混凝土面板堆石坝

【内容简介】本书分成绪论（面板堆石坝的发展）、面板堆石坝布置、坝体分区与筑坝材料、坝体变形分析、趾板、面板及接缝、坝的计算与分析、面板堆石坝坝的施工和安全监测等九章讨论面板堆石坝的设计、施工与运行。一般认为,面板堆石坝设计是经验设计,就是以实践为基础,“通过实践而发展真理、又通过实践而证实真理和发展真理”的设计方法。因此,在有关章节均选择有代表性的工程作为讨论根据,显然超高坝的设计还处于“通过实践而发现真理”的阶段,还收集了超高坝发生面板挤压破坏工程的实例和一些专家、学者的分析意见,本书作者也提出了自己的看法。这些意见对改进超高坝的设计是有参考价值的。     

混凝土面板堆石坝数值仿真分析

分析了面板堆石坝仿真计算中两种材料的本构模型的优缺点,根据混凝土面板堆石坝结构形式和坝体填筑材料物理性质复杂的特点,开发了FORTRAN语言编写的面板坝计算程序。该程序在面板分缝处理中采用分离缝模型的方法,符合实际面板之间的变形特性,并将该程序引进ANSYS商业软件中,充分利用商业软件的界面功能,提出了一种新的面板坝计算机数值模拟分析方法。该方法可以对混凝土面板堆石坝的整个施工过程和运行期进行二维和三维数值模拟计算和图形显示,结果形象、直观清楚。     

混凝土面板堆石坝三维仿真分析

根据混凝土面板堆石坝的特点,提出了一种计算机数值和图形模拟方法,可以对混凝土面板堆石坝的整个施工过程和运行期进行三维非线性仿真计算分析和计算机图形模拟。     

混凝土面板堆石坝变形和渗漏特性研究

混凝土面板堆石坝被普遍认为是安全可靠的坝体形式,具有独到的防渗漏效果和较低的成本优势。本文通过对多个不同坝高的混凝土面板堆石坝施工后的变形(包括坝顶沉降、面板法向变形、面板应变)和渗漏特性进行总结分析。分析结果表明,首次蓄水时,水荷载对面板法向的坝顶沉降和变形有显著影响,大部分会在垂直于面板方向发生变形,且坝高小于100 m时,坝顶沉降大于垂直于面板的变形,坝高超过100 m时,坝顶沉降相对较小;此外,当坝高小于122 m时,面板堆石坝的长期渗漏量一般小于10 L/s,但当坝高超过125 m时,迅速增加到45～200 L/s。     

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。     

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。     

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。     

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。     

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。     

洮水水库工程混凝土面板堆石坝变形应力分析

利用邓肯E-B模型,对洮水水库面板堆石坝在施工期和蓄水期的变形应力进行有限元计算分析,获得了堆石体和面板的变形、应力分布。结果表明,所设计的面板堆石坝变形、应力是合理的。     

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。     

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.     

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.     

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。     

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。     

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。     

面板堆石坝面板竖缝特性对面板应力变形影响分析

采用三维有限元方法,研究了面板竖缝特性对面板堆石坝中面板应力变形的影响。基于类似子结构法概念,建立了精细模拟面板及其分缝特性的三维有限元分析方法。针对马来西亚巴贡面板堆石坝,计算了多种面板竖缝宽度和填料的方 案,得到坝体和面板的应力变形。计算结果表明,面板竖缝几何尺寸和填料特性对面板的挠度、顺坡向应力、水平向压应力和周边缝张合变形影响不大,而对面板的水平向拉应力和竖缝压缩量影响很大;面板竖缝填料变软和宽度增大均会导致面板的水平向压应力减小,而竖缝压缩量明显增大;采用软木作为填充材料较之填充硬木,可以大约降低一半的压应力;面板竖缝宽度及其填料特性对同期填筑的面板、特别是邻近的面板水平向压应力影响较大。     

高混凝土面板堆石坝流变的三维有限元数值模拟

采用一种新的能模拟高围压条件的堆石料幂函数流变本构模型,对水布垭面板堆石坝进行了考虑堆石料流变特性的应力-应变仿真分析。结果表明,考虑堆石料流变特性后的坝体变形有明显的增加,坝体应力有所松弛。堆石体的流变特性使得面板的挠度有所增加,面板顺坡向和坝轴向拉应力极值有所增大。对于分期浇筑面板、分期蓄水的高混凝土面板堆石坝,选用合适的流变本构模型正确地模拟堆石体的流变特性,其结果可以为大坝填筑进度及面板分期浇筑时间的确定提供参考,对于正确地预测大坝的应力变形也具有重要意义。     

混凝土面板堆石坝的一种坝坡修整算法

基于混凝土面板堆石坝面板施工的实际情况,指出了通常混凝土面板堆石数值计算在模拟面板施工算法上的缺陷。提出了面板堆石坝竣工期上游坝坡修整力学问题,建立了一种适合平面问题和三维问题的统一坝坡修整算法,对任何采用接触模型模拟垫层料和混凝土面板受力特性的有限元计算模型,都具有普遍意义,并在有限元软件ABAQUS中实现了该算法。算例分析表明：该算法简洁和有效,能够保持良好的网格形态,使接触非线性计算收敛速度极大改善,并使蓄水状态下混凝土面板和坝体计算结果更趋于真实。同时,对考虑堆石料流变特性,研究施工阶段或蓄水后混凝土面板与垫层之间是否会发生“脱空”现象提供必要基础。     

岗曲河面板堆石坝数值模拟分析

采用非线性有限元方法,对岗曲河混凝土面板堆石坝在施工期和蓄水期的应力变形进行了深入研究.有限元计算结果表明:坝体应力变形规律合理,坝体设计方案可行.