较高土石坝膜防渗结构设计方法探讨

根据不同防渗体位置的土石坝受荷位移规律与土工膜受力变形特点,分析了坝内土工膜的变形机理,并以四川瀑布沟186 m的心墙堆石坝为例,提出了土工膜与土心墙联合防渗的思路及设计原则.分析表明:坝内绝大部分区域的土工膜能够承受坝体位移引起的变形,但在刚性锚固部位,由于“夹具效应”,土工膜可能会产生局部过大变形而发生破坏;对于高水头土石坝,土工膜尤其适用于存在缺陷的黏性土料心墙的联合防渗;四川瀑布沟186 m的心墙堆石坝,如果采用土工膜与土心墙联合防渗设计方案,则不仅可以提高防渗安全的可靠性,而且与原设计方案相比,技术上更先进,经济上更合理.     

硗碛水电站大坝碎石土防渗料工程特性及土料设计

硗碛水电站大坝高123 m，采用宽级配碎石土作为高土石坝心墙防渗料。对全料场进行了大量的室内工程特性试验研究以论证使用该材料的可行性，提出了设计及施工控制标准；选用代表性土料通过现场碾压试验验证该控制标准的合理性；对坝体、坝基进行了整体三维应力应变和渗流计算，分析了各种材料控制标准的合理性和共同作用下大坝的安全性；详实论述了防渗料工程特性研究方法、过程、成果，提出了心墙防渗料设计及施工控制标准。     

胶结砾质土心墙坝应力变形及裂缝扩展研究

心墙拱效应是威胁超高心墙堆石坝安全的一个重要因素．通常采用心墙掺砾来减弱拱效应，但即便是掺砾情况下超高砾质土心墙堆石坝往往仍存在较大的心墙拱效应，且过多掺砾易形成渗流通道，不利于大坝防渗．考虑向砾质土中加入固化剂来制备胶结砾质土心墙料，以提高其变形模量，减弱心墙拱效应．以西南某高堆石坝为例，对不同固化剂掺量下胶结砾质土心墙堆石坝开展应力变形有限元数值模拟，分析胶结砾质土心墙坝的应力、变形等性态；同时，采用扩展有限元法(XFEM)分别对心墙上、中、下3个部位预设的裂缝进行正常蓄水期及水位超坝顶两种工况下的裂缝扩展模拟，以分析固化剂掺量对胶结砾质土心墙裂缝扩展的影响．结果表明：心墙固化剂掺量的增加可有效减弱大坝心墙拱效应，改善心墙抗水力劈裂性能；坝体应力水平及位移变化率均随着固化剂掺量的增加而减小，在一定程度上避免坝体因剪应力过大或变形不协调而发生破坏；心墙上部预设裂缝更易发生扩展，固化剂的掺加可有效抑制心墙裂缝的扩展，避免形成渗流通道．可见，胶结砾质土可为超高堆石坝心墙坝料选择提供一种新的可能．     

深厚覆盖层上高土石坝的动力反应特性研究

以相同尺度和相同材料的建造在深厚覆盖层上直心墙土石坝和直接建设在基岩上的直心墙土石坝为例，采用二维动力有限元程序对比和分析了强震区两种高土石坝的静应力分布和动力反应的差异。计算结果表明，设计深厚覆盖层上直心墙土石坝时，大坝自身的动力稳定设计标准可直接采用建设在基岩上的直心墙土石坝的设计标准，而静力稳定问题应加强大坝坝脚以及心墙两个底角部的防护。     

砾石土心墙堆石坝心墙孔隙水压力分析

土石坝的碾压施工会在大坝心墙中产生较高的超静孔隙水压力.对高土石坝,施工期心墙内产生的超静孔隙水压力难以有效消散,使得心墙内长期存在较高的孔隙水压力,导致其有效应力降低,影响心墙的工作性态和大坝稳定性.以某砾石土心墙监测资料为基础,分析了心墙填筑及水库蓄水对孔隙水压力及其变化的影响.提出了一种计算堆石坝心墙孔隙水压力消散的简化方法,即竖向受压而水平排水的一维固结方法.将其应用于心墙填筑完成后库水位保持不变时段的心墙孔隙水压力消散计算,通过计算值与实测值的比较,验证了心墙孔隙水压力简化计算方法的合理性;并进一步计算了心墙测点的固结过程,发现其固结度达到95%所需的时间长达10~30a,其中前10a各测点的固结度均已达到了70%.     

