高拱坝施工初-中期导流风险模型及应用

面向工程设计阶段,采用高拱坝施工动态仿真技术获取施工初-中期挡水度汛面貌数据,综合考虑水文、水力随机性因素,构建高拱坝施工初-中期导流风险模型,提出采用Monte Carlo方法耦合挡水度汛面貌数据和主要随机因素进行风险模型求解的方法。基于风险分析原理提出了导流洞设计的风险判别方法,给出导流洞尺寸设计优化的数学模型和具体步骤。通过金沙江上游某高拱坝工程案例分析的结果表明:所提风险模型及求解方法是适用的、有效的,该模型能够得到整个施工初-中期导流风险率,较为客观地反映高拱坝施工中期度汛可能存在的两种挡水情况,克服了初期导流风险模型的局限性;施工中期导流风险率随导流洞尺寸增大而减小,导流洞尺寸设计的可行方案集存在界限,即优化方案。研究成果可为高拱坝施工导流的风险决策和设计优化提供理论支撑。     

采用挤压边墙技术的高面板坝裂缝成因分析

为加快施工进度,国内很多高面板堆石坝都采用了挤压边墙技术,用上游坡面的挤压边墙代替传统的垫层。挤压边墙的施工特点决定了其与上覆面板之间的结构关系将与传统的面板-垫层有很大差别。虽然目前面板坝的施工技术和施工水平较以前有较大的提高,但少数工程仍然出现了比较严重的面板裂缝,而采用挤压边墙技术的面板坝施工期出现的裂缝分布规律与采用面板-垫层施工方法有明显的不同。面板裂缝的产生与面板施工期的应力变形状态密切相关,目前面板堆石坝计算中采用的整体模型方法对面板的概化较多,得到的面板应力精度较差。根据挤压边墙实际的施工特点,提出采用子模型法分析面板的应力变形,对某面板坝工程裂缝成因的分析结果表明,温降和上游坡面局部高程不平整引起的面板与挤压边墙之间的局部约束过大是导致面板裂缝的主要原因。     

渭南市涧峪水库安全度汛与科学调度浅析

涧峪水库位于秦岭北麓西涧峪口的中型水利工程,由堆石面板坝、溢洪洞、输水洞、泄洪洞、东涧峪引水洞等组成,坝高81 m,坝顶长196 m,正常蓄水位786.5 m、防洪限制水位781.5 m、校核洪水位789.53 m、总库容1284万m3,滞洪库容314万m3,水库枢纽工程于2007年9月建成蓄水试运行。本文在收集水库设计和实际运行资料的基础上,结合实际运行度汛与调度经验,保证水库安全运行与度汛,兼顾水库上下游防洪保安,分析计算水库流域内的径流与洪水、调节与调洪计算,结合水库设计工况与实际运行经验,展开水库运行的科学调度分析,得出安全可靠、科学有效的调度运行方案,从而指导水库运行管理各项工作的开展,以达到充分发挥水库工程的综合效益的目的。     

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。     

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。     

边坡稳定可靠度分析的广义可行方向法

在广义随机空间中直接建立验算点的迭代公式,可以方便地解决含相关随机变量的结构可靠度计算问题。在广义随机空间中推导了一种收敛性较好的验算点迭代公式,并应用于边坡稳定的可靠度分析。针对卡基娃混凝土面板堆石坝地震工况坝坡稳定的可靠度分析表明:(1)由于安全系数法采用的输入参数为确定值,故不能考虑参数随机波动的影响。可靠度分析能够反映参数随机性的影响,这对于深入评估工程安全与抗风险能力是有益的。(2)通过引入条件概率方法考虑地震和坝坡失稳同时发生的概率得到的结构可靠指标将提高,而提高的幅度与地震发生概率的大小有关。(3)堆石非线性强度指标具有正相关性,考虑强度指标的相关性将提高边坡稳定的可靠度。     

高堆石坝砾石土心墙施工期应力监测与分析

对于高堆石坝,施工期心墙内部是否会出现过低的竖向土压力或较高的孔隙水压力对施工期以及蓄水期大坝安全稳定具有重要意义。以施工期砾石土心墙应力监测资料为基础,结合施工进度和过程资料,分别从时间、空间和影响因素分析砾石土心墙施工期竖向土压力和孔隙水压力,以期对土质心墙高堆石坝的设计理论和施工措施的完善具有促进作用。竖向土压力主要和土重度、土柱厚度和拱效应有关,沿坝轴线基本为对称分布;心墙拱效应最强烈的部位大约在1/3坝高处坝轴线附近;存在拱效应的高程土压力呈驼峰状分布,坝轴线附近土压力最小。孔隙水压力主要和竖直土压力、含水率有关。在大坝填筑过程中,应加强心墙土料和上下游坝壳含水率的控制,避免过高孔隙水压力的产生,并降低拱效应的影响。     

