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。     

深厚覆盖层潜蚀对大坝应力变形影响的有限元模拟

深厚覆盖层坝基潜蚀不一定导致坝基的渗透破坏。但坝基砂砾石土内部细颗粒的流失,一方面会增大土体的渗透性;另一方面可降低土体的强度和变形模量。前者导致坝基坝体渗流场的变化,从而引起坝体变形和应力变化,后者变形模量衰化,导致坝基坝体变形和应力调整。潜蚀造成的坝基和坝体应力变形对大坝的正常使用和安全性带来一定负面影响,定量评估这种影响是内部不稳定砂砾石深厚覆盖层坝基采用悬挂式防渗墙处理方案设计和该类大坝运行管理的迫切需求。提出了潜蚀对大坝应力变形影响的模拟方法,对一个典型大坝设计方案进行了计算分析,该设计方案中潜蚀造成应力变形变化的两种机制中,渗流场变化机制对坝基坝体的应力变形改变远大于模量衰化造成的影响。总体上该方案潜蚀造成的坝体变形和应力变化并未显著降低坝体的安全性。     

深覆盖层上面板堆石坝的圆弧型防渗墙

覆盖层的防渗设施大都采用混凝土防渗墙。防渗墙在靠近两岸部位及靠近顶部常存在较大的拉应力,易导致混凝土开裂并产生渗漏,影响大坝的安全。采用平面上防渗墙轴线呈圆弧型的防渗墙来改善防渗墙的应力性状,并用三维有限元法数值分析对圆弧型防渗墙与直线型防渗墙的应力变形性状进行分析比较,论证了以圆弧型防渗墙替代直线型防渗墙的技术合理性,建议面板堆石坝坝基防渗采用圆弧型防渗墙更为有利。     

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.     

瀑布沟堆石坝防渗体自适应有限元分析

在深覆盖层地基上修建高土石坝,其防渗体系的可靠性是一项关键技术问题。针对瀑布沟水电站堆石坝的实际工程特点,应用自适应有限元方法,分析研究了大坝的稳定性和覆盖层中混凝土防渗墙与坝内黏土心墙接头部位的局部应力和变形情况,对比分析了不同接头形式的利弊,为设计部门推荐了合适的接头形式。     

金沙江中游上江坝址河床深厚覆盖层建高坝可行性探讨

摘 要 上江坝址为金沙江中游龙头水库的比选坝址之一,坝址河床覆盖层最厚达206.2 m,在深厚覆盖层上修建最低249 m级的高土石坝,大坝规模达到甚至超过世界前沿水平,筑坝技术难度大。通过测绘、钻探、物探、物理力学测试等工作揭示:(1)河床覆盖层由漂卵石、低液限粘土、砾卵石、碎块石、砂砾石等组成;(2)河床覆盖层中各粗粒土强度相对较高,低液限粘土强度较低,为坝基一条连续完整的相对软弱带;(3)坝址位于龙蟠断陷盆地内,主要受新构造垂直差异运动的影响,河床接受金沙江上游及坡体上物质堆积,逐渐形成了现今的深厚覆盖层。初步研究本坝址在河床覆盖层上建高土石坝是可行的,但需要对坝基采取工程处理措施。探讨了不同建坝方案所引发的工程地质问题,为筑坝技术研究提供了地质依据。     

面板堆石坝筑坝材料动力特性试验研究

某抽水蓄能电站上水库主坝为沥青混凝土面板堆石坝,坝址区地形地质条件复杂且处于强震区,需研究其坝体和坝基料的动力特性。采用清华大学大型高压多功能静动三轴试验机,对坝基和主要坝体材料进行了动弹性模量与阻尼比试验和动残余变形试验。试验结果表明,与普通堆石料相比,软岩次堆石料和覆盖层料的动弹性模量较低且变形较大,但其动应力应变关系与动变形特性同样可以分别用修正的黏弹性动本构模型和残余变形经验公式进行描述。此外,根据动力试验结果初步论证了利用软岩和直接在覆盖层上筑坝的可行性。     

