高拱坝水垫塘反拱底板衬砌结构的非线性静力分析

本文利用Ansys程度对高拱坝水垫塘衬砌结构进行了全过程计算。在止水结构未破坏以前，衬砌块结构可以看作是作用在弹性地基上的板，利用点-线接触单元模拟水垫塘衬砌块结构之间的接缝以及衬砌与基岩的接触，并对衬砌块与拱端支座的连接形式进行了研究；在止水结构破坏后，衬砌块结构下部受到方向向上的脉动压力和进均压力，拱的作用表现出来，并且衬砌块与基岩之间的锚固钢筋开始作用，这时的结构可看作是一种“反吊拱”。本文利用弹簧单元模拟衬砌块与基岩之间的钢筋进行计算，得到一些用于指导水垫塘设计的结果。     

反拱水垫塘衬砌结构整体稳定性研究

本文针对拉西瓦水电站的水垫塘的反拱式底板，通过数值计算，研究了正向荷载和反向荷载作用下的锚固钢筋水平、基岩弹性模量、静水压力和板块分块数量对反拱水垫塘底板整体稳定性的影响，论证了底板的稳定性。     

溢流拱坝反拱型水垫塘性能的原型观测与模型试验研究

对长潭岗水电站反拱型水垫塘的动水荷载、底板扬压力、锚固钢筋应力、拱端推力等进行了原体观测,并与水工模型试验结果相验证。结果表明反拱型水垫塘可较好地协调地形、结构和水流条件,曲线形状可使水流平顺;由于采用了拱型结构,底板由抗浮稳定转为抗轴向力,从而改善了底板的受力条件。为了预估不同工况条件下水垫塘的工作特性和进一步完善反拱水垫塘设计理论,还对反拱型水垫塘三维流场进行了数值模拟和进一步的水工模型试验。     

白鹤滩水电站反拱型底板非线性静力分析

基于非线性接触理论,结合有限元分析方法对弦长达到130m、分块较多的反拱底板水垫塘进行敏感性分析,研究正向荷载作用下不同锚固水平和方式、反拱曲率及键槽对反拱水垫塘稳定性的影响.并得出以下结论:锚筋对反拱形底板的整体稳定起关键性作用;均布荷载作用下锚筋均匀分布最利于整体稳定,中间板块不锚固是可以选择的利于成拱的方式;对于弦长达130 m的反拱水垫塘,反拱圆心角74°左右较合理;键槽对局部稳定性有明显提高.     

水垫塘反拱形底板拱端推力的试验研究

文章根据试验数据,分析了水垫塘反拱形底板拱端推力的影响因素,拟合出反拱形底板拱端推力的经验公式。     

反拱水垫塘三维紊流场水力特性的试验研究

反拱底板水垫塘是一种新型的水垫塘型式,是一个倒拱形壳体结构。它是根据峡谷天然河道的形状,将水垫塘设计成中间低、两岸高的拱形体型,不同程度地利用拱的作用来抵抗巨大的动水压力,提高防护结构的安全性。随着反拱水垫塘的广泛应用,关于反拱水垫塘的水流场研究越来越受到重视。针对已建成的拉西瓦水电站的反拱水垫塘,根据重力相似准则,选择合适比尺1∶130,设计了反拱水垫塘水力学物理模型,模拟工况为设计水头7.69 cm,测量了在此工况下的反拱水垫塘各测点压强和流速值。通过对实验数据的处理得到原型反拱水垫塘的压强和速度值,实现了对高水头和大流量作用下反拱水垫塘底板动水压强及流速的试验研究,得出底板动水压强及流速沿流程以及沿拱圈横向的分布规律。     

水垫塘底板稳定分析

针对高拱坝下的平底水垫塘和反拱水垫塘的稳定进行分析。根据水垫塘混凝土块体的受力分析和模型试验结果可知：在相同条件下，反拱水垫塘的稳定性优于平底水垫塘，但反拱水垫塘底板的稳定性最终归结为拱座的稳定性，一旦拱座失稳，将会导致整个拱圈失事。     

