪切拉伸变形的特征。拆离带岩石以糜棱岩和构造片岩为主,辅以碎裂岩和构造角砾岩。岩石变形特征表明其既具有韧性变形,也具有脆-韧性变形及脆性变形的特点。核部隆升引起的拆离变形作用,不仅形成了拆离带,还影响了拆离带以上盖层岩石,形成一个由拆离带向上由强变弱的变形域。这种规律性递变现象使庐山变质核杂岩具有垂向变形分层、水平变形分带的特点。拆离带中角闪石-斜长石矿物对计算得出的变质温度为653 ℃～694 ℃,压力为0.56～0.67 GPa。     

土坡体系可靠度分析方法及在高土石坝工程中的应用

针对土坡稳定体系可靠度分析问题,提出了一种分析方法框架,包括采用缩减方差抽样技术生成随机变量样本值、采用全局优化算法搜索边坡最小安全系数、采用Monte-Carlo法计算边坡体系可靠度3个主要部分。在此框架下,建立了一种较为简便实用的高土石坝坝坡稳定体系可靠度分析方法。该方法采用拉丁超立方抽样技术生成随机变量的样本值,再用商业软件STAB搜索相应的坝坡最小安全系数,最后用可靠指标法或Monte-Carlo法计算坝坡体系可靠度。工程算例表明,筑坝材料强度参数的随机不确定性对坝坡临界滑弧的位置影响较大,坝坡稳定体系可靠度小于单一滑动面的坝坡稳定最小可靠度,提出的方法可用于实际工程坝坡稳定体系可靠度分析。