芝瑞抽水蓄能电站沥青混凝土心墙砂砾石坝坝体反滤设计及渗流安全评价

根据抽水蓄能电站运行期水位变化频繁、水位变幅大的运行工况,针对天然砂砾石料抗渗透破坏和冲蚀能力差的缺点,结合国内在建抽水蓄能电站中首座采用砂砾石料筑坝并直接填筑在河床覆盖层上的沥青混凝土心墙坝,基于当前反滤准则仅重视级配关系而忽略相对密度对砂砾石料渗透性影响的缺点,提出了修正的砂砾石料反滤准则,并通过心墙砂砾石坝坝体的反滤设计、各区坝料的渗流试验及坝体的渗流安全分析进行了验证。结果表明：除级配特征外,反滤设计中相对密度变化对反滤保护能力的影响也至关重要,由于天然砂砾石料渗透性能差,在库水位快速下降过程中,短时间内砂砾石坝体内孔隙水无法排出,坝内浸润面跌落速度远低于库水位下降速度,存在明显的滞后现象,且随水位变化,坝体内部存在渗透坡降大于允许坡降的现象,通过修正反滤准则进行的坝体各分区间的反滤保护设计,可有效应对抽水蓄能电站运行过程中库水位变化频繁、水位变幅大带来的心墙坝大坝迎水侧砂砾石料的渗透稳定问题,结合优良的力学特性及储量丰富便于施工的特点,砂砾石料也是构筑抽水蓄能电站当地材料坝的良好天然材料。     

土石坝水力劈裂发生机理及模型试验研究

探讨了心墙堆石坝心墙发生水力劈裂的机理,认为在土石坝心墙中可能存在的渗水弱面以及在水库快速蓄水过程中所产生的弱面水压楔劈效应为心墙发生水力劈裂的重要条件。基于上述思想,研制了一种新型的研究水压力沿渗透软弱面渗入土体形成水压楔劈效应并诱导发生水力劈裂现象的试验装置,采用糯扎渡高心墙堆石坝心墙混合土料进行了水力劈裂试验。研究结果证实了所提出的渗透软弱面水压楔劈效应作用模型的正确性。     

复杂水库调度及降雨条件下堆积体滑坡离心试验研究

复杂水库调度是指库水位经历多次上升或下降且速率前后不一致的工况,是工程中常见情况。为研究水库调度和降雨条件下库岸堆积体边坡滑动触发因素、演化规律及失稳机制,以HD库区典型堆积体边坡为原型,自制库水位变动与降雨耦合作用离心试验系统,设计水位上升→水位下降(慢速)→降雨→水位下降(快速)工况,开展离心机模型试验。分析试验全过程中边坡宏观变形、孔隙水压力及土压力变化特征,以探究复杂水库调度及降雨条件下堆积体边坡变形破坏机制。结果表明：水库蓄水阶段边坡变形不易察觉,主要发生边坡底滑面前缘局部坍塌;库水位骤降会诱发边坡产生中下部的分级滑动并带动后缘产生拉裂缝;降雨引起坡表侵蚀及边坡整体下沉,表现出推移式破坏特征;尽管第2次水位骤降速率是第1次的2倍,但边坡变形表现为以前缘局部牵引式下沉为主。     

库水作用下的边(滑)坡稳定性分析

水库蓄水后,将形成大量的涉水岸坡,当水位上升时,坡体中由于水的渗入,导致坡体浸水体积的增加,从而使滑面上的有效应力减少或抗滑阻力减少和部分滑带饱水后强度的降低;当水位下降时,由于坡体中浸润面下降的滞后效应,导致坡体内产生超孔隙水压力,也将对滑坡的稳定性产生影响。因此,关于库水作用下的边(滑)坡稳定性分析成为了一个重要的研究课题,就近几年针对该课题所取得的研究成果进行总结,重点研究了水位下降时坡体内浸润面位置解析解与数值解的对比分析以及根据经验概化确定浸润面位置进行稳定性分析所存在的误差。     