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。     

基于AHP和模糊综合评判的TBM施工风险评估

岩石隧洞建设中面临很大和众多的风险,利用TBM施工的深埋长隧洞受多种不确定因素影响,具有随机性和模糊性,目前的研究方法难以对其进行准确定量分析。通过深入分析影响TBM施工的风险因素,建立了TBM施工风险综合评价指标体系。基于风险影响因素的层次性,提出了TBM施工风险二级模糊综合评判计算模型,并利用层次分析法(AHP)确定各级因素权重,利用模糊集法确定隶属函数,划分了风险接受等级。以南水北调西线工程深埋长隧洞TBM施工为例,应用二级模糊综合评判计算模型对该工程TBM施工风险进行分析,计算结果表明,该方法是合理性实用的。其理论、方法、思路和结论可供同类工程借鉴。     

高堆石坝瞬变-流变参数三维全过程联合反演方法及变形预测

利用反演分析得到的参数进行高面板坝的应力、变形分析来预测长期变形。由于堆石坝的施工过程和变形机制比较复杂,很难将瞬时变形和流变变形分开,因此,有必要对静力本构模型参数和流变模型参数进行综合反演。利用实测位移资料,以对堆石坝变形较敏感的静力本构模型和流变模型参数为待反演参数,采用基于粒子迁徙的粒子群算法和径向基函数神经网络构建参数反演平台,该方法克服了粒子群算法易陷入局部最优和早熟收敛的缺点,采用经过训练的神经网络来描述模型参数和位移之间的映射关系,节省了参数反演的计算时间。对水布垭高面板坝的反演结果表明,基于反演参数的沉降计算值与实测值吻合得很好,坝体变形在合理范围以内并趋于稳定。     

梯级施工导流系统整体风险分析

进行流域梯级水电站开发,对相邻两座同期建设的水电工程组成的梯级施工导流系统进行整体风险分析意义重大。基于风险分析理论,考虑梯级施工导流系统水文和水力的不确定性,建立了系统整体风险数学模型。在此基础上构建了不同洪水组合情况下的风险计算模型,并利用Monte-Carlo方法耦合主要风险因素进行模型求解。同时,针对洪水过程遭遇情况下的风险模型,通过引入起始时间差随机因素来计算下游导流系统施工洪水过程。工程实例分析证明,风险分析模型和方法是可靠、有效的,为流域梯级开发条件下施工导流标准选取及导流方案优选提供重要依据。     

Settlement behaviour of a concrete faced rock-fill dam

Settlement behaviour of a concrete faced rock-fill dam (CFRD), Kurtun dam, located in the East Black Sea Region, Turkey, is investigated. This is the first instrumented CRDF in the Country. Two dimensional plane strain finite element analyses were carried out to assess the total stresses and displacements in the dam both for construction and reservoir filling stages by using computer program PLAXIS. Predicted stresses and settlements are compared with those observed and overall the results are found to be in good agreement for the construction stage. Due to the relatively steep abutment slopes, cross-valley arching has a significant effect on stresses and displacements in the dam body. For the reservoir filling condition, it is seen that, predicted settlements are larger than the observed values, which indicates that during reservoir filling the rock-fill embankment responds more stiffly than it does during the construction stage. The hardening soil model is used to represent the non-linear, inelastic and stress dependent behaviour of rock-fill material. The model parameters are selected from the appropriate values in the literature investigating comparable cases.     

鱼跳水电站陡石梯滑坡成因机制及稳定性研究

鱼跳水电站大坝为面板堆石坝,总堆筑量约200×104m3,陡石梯滑坡位于陡石梯人工料场下方的堆料区与砂石加工系统场地。坡体失稳不仅将危及砂石加工系统和堆料区场地的安全,而且影响场内和进坝交通,不利于工程的正常施工。文章在滑坡区工程地质勘察的基础上,针对该滑坡的具体特点,提出了综合整治措施,并在工程施工、运行中经受了检验。     

易贡滑坡堰塞湖溃坝洪水分析

滑坡堰塞坝体主要由块石、碎石土等松散材料组成,随着上游水位的不断上升,极易失稳,一旦决口将对给下游人民的生命财产安全造成极大的威胁。因此,研究堰塞坝溃坝问题具有重要的学术意义和应用价值。2000 年 4 月 9 日,西藏林芝地区波密县易贡藏布河扎木弄沟发生大规模山体滑坡堵塞易贡藏布江,形成坝高60m,长约2500m,库容可达288108m3,体积约28108～30108m3的滑坡堰塞湖, 2000年6月10日堰塞坝溃决。本文以易贡堰塞湖溃坝为例,从连续性方程及Navier Stokes方程出发,结合标准型湍流模型,并采用VOF方法进行自由面处理,基于流体计算软件Fluent模拟分析了溃坝洪水在下游弯曲河道的演进过程及不同位置的流速变化。数值模拟结果与实测资料记录基本一致,表明该模型能够模拟溃坝洪水在地形复杂弯曲河道中的演进过程。     

