基于MSA法的高心墙堆石坝地震沉降易损性分析

多条带分析法(MSA)是新近提出的一种针对离散强度因子的易损性分析方法,为结构安全评估提供了有效路径,但目前在土石坝工程领域应用较少。本文针对高心墙堆石坝,选取坝顶震陷率为性能指标,建议了轻度、中度和重度破坏三个等级;考虑地震动的随机性,采用MSA法开展了易损性研究,得到了不同破坏等级的易损性曲线和概率,为大坝的强震性能评价提供准则和参考;不同条带数量下地震易损性分析结果表明,适当减少水平条带数量,对易损性结果影响不大,这有利于计算工况的减少。     

小浪底土石坝心墙拱效应分析

结合小浪底大坝监测资料,基于有效应力算法,采用一个能表征心墙拱效应强弱的评价指标,对大坝心墙拱效应进行计算。结果表明:施工期拱效应系数变化较稳定,竖向范围内坝体上部的拱效应比下部显著,同一高程拱效应系数中间部位最小,向上游和向下游逐渐增大,土压力呈马鞍形分布,心墙中部附近土压力最小;运行期同一高程拱效应从上游到下游依次减弱,拱效应系数主要受库水位和土体固结排水因素的影响,短期内受库水位影响大,长期则受土体固结排水的影响,拱效应系数的变化与库水位变化正相关,从总体趋势看,拱效应系数在缓慢减小;所有测点拱效应系数均大于零,说明坝体处于安全状态。     

国外某深厚覆盖层高土石坝坝基防渗方案设计

国外某高砾石土心墙堆石坝坝基覆盖层深厚、层次结构复杂,基础存在地震液化、抗滑、坝基渗漏等问题。文中针对大坝挡水水头高、坝基材料渗透性强的特点,在设计过程中对单排防渗墙、双排防渗墙、防渗墙结合水平铺盖等防渗形式组合进行了技术比选,最终采用双排防渗墙作为该工程坝基最佳防渗方案。该方案合理且可靠,计算成果可为深厚覆盖层地区的坝基防渗设计提供一定的参考。     

深厚覆盖层上高心墙坝地震惯性力动态分布系数研究

对于强震区坐落在深厚覆盖层(深度超过50 m)上的高土石坝,通过拟静力稳定分析结果初步判定其抗震稳定性是抗震设计的主要内容,其中水平向地震惯性力沿坝基覆盖层至坝顶的动态分布系数是关键。然而,现行《水工建筑物抗震设计标准》(GB 51247—2018)中地震惯性力动态分布系数多基于坐落在基岩上的高土石坝的动力响应规律确定,现有动态分布系数忽略了深厚覆盖层和地震动强度对地震动传播规律的影响。因此,以坐落在深厚砂砾石覆盖层上150 m级高黏土心墙堆石坝为研究对象,结合现行土石坝设计规范和国内已建高土石坝实例,基于统计平均的方法确定了坝顶宽度、坝料分区、坝坡坡比、覆盖层材料的静、动力特性等关键参数,深入探讨了150 m级高黏土心墙堆石坝在小震(0.1 g)、中震(0.2 g)和大震(0.4 g)规范谱地震动作用下不同深度砂砾石料覆盖层的动力响应分布规律,进而总结归纳出不同深度覆盖层下150 m级高黏土心墙堆石坝的水平向地震惯性力的动态分布系数,将其引入到拟静力法稳定分析中,最后基于最危险滑动面和最小安全系数与现行规范所得结果进行对比分析。研究结果表明,小震(0.1 g)和中震(0.2 g)下采用文中推荐的考虑深厚覆盖层和地震动输入强度影响的水平向地震惯性力动态分布系数时将得到更符合工程实际的评价结果。研究成果可为深厚覆盖层上的高土石坝抗震设计提供参考依据。     

复杂地形条件下土石坝心墙安全关键问题探讨

复杂地形条件下心墙与陡峻岸坡剪切渗流安全、岸坡突变引起的坝肩横向张拉破坏、狭窄河谷心墙应力安全及变形稳定是土石坝心墙安全关键问题。基于国内外最新研究成果,探讨了上述问题的形成原因及作用机理,揭示了工程建设需进一步深入研究的方向。结果表明,心墙与岸坡接触部位在发生大剪切变形后仍具有较高的防渗抗渗性能;受主应力偏转、不均匀变形以及低围压土体剪胀特性的影响,在心墙顶部20～30 m范围内的土体,蓄水后应力变形条件将变得十分复杂,是较易诱发心墙发生水力破坏或接触渗透破坏的薄弱环节,工程建设应引起足够重视。除了严格坝体变形控制措施外,建议在高土石坝左右坝肩易发生裂缝区域,可采用接触粘土代替砾石土料,必要时采取预埋灌浆管、降低水库初期蓄水速率等工程措施,进一步降低高坝大库蓄水运行风险。     