江垭水库大坝及近坝山体抬升发展趋势

江垭水利枢纽工程在水库蓄水后,大坝和附近山体发生大规模的抬升现象。为了研究水库运营期间库水位变化对大坝及近坝山体抬升变形的影响规律,预测这种变形的发展趋势,利用FLAC³D进行了详尽的数值分析,揭示了水库蓄水是导致大坝及近坝山体抬升的本质原因,说明循环的蓄水和排水过程中坝基和近坝山体没有显著的不可逆抬升变形,并且预测水库在未来运营期间,最大抬升量和目前最高库水位情形下的最大抬升量应该相当。     

广西某库淹区公路路面破坏原因分析与治理对策

百色至罗村口高速公路K173 300～K173 600段位于百色水利枢纽库淹区内,在水库自蓄水发电后首次水位下降的时候,路面出现了严重的破坏变形现象.本文在专项地质勘察的基础上,分析路面破坏的原因,并提出治理对策.     

毛尔盖水电站大坝表面变形监测及其分析

对毛尔盖水电站大坝表面变形进行了平面监测和水准监测,监测结果表明:上游坝面观测墩变形与蓄水有较好关联性,即库水位上升阶段变形较大,库水位稳定阶段坝面变形量减小,而下游坝面变形和廊道变形与库水位上升无明显关联;大坝表面变形特征符合土石坝施工期和初蓄期变形特征。     

泄滩污水处理厂不稳定斜坡地下水动力学参数反演

三峡水库蓄水运行后,三峡库区泄滩污水处理厂岸坡在库水位变化条件下发生较大的变形,目前,该岸坡已成为不稳定斜坡。本文基于流固耦合理论,采用有限元法、神经网络与遗传算法相结合的综合智能反演方法,依据该不稳定斜坡在一个库水位变化周期内的地下水位和变形监测资料,对该不稳定斜坡在一个库水位变化周期内的地下水动力学参数进行反演分析,获得该斜坡堆积体在库水位变化和降雨条件下的渗透系数和储水率动态变化特征,为该斜坡的稳定性评价提供依据。     

库水位变化对库岸滑坡渗流特征影响的数值模拟研究

三峡库区水库蓄水之后,库水位在175~145m水位的周期性波动,库岸滑坡地下水渗流状态发生较大改变,可能引发滑坡等岩土体失稳现象的发生。利用有限元数值模拟方法,对库岸赵树岭滑坡在水位变化条件下地下水渗流状况进行了分析。结果表明,三峡库区水库蓄水后水位变化对库岸滑坡地下水渗流场的改变明显恶化了影响滑坡稳定的水文地质条件。     

南湾水库坝基顺河断层带渗流稳定性研究

根据南湾水库的蓄水和地质、结构特点,对其坝基顺河断层带进行渗流稳定性研究.根据南湾水库工程大坝浸润线和基岩等水位线图进行坝址区渗流域渗流场反演分析,确定岩体的实际渗透系数.运用二维有限元分析等方法评价,预测水库现状水位和未来高水位各运行工况下坝基渗流场的渗透稳定性.计算分析表明,有限元法计算的断层带最大水力坡降小于断层带允许坡降不会产生渗透变形.     

库水位快速变动条件下心墙坝上游坝壳自由水面线变化规律研究

为了计算渗水压力对心墙坝上游坝坡稳定性的影响,须掌握库水位降落时上游坝壳中自由水面的变化规律。本文利用模型试验模拟了上游坝坡坡比、库水位不同降落速率、坝壳料不同渗透系数对自由水面位置变化的影响,并把模型试验结果与有限元计算结果、经验公式法计算结果相比较。从试验结果及有限元计算结果可知,库水位降落速度越快,自由水面线位置越高,最高点高度越大。坝壳坡度越陡,自由水面的位置越低。坝壳料渗透系数达2.45×10-1 cm/s时,有限元计算分析结果比模型试验得到的自由水面最高点稍高,经验公式法得到的计算结果最小。     