金沙江上江坝址河床粘土层特性及工程意义

金沙江中游上江坝址河床覆盖层中分布因下游堰塞坝堵江而形成的湖相低液限粘土层,埋深49.7~79.6m,厚度9.3~24.0m,左岸厚右岸薄,分布连续稳定,该层多呈可塑状,具强度较低、透水性微弱等特点,为坝基的一条相对软弱带。坝址河床覆盖层深厚,最大厚度206.2m,除分布低液限粘土层外,还分布有漂卵石、砾卵石、碎块石、砂砾石等强度相对较高的物质成份。坝址初拟布置心墙堆石坝,以覆盖层为基础持力层,大坝建基面的选择与粘土层关系密切,本文通过对河床低液限粘土的空间分布、成因、工程特性进行阐述分析,研究了坝基低液限粘土利用与否的筑坝技术难点,经过初步论证大坝利用粘土层浅层清基的筑坝方案要相对经济、合理。     

下坂地水库坝基防渗墙设计

新疆下坂地水库坝基冰碛砂砾石覆盖层最大厚度达150余m，坝基防渗处理设计采用上部85m深混凝土防渗墙下接4排帷幕灌浆的形式来实现全断面截断坝基覆盖层渗流。其坝基防渗墙。采用悬挂式混凝土防渗墙结构，解决了深厚覆盖层防渗难题。     

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。     

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。     

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。     

深厚覆盖层上复合土工膜防渗堆石坝筑坝特性研究

在扼要分析防渗土工膜主要力学特性的基础上,结合一在建的深厚覆盖层上复合土工膜防渗堆石坝,对其进行非线性结构分析,着重研究复合土工膜和防渗墙的受力变形特性,并对几种不同规格的复合土工膜进行选型分析,确定适合大坝选用的防渗复合土工膜。此外,对坝体和坝基材料参数变化对复合土工膜和防渗墙受力变形的影响进行了敏感性分析。研究表明,在现有可能不利条件下该坝复合土工膜和防渗墙的应力变形均在合理可控范围之内,大坝结构安全能够满足要求。     

各向异性对积石峡面板堆石坝渗流的影响分析

面板堆石坝的坝料在填筑过程中由于碾压等原因而表现出较强的各向异性。采用固定网格有限元全场各向异性渗流分析方法,对积石峡面板堆石坝进行了正常和面板出现裂缝等非常工况条件下的二、三维渗流分析,计算了大坝渗流量和渗流场,探讨了面板裂缝的位置对渗透的影响。计算结果表明,在正常工况条件下,大坝具有良好的渗透稳定性。面板不同的裂缝位置对大坝渗流影响不同。     

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。     

超深覆盖层上高沥青心墙坝防渗墙受力状态的精细化分析EI北大核心

混凝土防渗墙是深厚覆盖层地基上修建土石坝的主要坝基防渗结构,是保证大坝安全的关键防线,因此,精细模拟防渗墙的受力状态,对于合理评价深厚覆盖层上土石坝工程具有重要意义。联合增量迭代法和有限元-比例边界有限元耦合方法,实现了土石坝应力变形的跨尺度精细化分析,克服了中点增量法求解局部强非线性问题时精度低的缺陷;发现了防渗墙-心墙接头附近和防渗墙底部土体剪切带的局部大应变特性,阐明了传统方法无法描述土体局部大应变而高估防渗墙应力的机制;提出了设置薄层单元来模拟应变局部效应的高效计算方法,实现了超深覆盖层上高沥青心墙坝防渗墙受力状态的三维精细化分析。本研究发展的有限元-比例边界元-增量迭代法-预设薄层单元的跨尺度非线性分析方法可为深厚覆盖层上土石坝防渗墙的安全评价和设计优化提供理论和技术支持。     

基于ADINA的软土坝基沉降分析

为了预测拟建软土坝基的沉降量,弄清软土坝基的沉降规律及孔隙水压力的消散规律,本文采用有限元分析程序,对大坝软土坝基的沉降进行了分析研究。研究结果表明:大坝的沉降经历了初始沉降、快速沉降和缓慢沉降3个阶段;通过分析,获得了坝基的沉降规律为Hill模型,孔隙水压力的消散规律为指数衰减Expdec2模型,并得出了坝基的沉降量、附加沉降量及水平位移值,为大坝建设和类似坝基沉降预测提供了有价值的参考。     

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。     

公伯峡面板堆石坝流变变形的反演分析

采用沈珠江等提出的流变模型,根据公伯峡面板堆石坝坝体填筑竣工到蓄水前的沉降监测资料,进行反演分析得到相应的流变参数,并用该参数对大坝应力变形进行了计算分析。沉降点监测值和计算值变动规律比较一致,说明了流变模型的有效性;由于坝体堆石料的流变,面板的受力变形在运行期内呈现一定规律性的变化,并逐渐趋于稳定     

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。