Risk assessment of earth dam overtopping and its application research

The problem of dam safety is one of the most important research topics of water conservancy projects, and many researchers pay much attention to study the risk of earth dam overtopping. This paper synthesizes in the definition of risk the probabilities of dam failure and the corresponding losses, including the probability estimation, losses evaluation and criteria exploring risk approaches. Then, a comprehensive risk assessment system of dam flood overtopping is established, which is widely applicable. Gate failure, randomness of flood, initial water level and time-varying effects are incorporated in the failure probability model. Many complex factors are simplified in losses estimation. In addition, thresholds of various types of losses are proposed and are adapted to the national conditions. The methodology is applied to the Lianghekou hydropower station in China to illustrate the assessment process of flood overtopping risk and to evaluate its safe loophole with a view to the failure of spillway gates. Monte Carlo simulation and JC method programs are adopted to solve the model based on MATLAB tools and DELPHI. The results show that the losses pose significant impact on the risk assessment and should be considered in the assessment of risk. Probability calculation and loss estimation could be well combined with standards, providing a basis for risk management and decision-making.     

Effect of Construction Material on Dam Type Selection of the Büyük Karaçay Dam (Hatay, Turkey)

This paper covers the investigation of construction materials and selection of the dam type for the Büyük Karaçay Dam, which was planned to be constructed on Büyük Karaçay River 20 km to the SW of Hatay (Southern Turkey). The purposes of the dam are irrigation, domestic water supply, and producing energy. Auxiliary structures locations have been determined during the study of detailed geological maps of the dam axis and reservoir area. Quality, quantity and hauling distance of natural construction materials were effective to select different dam types. For engineering geological studies exploration boreholes were drilled at the dam site; pressuremeter tests were performed in order to determine bearing capacity and elasticity properties of rocks; pressured water tests were also performed to determine permeability of the dam site. Moreover, physical and mechanical properties of rocks were determined by the laboratory test. In the feasibility stage, the dam type was chosen as the central core rock-fill dam, depending on state of natural construction materials. In design stage dam type was changed as faced symmetrical hardfill dam. Finally, the dam type was revised again during the design stage as concrete face rockfill dam.     

金沙江美姑河牛牛坝水电站库区泥石流对工程影响分析

金沙江美姑河牛牛坝水电站库区泥石流沟分布面积广、发生频率高;调查表明库区现有不同类型泥石流沟31条,其中属于高度危险的泥石流沟4条,中度危险的泥石流沟15条;这些泥石流不会造成严重的堵河问题。在施工期泥石流对水电站工程的影响突出,特别是靠近库首的泥石流对工程的安全构成威胁。水库蓄水后,库区泥石流对水电站工程影响有所降低,但位于大坝下游区的泥石流对水电站正常运行仍有较大的影响。     

不同洪水重现期下橡胶坝调控对洪水风险的影响

现有针对河湖水系连通伴生风险分析的方法或不具备物理过程模拟,或缺乏对风险随机性的探讨。以沂沭河水系连通工程为例,在水力学模型的基础上,考虑连通河网不同河流洪峰相关性,创建随机水情条件下河湖水系连通伴生风险分析模型。通过1 200组水情条件,对沂沭河水系上游进行洪水过程模拟,针对橡胶坝可能造成的洪峰叠加问题,提出不同洪水重现期下橡胶坝运行调度风险管控建议。结果表明:① 50年一遇与100年一遇洪水重现期条件下,均呈现出橡胶坝坝址处水位风险极高（概率P>0.8）,流速风险较低（P < 0.3）的规律,且每当橡胶坝高度升高25%的设计坝高时,沂河与沭河坝前水位风险皆提高约70%,沭河坝址处流速风险降低约50%。②若在汛前塌坝下泄蓄水,人为洪峰的叠加会使沭河中下游河段产生极高风险。③通过划分水位、流速综合洪水风险安全域,洪水重现期50年一遇时,建议沂沭河橡胶坝在汛前调节至低于50%设计坝高,且控制沭河水深和流速分别在12 m和2.23 m/s以内,可以降低水位和流速风险至低风险（P < 0.4）;洪水重现期100年一遇时,需将橡胶坝调至25%设计坝高以下,或者汛前尽早缓慢塌坝下泄蓄水,才能有效降低沂沭河水系防洪压力。