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。     

砾石土心墙堆石坝施工期孔隙水压力分析

土石坝在施工过程中会在大坝心墙中产生超静孔隙水压力。对于高土石坝,施工期心墙防渗体内产生的超静孔隙水压力难以有效消散,因此坝体内部可能会出现较高的孔隙水压力。结合监测资料分析了填筑料的含水量和施工进度对心墙内孔隙水压力的影响。坝体内的高孔隙水压力对大坝的稳定性和安全性会产生重要影响。因此,加强施工期孔隙水压力的监测与分析工作,对于指导施工与设计,保证大坝的安全具有重要意义。     

瀑布沟大坝心墙拱效应分析

在总结前人提出的拱效应系数基础上,对拱效应系数的公式进行了改进,认为拱效应系数应该是实测土压力与上覆土压力和孔隙水压力之和的比值。结合瀑布沟大坝监测资料,用改进的拱效应系数计算公式对大坝心墙拱效应进行计算,并对心墙内拱效应进行动态分析。在施工期,施工工艺是影响大坝心墙拱效应系数的主要因素,填土在仪器埋设以上0～20 m时,拱效应系数较大,随着填土的增加拱效应系数减小,施工期坝体内应力分布在蓄水初期起决定性作用。在蓄水期,心墙上游侧拱效应系数与水位变化呈反相关联,拱效应系数比下游同高程和0+001 m处大;0+001 m处拱效应系数与水位变化呈正相关联,且此处拱效应系数最小;心墙下游处拱效应系数与水位变化呈正关联的关系,在心墙与基岩接触处拱效应系数大于100%。产生这种规律的原因主要有湿化、渗流、水力劈裂作用,三者共同影响,从而导致心墙内应力发生变化。     

双江口土石坝心墙拱效应分析

对双江口心墙堆石坝的三种设计断面进行三维有限元计算,研究了三种不同材料分区情况下心墙的应力拱效应,分析心墙和坝壳的弹性模量、泊松比对拱效应的影响;定义了一个能表征心墙应力拱效应强弱的参数-拱效应系数。并对不同坝体范围内统计的拱效应系数进行了定量比较。结果表明,三种设计断面的拱效应相近;大坝心墙的应力拱效应在两端坝肩、3/4坝高及心墙底部比较显著。     

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。     

黑河黏土心墙土石坝分期位移反分析

高心墙土石坝的安全性评价问题涉及到土坝的变形与渗流规律及相关力学参数的确定,是当前土力学研究的热点与难点之一。由于土石坝受施工过程中施工工艺、施工方法和施工质量以及运行期运行环境和管理方法的影响,土石坝坝料的实际力学参数与原设计参数有一定的差别。为获得西安黑河黏土心墙土石坝大坝填料实际的力学参数,利用大坝的应力、变形与渗流观测资料,通过深入分析大坝变形机制和渗流特征,建立了黑河黏土心墙土石坝变形与荷载之间的对应关系,提出了基于准饱和土固结理论的心墙土石坝分期位移反分析的思路与方法,实现了心墙土石坝施工期、运行期全过程反演。结果表明该方法可反演得到心墙土石坝填筑材料的主要参数（邓肯-张模型）、心墙渗透系数及湿化变形参数。反演思路与方法对同类工程设计与反分析具有参考意义。     

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。     

掌鸠河云龙水库大坝施工期及蓄水初期监测分析

阐述了云南掌鸠河云龙水库粘土心墙坝在施工期和蓄水初期,粘土心墙渗流及应力变化规律及特征值,对心墙的施工质量进行了初步评价。分析了坝体、坝基蓄水前后的渗流变化情况,对粘土心墙的工况和帷幕阻水效果进行了初步评价,并对心墙蓄水前后的土压力进行了定性分析     

寒区大坝心墙土料冬季冻融与防控监测

两河口水电站是雅砻江干流规划开发中的中游控制性龙头电站,大坝为300米级砾石土心墙堆石坝。由于地处川西高原气候区,冬季气候寒冷干燥,大坝心墙土料填筑过程中面临着冻融问题的困扰。基于一个完整冬季的现场监测,系统分析了这一寒区大坝心墙建筑过程中砾石土、接触黏土土料温度变化规律、冻融特征与影响因素以及现有保温措施防冻效果。结果表明,无保温措施条件下,砾石土、接触黏土均出现了负温冻结现象,其中砾石土最大冻结深度达20 cm,接触黏土达14 cm,土料冻结持续时间不超过1个昼夜,为短时冻土。土料降温冻结过程以与外界大气对流换热过程为主,受气温、风速条件影响显著,波动范围较大,而升温融化过程以太阳辐射增温过程为主,与有效辐射起始时间密切相关,因此波动范围较小。监测期内,采用三布两膜保温材料覆盖可有效防止心墙土料冻结的发生,有、无保温材料覆盖条件下浅层土料最低温度可相差约5℃。结合监测结果和现场实际,建议将现有心墙防渗土料半幅填筑方式转换为全幅填筑,并研发轻质、憎水保温材料及其快速收放机械设备,以提高填筑作业进度、强化防冻效果。系统完整的现场实测结果,可为未来寒区水电大坝建设提供基础数据和参考。     