基于离散元的白鹤滩反拱型水垫塘底板稳定性研究

为研究白鹤滩反拱型水垫塘底板的失稳机理和稳定性规律,采用距离势函数离散单元法,建立离散单元模型进行仿真计算,并针对不同结构缝宽度、锚固水平及正向荷载作用位置进行底板稳定性的敏感性分析。研究表明:白鹤滩反拱型水垫塘底板的失稳机理为受正向荷载的底板与其两侧底板接触后,会带动两侧底板向反拱边缘滑动并翘起,直至完全脱离两侧底板约束。结果表明:底板间结构缝宽度的增大会降低锚筋的锚固效果,脉动荷载相同大小下,其作用的范围越广,越靠近反拱边缘,则底板越易失稳。     

高拱坝水垫塘底板稳定分析研究

针对高拱坝下的平底水垫塘和反拱水垫塘的稳定分析,根据水垫塘混凝土块体的受力分析和模型试验结果得出:在相同条件下反拱水垫塘的稳定性优于平底水垫塘,但反拱水垫塘底板的稳定性最终归结为拱座的稳定性,一旦拱座失稳,将会导致整个拱圈失事。     

基于接触理论的水垫塘底板数值模拟研究

平底板的稳定主要靠自重和锚固钢筋维持,因此合理的锚固钢筋模拟方法对解决底板的稳定计算问题至关重要。对锚固钢筋的工作原理进行了研究,用几种锚固钢筋的模型对实际工程底板稳定问题进行了计算。水垫塘止水破坏后,板块受脉动上举力的作用,与板块四周水体一起在座穴内不断的振动,是一种流固耦合振动,且底板与基岩相互碰撞、滑动,又表现为典型的接触问题,计算相当复杂。建立的底板-地基-水体-锚固钢筋联合作用有限元模型比较真实的模拟了底板的实际运动状态,并对平底板失稳的各个不同阶段进行了全过程的仿真模拟,计算结果更加真实可靠。     

高拱坝坝身泄洪规模探析——以白鹤滩水电站为例

坝身泄洪规模对于高拱坝工程的泄洪安全有重大影响,是高拱坝水力设计中关键的技术参数之一。本文基于白鹤滩水电站坝身泄洪水工模型试验成果与水垫塘底板最大冲击压强宜小于15.0×9.8 kPa的技术基准,给出了该工程坝身泄洪规模的具体量值,并从水垫塘单位水体消能率角度与同类型工程进行了对比。试验研究表明,坝身泄洪规模与水垫塘底板冲击压强之间有显著相关性:在表孔单独泄洪运行工况下,随坝身泄流流量的增加,水垫塘底板最大冲击压强以幂函数的形式增大,且增幅十分明显;而在表深孔联合运行工况下,水垫塘底板最大冲击压强则主要取决于表孔与深孔泄流流量之比,基本上为线性关系。     

三峡永久船闸结构锚杆耐久性设计

三峡永久船闸充分利用高强完整的岩体，采用衬砌式混凝土结构形式，闸首支持体混凝土衬砌最小厚度12m，闸室墙混凝土衬砌最小厚度1.5m。在船闸低水位运动或检修时，通过大量的高强结构锚杆将混凝土结构与墙后岩体联系在一起，共同受力。为防止结构锚杆在混凝土与岩体接触面处的自由段遭受腐蚀破坏，采用喷锌与涂环氧封闭层外加橡胶套管的防护措施，以提高结构锚杆的耐久性。对锚杆所处的环境作了系统研究，对整个设计过程作了详细介绍。     

关于水垫塘底板受力控制标准的探讨

我国高拱坝采用水垫塘消能的工程大多沿用 １５×９８ ｋ Ｐａ 作为水垫塘底板所受动水压力的标准。通过分析这一标准的合理性及不足， 发现它不是底板失稳的直接原因， 而且也与溢洪道规范建议的计算公式不接轨， 建议采用动水压差代替动水压力。水垫塘底板所受动水荷载的标准应与水垫塘的地质情况、结构设计、施工控制标准相联系。建议通过深入的研究， 分几种典型的设计条件， 分别制定水垫塘可承受的动水压差的控制标准。     