地震动波动输入方法在高土石坝动力分析中的应用研究

地震动输入方法是高土石坝动力分析的重要方面,传统的一致性地震动输入方法难以合理反映地震波的"行波效应"和"地基辐射阻尼"现象,本文将地震动波动输入方法引入了土石坝有限元静动力分析程序TOSS3D,通过与解析解比较,验证了开发程序的正确性.以拟建新疆247m高大石峡砂砾石面板坝为依托工程,对比分析了一致性输入和非一致性地震动输入情况下大坝加速度反应、动位移、坝体残余变形以及防渗体动应力的差异.结果表明,波动输入方法由于考虑了地基的辐射阻尼现象,其计算所得的加速度放大系数、面板动应力以及坝体残余变形均较一致性输入小.研究认为,采用波动输入方法更有助于评估大坝的实际抗震能力,对于200～300m级高土石坝地震分析应采用能够反映土石坝坝体与基岩之间相互作用的数值模型.     

土石坝心墙材料分区优化设计

针对某土石坝工程,考虑对心墙进行分区且各分区采用相同或不同掺砾量的砾质土,对土石坝进行了三维有限元应力应变计算,并对土石坝心墙的土料选用及心墙分区方案进行了优化设计研究.结果表明,土石坝心墙上部应力水平较低,对坝料变形指标和力学指标要求不高,可采用天然黏性土或掺砾较少的砾质土,而其下部采用掺砾量较高的宽级配砾质土,这样,既可以满足坝体应力变形要求,保证心墙抗水力劈裂性能,也可以节省工程造价.     

防渗墙施工缺陷对硗碛大坝影响分析

修建于深厚覆盖层上的土石坝,其防渗体系的可靠性直接关系到大坝的运行安全.针对硗碛直心墙土石坝防渗墙存在施工缺陷的实际工程特点,分别采用降低材料弹性模量以及设置接触面单元的方法对防渗墙的施工缺陷进行了模拟,分析了防渗墙局部缺陷对防渗体系应力变形以及大坝稳定性的影响.计算结果表明,防渗墙的缺陷对坝体应力变形基本无影响,对防渗墙自身的应力变形影响较大,应进行必要的工程处理.     

基于H&R土拱模型的桩承式加筋路堤分析

在HR土拱模型的基础上,通过引入拱顶或桩顶土单元状态系数,对土拱效应分析方法进行了改进.改进的分析方法不仅考虑拱顶或桩顶土单元的弹塑性状态,而且满足路堤荷载平衡条件,同时也考虑了路堤顶面超载的影响.通过计入筋-土界面摩擦作用,改进了张拉膜效应分析方法,推导了桩承式加筋路堤荷载传递效率计算方法.最后采用现有文献中模型试验及数值模拟结果与所提计算方法进行了对比验证,结果表明:该方法计算结果与实测及数值模拟数据均较为符合,可为工程实践提供理论参考.     

基于近场动力学均匀化的混凝土防渗墙等效损伤模型

混凝土防渗墙在我国覆盖层高土石坝坝基防渗中应用非常广泛。受到巨大水推力、土压力及不均匀沉降作用的混凝土防渗墙可能会出现局部破损,该过程涉及到的尺度差异大、复杂破损精细化描述等问题通常是分析的难点。通过近场动力学多尺度均匀化分析,提出了一种高土石坝混凝土防渗墙破损等效损伤模型。首先给出了该等效损伤模型建立的基本思路,然后基于防渗墙破损的机理和应力状态规律的认识,采用近场动力学多尺度均匀化方法,建立了可用于工程三维分析的高土石坝防渗墙破损的等效损伤模型。该模型具有形式简单、参数少且物理意义明确、拉压统一描述、模型新引入的指数参数可以更好地模拟混凝土损伤发展速度等特点,便于工程应用。通过混凝土材料单轴受拉和受压试验及混凝土偏心三点弯曲梁算例验证了模型的有效性后,将该模型有效应用于某砾石土心墙堆石坝防渗墙的三维破损分析中。     

覆盖层地基上250?ｍ级土石坝抗震分析

以某250 m级高心墙堆石坝为例,运用三维非线性静动力有限元方法,模拟大坝的施工、蓄水过程,计算分析了坝体及坝基在场地谱人工地震波作用下的动力反应,验算了心墙及反滤料的动强度,采用Seed建议的安全系数法验算了坝基砂层发生液化的可能性.分析结果表明,坝顶部位的心墙及反滤层均存在动强度不足的问题,处理好材料密度、动强度及心墙拱效应的关系是解决该问题的关键.建议挖除坝基覆盖砂层,防止砂层液化,确保大坝安全.     