旱涝急转下斜墙坝渗流特性试验研究

对斜墙坝渗流安全,关注点多在于是否形成稳定渗流场,浸润线高低以及渗流量多少等,渗流分析基本为饱和渗流,而在旱涝急转情况下,受旱土体处于非饱和状态,土体表面分布着裂缝,渗流情况复杂,常规渗流分析难以进行。基于室内坝坡模型,模拟旱涝急转工况,研究斜墙坝渗流特性。研究结果表明:对于受旱后裂缝发育程度低的黏土防渗体防渗性能良好,其渗透系数要小于饱和渗透系数,而对于裂缝较发育区域,由于其良好的透水性,渗透性远大于土体饱和时的渗透性;降雨及水位上涨时,裂缝会自行愈合,但愈合仅限于表面,土体完整性无法再回到产生裂缝前的状态,此时坝坡土压力值相对试验初期要小许多,裂缝的产生增大了土体的孔隙率,改变了土体渗透性,永久削弱了黏土防渗体防渗性能。试验得出了旱涝急转下斜墙坝渗流演变规律,可据此对实际工程中的渗流薄弱部位进行重点监测与保护。     

裂隙岩体非恒定渗流场与弹性应力场动态全耦合分析

为更真实地反映在环境条件变化以及施工过程等因素作用下渗流场和变形场的行为规律，在裂隙岩体介质小变形的假定下，基于不可压缩水流在复杂应力状态作用下的裂隙岩体介质中运动的一般方程，建立两场动态全耦合的有限元数值模拟方法。在耦合分析中采用统一域混合模型模拟渗流场，对弹性变形场的模拟则采用多裂隙岩体介质和离散裂隙介质分别模拟的方法。对建立的耦合模型采用四自由度全耦合法结合有限元数值方法直接求解，对无压流中自由面的处理则采用固定网格法中的改进初流量法。最后针对水库裂隙岸坡算例，进行能模拟水库蓄水加载过程的静态、动态耦合有限元分析，揭示水库蓄水过程中裂隙岸坡位移场和渗流场的基本变化规律。分析结果表明，考虑蓄水过程中渗流的动态效应时，将会使水库岸坡产生较大的差异沉陷，从而对岸坡的稳定性产生不利影响，对于缓慢蓄水过程可以近似作为静态问题处理。     

基于粒子群支持向量机的高心墙堆石坝渗透系数反演

渗流场参数的获取是研究运行期高心墙堆石坝渗流特性的难点之一。针对糯扎渡高心墙堆石坝,利用饱和–非饱和渗流场有限元程序生成学习样本,借助支持向量机的高度非线性映射能力,建立了渗透系数与水头之间的映射关系。再以识别误差目标函数为适应值,采用粒子群优化算法反馈搜索以建立大坝渗透系数反演模型。以大坝最大横剖面典型渗压计测点为实测点,采用一维固结理论推导了大坝心墙超静孔隙水压力消散计算公式,并对心墙水头实测值进行修正。通过对运行期库水位稳定时段渗流场的反演得到大坝待反演分区的渗透系数,再利用水位上升期对应的渗流场进行验证。结果表明,渗透系数反演结果是合理的。     

高心墙堆石坝坝基廊道受力特性研究

在中国水资源最为丰富的西部地区,河床覆盖层厚达数十米甚至百米,一大批土石坝正在和将在这些大江大河上建设。坝体心墙与坝基防渗墙多采用廊道这种结构型式进行连接,廊道受力条件复杂,是工程成败的关键,但是有些已建工程却出现了廊道漏水的现象,廊道开裂和结构缝破坏成为亟待解决的问题。为了对廊道受力情况和开裂规律有一个清楚的认识,分析总结了几个工程廊道的监测资料,同时基于混凝土非线性本构理论,建立有限元模型对廊道进行了数值模拟。对监测结果和数值计算结果进行对比分析之后,探讨了廊道中的结构缝问题和廊道整体的受力规律,指明了廊道中需要重点关注的易开裂部位,为廊道合理配筋提供了指导,同时为类似工程的决策提供参考。     

Impact of dams on the hydrology of the Niger Delta

 The Niger Delta has a fragile coastline in which the river hydraulic forces are in dynamic equilibrium with coastal processes. The impoundment of 49 dams in the Niger catchment area with a combined reservoir capacity of 36 million m³ has a direct impact on the Niger Delta, resulting from the reduction in flow and sediment delivered to the coast. The delta has experienced shifts in the ecological equilibrium manifested as adjustments to the coastline geometry, lower flood water levels and upstream migration of tidal influences. Although the effects of upstream dams are cumulative, the large capacity dams have the most immediate impact. The construction of the dams results in a sudden drop in water level which is followed by a gradual recovery. Data from the Niger Delta suggests that although some rivers recover part of their flow, levels are still below those which existed prior to the construction of the Kainji Dam. Received: 1 July 1998 · Accepted: 30 October 1998     