存在高渗透区的黏土心墙土石坝渗流稳定性分析

黏土心墙土石坝是重要的挡水建筑物,心墙的低渗透性可以大幅降低坝体水力梯度,减少坝体发生渗透破坏的风险。然而心墙的质量问题（如局部高渗透区）会影响坝体的渗透稳定性,甚至酿成管涌溃坝等严重后果。以瀑布沟心墙土石坝为原型开展坝体渗流大型水槽模型试验,并结合有限元数值模拟方法研究高渗透区对坝体内部渗流场和渗流稳定性的影响。试验表明高渗透区域将改变心墙的渗流场,成为优势渗流通道,导致高渗透区域附近孔压值大幅上升,同时高渗透区域的存在将显著提升坝体渗漏速率。试验与模拟结果一致表明,随着高渗透区域逐步上移,高渗透区所在位置处的孔隙水压力增大,坝体渗漏量减小。高渗透区和心墙的渗透系数增加都会使心墙孔压值和渗漏量增加;随着高渗透区的渗透系数的增大,心墙坝渗流稳定性系数降低,导致坝体稳定性下降;随着心墙渗透系数的增大,高渗透区水力梯度略微减小,但心墙整体临界水力梯度下降,坝体稳定性降低。所得结论可为基于监测数据反演分析心墙的质量问题和评估坝体的安全性能提供依据。     

基于压实度保证率的砾石土压实度快速检测法优化

砾石土心墙料压实度指标是砾石土心墙大坝工程质量控制的一个关键指标,常借助核子密度仪进行快速检测。鉴于砾石土的非均质特性,常规方法利用最大干密度均值求取的压实度为近似值,当实际最大干密度大于最大干密度均值时,压实度计算值偏大,易引起误判,影响工程质量。提出了压实度保证率概念,通过压实度及压实度保证率双控指标,对常规方法进行优化,明确了优化方法的评定流程及判定准则。并结合两河口水电站工程实例,论证了常规方法仅为优化方法的一种特殊表现形式。通过两河口水电站工程2019年3月份实测数据对比分析发现：采用常规方法检测的压实度均一次检验合格,而采用优化方法检测时,存在个别不合格点,需进一步复测。优化方法较常规方法更为严格,提高了工程安全裕度,保障了工程质量。     

高心墙堆石坝蓄水变形和裂缝机理分析

我国高堆石坝建设正处于高潮期,其中高心墙堆石坝的坝高已达300 m级。结合实际监测资料的坝体变形分析对大坝变形机理的研究和工程设计具有重要的指导意义。结合某电站大坝的实际监测资料,分析初蓄水坝体各部位变形的变化趋势,并就此得出初蓄水对坝体变形的影响区域,分析了各部位变形的影响机理和坝体裂缝发生的机理及发生过程,并利用有限元方法进行了蓄水变形及裂缝的验证。     

砂土ＵＨ模型在土石坝有限元分析中的应用

利用砂土ＵＨ模型对两岔河水库工程心墙堆石坝进行了应力变形三维有限元计算,分析了坝体在竣工期和满蓄期的应力变形特性。结果显示:坝体在竣工期和满蓄期的最大沉降分别为７３．８ｃｍ和７７．７ｃｍ;坝体在竣工期和满蓄期的大主应力、小主应力均存在拱效应,大主应力的拱效应更显著,心墙内小主应力均为正,未出现拉应力;竣工期和满蓄期防渗墙左右两侧小主应力出现了拉应力区,防渗墙最大拉应力和压应力均在混凝土强度容许范围内。大坝应力变形的计算结果符合心墙堆石坝应力变形一般规律。有限元计算结果均在合理范围内,表明砂土ＵＨ模型在土石坝工程中有较好的适用性。     

高温气候下沥青混凝土心墙连续碾压施工结合面温控试验研究

在夏季高温气候沥青混凝土心墙连续多层施工时,为减少等待结合面温度降至规范要求上限值90℃的时间,通过室内试验模拟结合面温度提高后心墙连续两层铺筑的情况,分别研究了结合面温度在90℃、100℃、110℃情况下沥青混凝土的压实性和变形情况,并进行了现场试验论证。室内试验结果表明:心墙沥青混凝土结合面温度降至100℃时,上层沥青混凝土的孔隙率为2.88%,下层沥青混凝土的最大侧向应变值为2.78%;结合面温度为110℃时,上层沥青混凝土的孔隙率为3.85%,下层沥青混凝土的最大侧向应变值为4.00%。现场试验结果表明:结合面温度为100℃时的上层沥青混凝土孔隙率和渗透系数均满足规范要求。因此,沥青混凝土心墙连续多层碾压时,结合面温度提高至100℃的施工质量可以得到保证。