中、小型土石坝渗流场三维有限元分析方法及应用

针对中、小土石坝工程的特点以及存在渗流安全的问题,采用改进的节点虚流量法,得到求解土石坝渗流问题的有限元分析方法,并编制Fortran程序.依托某土石坝工程,建立三维有限元渗流场计算模型,对正常蓄水时该坝坝体和坝基的渗流场进行了仿真计算,得到了相应的水头分布、浸润线以及渗漏量,并对该坝设计防渗体系下坝区渗流场规律和特点进行了分析.结果表明,该方法对中、低土石坝渗流溢出点和浸润线定位合理、准确,能够很好地模拟坝区渗流场规律,可为中、低土石坝的渗流安全评价提供参考.     

无压渗流渗出面确定的等效结点流量法

结合溢出点的特性及初流量法求解具有自由面渗流的优越性,以可能溢出点等效结点流量控制为外循环,非饱和区高斯点初流量为内循环,以渗出面只有流量流出,没有流量流入原则进行渗出面判定,编制了相应三维渗流分析程序并应用于某除险加固土石坝渗流分析中,结果表明：渗出面的确定方法可行．土石坝防渗加固效果明显,墙体不会产生渗透破坏．     

空间正交防渗效果及可行性分析

由心墙和防渗墙组成的土石坝垂直单向防渗体系,因其防渗墙随着覆盖层的加深而加深的设计理念,使得在深厚覆盖层上建坝时,防渗墙施工工期较长且难以保证施工质量。因此,本文提出一种新型的适用于深厚覆盖层上心墙堆石坝的空间正交防渗体系,并以某工程为例,用SEEP/W模块进行了一系列的探索计算。分析认为,在能保证水平防渗层施工质量的条件下,空间正交防渗体系可以满足总渗流量和渗透比降的要求,甚至可以达到比传统防渗体系更好的效果,这使得主防渗墙的厚度或者深度可以适当减小,从而降低工程量,缩短工期。     

土石坝心墙沥青混凝土三轴蠕变试验研究

沥青混凝土作为粘弹性材料，在外力作用下将产生很大的蠕变．土石坝沥青混凝土心墙在自重或外力作用下也将产生较大的蠕变，这将直接影响沥青混凝土心墙的受力形式与内应力的大小．基于三轴蠕变试验，对三峡工程茅坪溪土石坝心墙沥青混凝土材料的蠕变特性进行了研究、试验结果表明，用本文的三轴蠕变试验方法进行的试验，可较好的反映心墙工作状态下真实的蠕变状态．另外，用粘弹性的Burgers模型来描述该心墙沥青混凝土材料的蠕变特性，试验曲线和理论曲线能够很好的吻合．     

黄壁庄水库副坝防渗墙除险加固后的安全分析

黄壁庄水库副坝坝基透水性强，渗漏严重．针对加固后副坝以及防渗墙的应力应变进行了分析研究．结果表明副坝坝体与防渗墙墙体的应力应变和应力水平均在允许范围之内，坝体与墙体是安全稳定的，设计所采用的垂直防渗方案是合理可行的．     

深厚覆盖层350m级心墙堆石坝动强度计算分析

以建立在深厚覆盖层上350 m级心墙堆石坝工程实例为据,探讨了该类位于强震区域和深厚覆盖层上的超高心墙堆石坝中敏感性材料（心墙料、反滤料和砂层）的动强度稳定性.计算过程中,首先采用三维建模软件依据坝体结构特点建立了三维有限元计算分析模型,进而利用可模拟坝体填筑、蓄水过程的邓肯E-B模型对坝体进行三维有限元静力分析,得到各土体单元的剪应力比和固结比,最后在静力分析结果的基础上,采用等效粘弹性模型确定坝体在极限地震荷载的动力响应,依据Seed提出的动强度判别标准对坝体内心墙料,上游反滤料及坝基砂进行动强度验算.计算结果表明,在极限地震荷载作用下,坝基砂不发生液化,而心墙料、反滤料动强度安全系数将不满足规范要求,须采取必要的抗震措施进行加固.     

糯扎渡堆石坝施工期心墙沉降统计模型分析

以糯扎渡施工期心墙沉降为研究对象,阐述了统计回归模型的建立与分析的理论及步骤.借鉴传统统计模型,通过改变模型因子形式建立不同模型,对比分析模型应用结果确定较优且适用的统计模型形式.通过实测资料建立模型并评价模型预测效果,结果表明模型预测精度高,使用较传统模型更为方便,可以作为该工程施工期沉降分析的一个工具,并可为类似工程提供参考.     

有限单元法在土石坝渗流安全评价中的应用

本文根据安徽省独山水库地质资料，利用有限单元法建立了独山水库渗流计算模型，解出浸润线出逸点位置、渗流量和渗透比降，证明了有限单元法在大坝渗流安全计算中的可行性。