金佛山沥青混凝土心墙坝二维渗流计算分析

渗透水流将会对土石坝的坝体以及坝基渗透破坏产生巨大的危害性。本文依托金佛山水电站工程,根据沥青混凝土心墙堆石坝方案的地质条件及渗流控制特点,建立了平面有限元计算分析模型,模拟了坝体和坝基在不同水位组合条件下的渗流场,重点研究了其渗透破坏的可能性,并且对防渗帷幕和坝基渗透系数的敏感性进行了分析。计算分析结果表明:各种水位组合下,沥青混凝土心墙及防渗帷幕起主要的阻水作用,防渗帷幕的水力比降较大,其安全稳定性需要重视。渗流场分布对防渗帷幕及坝基渗透系数不敏感,而渗流流量相对敏感。     

浸润面位置的确定方法对涉水边坡稳定性分析的影响

 水库蓄水后将形成大量的涉水边坡,库水水位的变化将对其稳定性产生影响,目前关于这类边坡的稳定性分析,一般都是首先确定坡体内浸润面的位置,然后再进行稳定性分析。因此确定浸润面位置的方法正确与否,对稳定性分析的结果是否准确至关重要。由于实际工程中通常采用经验概化的方法来粗略地确定岸坡坡体内稳态浸润面的位置,因此该方法计算结果的可靠性究竟如何已经成为一个急需解决的问题。通过对比分析渗流计算和经验概化这两种浸润面位置的计算方法对水边坡稳定性分析结果的影响,从而确定按经验概化的方法计算到底存在有多大误差。从算例所得到的结果看,按经验概化法所确定的稳态浸润面位置进行稳定性分析,其结果将偏于危险,且误差在10%以上,应予以重视。     

青藏高原东缘水库绕坝基渗流化学溶蚀研究

研究了青藏高原东缘某大坝基础遭受渗流场与化学场破坏的过程。通过氯离子示踪、温度电导示踪以及人工示踪方法,确定混凝土防渗墙中存在缺陷,库水通过非全封闭式防渗墙绕坝基渗漏,渗水通过坝后区的反滤层排泄;酸溶解试验和X射线荧光分析证明,坝后区地表的白色颗粒物主要是CaCO_3;结合化学反应过程,确认析出物来自于防渗墙中的水泥,渗漏水中的CO_2与水泥中的Ca(OH)_2发生反应生成可溶性Ca(HCO_3)_2,然后被渗漏水带到地表,并在常温下分解形成CaCO_3。通过地表水中CO_2含量的测试分析发现,参与水岩反应的CO_2具有除大气降水之外的其他来源。结合地质构造推断来自深部碳库中的CO_2通过断裂带进入到了地下水与库水中,并参与了水岩反应,对大坝的侵蚀速度大幅度增加。研究表明深部CO_2进入地下水并参与渗流过程,对大坝及水工建筑物的化学侵蚀作用将大幅度增强。     

土坝渗透稳定可靠性分析方法及应用

采用确定性分析方法分析土坝渗透稳定的理论和方法已经较为完善,但它由于没有考虑坝体材料参数的变异性,因此得出的安全分析成果并不能完全可靠地表征其安全性。利用概率与统计的方法对土坝渗透稳定进行可靠性分析则可考虑坝体材料等一些不确定因素对土坝的渗透稳定影响。首先利用统计方法对坝体材料物理参数进行分析,得出了参数的概率分布类型,然后运用可靠性分析原理,构造土坝渗透破坏功能函数,分析土体有效重度、内摩擦角,坝体、坝基材料渗透系数对功能函数的影响,并采用几何法对坝体渗透破坏可靠指标进行计算,得出坝体发生渗透破坏的概率。利用上述方法对一土坝渗透稳定进行了分析。结果分析表明,坝体渗透破坏的概率随着土体有效重度和内摩擦角变异性的增加而增加,并且土体内摩擦角的变异性对坝体渗透破坏的影响较大,坝体渗透变异性对坝体渗透破坏的影响较大;另外,随着库水位的升高,坝体发生渗透破坏的概率也显著增加。