考虑土拱效应预应力锚拉桩土压力研究

针对预应力锚拉桩设计中土压力计算模式存在的问题,借鉴工程设计中的点锚和格构锚原理,提出了一种新的计算方法--基于三维土拱效应的土压力计算模式。利用土条极限平衡原理,推导了作用在桩及挡板上的土压力,建立了表征土压力强度的1阶线性微分方程,得到了沿桩身轴线的土压力分布曲线,并从参数 和 的变化对土压力的影响方面,与《重庆市地质灾害防治工程设计规范》[1]和《建筑边坡工程技术规范》[3]的计算结果进行了对比分析,结果表明桩板上所受土压力沿桩板竖向呈锯齿状分布,土压力强度计算值远小于规范计算值; 的变化对土压力有明显影响,工程设计中不应忽略 对减小土压力的贡献;考虑土拱效应更符合工程实际受力特性     

Influential factors in evaluating the construction pore pressure in earth dams by using UDAM program

The aim of this article is to discuss about the influential parameters affecting the state of the pore pressure within the low permeability section of an earth dam body during the periods of construction, immediately after construction, and also during some times elapsing after construction. Because the condition of soil in constructing earth dams is usually unsaturated, so the matter of unsaturated soils should be considered here and a special finite element program suitable to this topic needs to be applied. The finite element program used in this study is the UDAM finite element program which has been compiled specifically for illustrating the behavior of unsaturated soils. The results of the UDAM computations are discussed in view of the pore water pressure developed within the body of dam slope during the stages of construction, and its maximum positive values immediately after the construction and its variations in the post-construction times are shown. Because the positive pore pressure decreases the shear strength of soil and the negative pressure (i.e. suction) increases the strength, the state of slope stability is correlated with the influential factors which can affect the situation of pore pressure distribution within a given section. Therefore, based on the present computations, the effect of height of embankment, initial degree of saturation, coefficient of permeability, degree of compaction and finally the effect of elapsing time are illustrated.     

水泥砾质土三轴试验研究

对某水泥砾质土进行了三轴固结排水剪切试验,研究在不同水泥掺入比下水泥砾质土应力-应变关系和强度特性。结果表明：随水泥掺入比的增加,水泥砾质土试样在不同围压下应力-应变关系曲线均表现出不同程度的软化和剪胀现象,尤其在低围压（200 kPa）和高水泥掺入比（8%）下,剪胀性比较明显;在相同水泥掺入比下,峰值强度 随围压的增加近似呈线性增长;与不掺水泥砾质土相比,水泥砾质土的内摩擦角 因掺入不同量的水泥而得到不同程度的提高,黏聚力 随水泥掺入比的增加呈增长趋势,且增幅显著;割线模量 和 均随围压和水泥掺入比的增加而增加。不同高度的心墙堆石坝三维有限元算例的计算结果表明：水泥砾质土作为心墙材料可以显著降低土石坝心墙沉降。     

Modeling uncertainty in stability analysis for design of embankment dams on difficult foundations

A probabilistic 3-D slope stability analysis model (PTDSSAM) is developed to evaluate the stability of embankment dams and their foundations under conditions of staged construction taking into consideration uncertainty, spatial variabilities and correlations of shear strength parameters, as well as the uncertainties in pore water pressure. The model has the following capabilities: (1) conducting undrained shear strength analysis (USA) and effective stress analysis (ESA) slope stability analysis of staged construction, (2) incorporation of field monitored data of pore water pressure, and (3) incorporation of increase of undrained shear strength with depth, effective stress, and pore water pressure dissipation. The PTDSSAM model is incorporated in a computer program that can analyze slopes located in multilayered deposits, considering the total slope width.

The main outputs of the program are the geometric parameters of the most critical sliding surface (i.e., center of rotation/radius of rotation and critical width of failure), mean 2-D safety factor, mean 3-D safety factor, squared coefficient of variation of resisting moment, and the probability of slope failure. The program is applied to a case study, Karameh dam in Jordan. Monitored data of induced pore water pressure in the dam embankment and soft foundation were gathered during dam construction.