高压岔管首次充排水衬砌开裂规律与渗透特征

高压岔管首次充排水过程是影响衬砌裂缝产生和扩展规律、渗透规律以及长期受力特性的关键因素,亦是关乎结构安全与围岩稳定的重要工况。以阳江抽水蓄能电站钢筋混凝土高压岔管为工程背景,基于流固耦合方法,采用离散单元法(PFC~(2D))研究了首次充水裂缝开展位置与初始地应力的关系;然后,利用有限差分法(FLAC~(3D))分析了衬砌起裂过程和贯通临界压力,明确了首次充排水至平衡状态的衬砌渗透特性以及梯级排水条件下衬砌稳定性;最后,研究了钢筋和锚杆对衬砌结构力学特性的影响,并提出限裂设计参数优化方案。结果表明:内水压力2.8 MPa为衬砌起裂临界压力,继续增至4 MPa时衬砌结构裂缝贯通;裂缝是高压岔管充水期内水外渗和放空期外水压消散的重要渗流通道,衬砌结构配筋与锚杆支护是限制裂缝开度的关键措施;放空期高外水荷载作用下衬砌存在受压破坏风险,应对内水放空梯度进行严格控制。     

第三系泥岩隧洞围岩大变形成因及应对措施

围岩大变形是软岩隧洞建设中危及隧洞施工及长期安全的重大工程灾害之一。结合第三系泥岩隧洞出现的显著围岩大变形及支护结构破坏等现象的工程现场调查,通过开展围岩监测、室内试验及数值模拟等工作,获得了第三系泥岩隧洞围岩大变形的主要成因和发生机理。研究表明:触发该隧洞围岩大变形的主要因素是低岩石强度条件下隧洞开挖卸荷引起的塑性变形以及地下水对围岩的软化作用,围岩挤压膨胀变形和不同岩层间的非一致变形共同主导了支护结构的破坏;围岩大变形的发生机理主要体现在第三系泥岩洞段横穿一条常年流水的冲沟,加之隧洞中部透水性良好的砂砾岩层,使得隧洞开挖后围岩含水率显著增加,第三系泥岩遇水泥化、软化,强度显著降低并呈现出一定的膨胀性,最终促使围岩产生显著的大变形。在此认识的基础上,提出了提高钢拱架型号、增强钢拱架之间的纵向连接、增设底拱外八字锁脚锚管、施加初期支护与二次衬砌之间的聚乙烯缓释消能层等应对措施,实施后的现场监测结果表明,所提出的控制措施有效解决了第三系泥岩洞段开挖过程中的软岩大变形难题。     

洞坪工程泄水建筑物设计

论述了洞坪大坝枢纽工程采用坝身泄水建筑物配合水垫塘消能的必要性;针对坝址河谷狭窄的特点,将三中孔、两表孔中心线交汇于同一点,结合模型试验的结果,尽量使水流占满塘宽不冲击岸坡,对中孔和表孔采取了不同形式的宽尾墩偏流,促使水流在空间碰撞以增加消能效果.     

白鹤滩水电站左岸地下厂房施工期围岩稳定安全监测分析

白鹤滩水电站地下洞室群规模巨大,地质条件复杂,地应力高,洞室开挖期间安全风险大,需要监测围岩稳定情况。通过分析左岸地下厂房第Ⅰ至第 Ⅳ 层开挖安全监测资料,揭示围岩变形规律、特性和原因,并给出了为稳定围岩采取的工程措施。成果表明:洞室施工期围岩变形是地质条件、地应力和开挖等因素共同作用的结果;错动带、裂隙和断层等地质构造影响洞段的顶拱围岩变形总量和变形深度均相对较大,一般洞段下游拱脚围岩变形相对大;顶拱中心和上游拱脚围岩变形大部分在深度6.5 m以内,下游拱脚部分桩号深度超过11 m的区域有一定变形,上下游岩台围岩变形深度大于顶拱;支护锚杆应力、锚索荷载在厂房内的空间分布规律和变化规律与围岩变形一致;一般洞段顶拱的锚杆和锚索受力仍有较好的余度,岩台层采取的针对性处理措施有效地提升了开挖成型效果。研究成果可为后续开挖期间围岩稳定的控制提供参考。