The stability of Karameh dam embankment and foundation was evaluated during staged construction using deterministic and probabilistic analysis. Foundation stability was evaluated based on the monitored data of pore water pressure.

The study showed that the mean values of the corrective factors which account for the discrepancies between the in situ and laboratory-measured values of soil properties and for the modeling errors have significant influence on the 2-D safety factor, 3-D safety factor, slope probability of failure, and on the expected failure width.

The degree of spatial correlation associated with shear strength parameters within a soil deposit also influences the probability of slope failure and the expected failure width. This correlation is quantified by scale of fluctuation. It is found that a larger scale of fluctuation gives an increase in the probability of slope failure and a reduction in the critical failure width.     

蒋家沟砾石土的特性及其对斜坡失稳的意义

云南蒋家沟是世界上著名的由降雨导致泥石流、浅层滑坡频发的沟谷之一。组成蒋家沟斜坡表层的砾石土具有孔隙度高、级配宽、不均匀系数大等特点,级配曲线为上凹型或双峰型,为内在不稳定性土。X射线衍射分析表明,粒径小于1 mm 的细粒部分主要由绿泥石和伊利石等黏土矿物及次生石英组成,黏土矿物会影响砾石土的物理力学性质。在环境电镜扫描中观测了砾石土的微观结构,发现一种特殊的“桥式”胶结结构,并在遇水条件下发生断裂,不仅降低了微弱黏聚力,而且土颗粒容易分离成粒径为数十微米的散微粒。这与砾石土中黏性部分具有高分散性有关。此外这些散微粒在自滤过程中会能发生运移,并在孔喉等处积聚而堵塞孔隙,会降低砾石土的渗透性以及有利于斜坡中暂态上层滞水的积聚。     

饱和黏性土和砂砾石料振动孔压的试验研究

在国内外主要孔压发展模型的基础上,对某土石坝心墙防渗黏性土和坝基砂砾石料饱和试样进行动三轴试验,提出了两种材料的顾淦臣孔压模型,并对砂砾石料的孔压发展规律作了深入地分析,提出了不同固结比Kc时振动孔压比和振次比的函数关系。试验结果表明,动孔压随振动周数和振动强度的增加而增加,随固结应力比或初始剪应力比的增加而减小;无论等压或偏压固结,黏性土均不会出现动孔压ud等于围压力? 3c的液化现象,其孔压比Ru均小于0.5,多数试样Ru = 0.1~0.4;当等压固结Kc =1.0时,砂砾石料最终孔压值均可达到围压;偏压固结Kc ≥1.5后,试样是否达到Ru= ud /? 3c =1.0取决于动应力? d是否大于主应力差（? 1c－? 3c）,即? d是否形成拉应力,使试件伸长,但当Kc很大后,? 1c和? 3c相差太大,需施加非常大的? d才能使其应力应变反向,试样的大变形先于Ru=1.0的应力状态出现,即不可能达到初始液化;固结比Kc对不同土料动孔压的影响是不同的。     

泥石流堆积物中细颗粒含量与渗透系数关系试验研究

泥石流拦砂坝通常建造在沟床堆积物上。泥石流堆积物的渗透性是影响坝底扬压力的关键因素。目前关于土体渗透性的研究主要集中于无黏性粗粒土,对泥石流堆积物这种宽级配土体渗透性的研究比较缺乏。选择北川县泥石流沟床堆积物作为试验材料,通过渗透试验,确定了影响宽级配土渗透性的细颗粒上限粒径;在此基础上,通过试验研究了细颗粒含量与渗透系数的关系。结果表明,泥石流堆积物中粗颗粒仅起骨架作用,细颗粒才是决定其渗透性能的关键;显著影响宽级配土渗透性的细颗粒上限粒径为0.1 mm;细颗粒（<0.1 mm）含量与渗透系数呈负指数关系,并且当细颗粒含量超过20%以后,泥石流堆积土的渗透性趋于稳定。     

模袋固化土围埝地基排水固结过程的模拟分析

天津港南疆1号墩改造工程和北大防波堤西内堤一期围埝工程中,采用塑料排水板加固地基,成功的使用了水泥固化土模袋的施工工艺。把轴对称问题转换为平面应变问题进行分析,通过等效变换将排水板变换为连续的排水墙;同时考虑了模袋的加筋作用以及提高固化土凝聚力的作用,采用硬化模型模拟地基土体的固结过程。重点分析当地基中有排水板存在时,随上部逐级加荷,地基中心点沉降、加固区边缘的侧向变形以及中心点以下的孔隙水压力变化。分析结果与工程的实测数据吻合较好。