某面板堆石坝垫层料和过渡料渗透变形及反滤试验研究

某面板堆石坝垫层料和过渡料渗透变形及反滤试验研究定培中;严敏;常敬雄【摘要】某在建面板堆石坝拟将现场开挖获得的砂砾石料筛除300 mm以上粒径组后作为上坝过渡料,筛除100 mm以上粒径组后作为上坝垫层料.此法获得的垫层料小于5 mm颗粒含量低于设计要求,垫层料与过渡料的级配包络线范围较窄且两者相差不大.由此造成垫层料与过渡料渗透性范围交叉覆盖,存在排水不畅,水力过渡不好组合的可能性.针对以上情况,对天然开挖筛分后垫层料掺入5 mm以下粒径组颗粒,以提高上坝垫层料小于5 mm颗粒含量,使其级配满足设计要求并提高其内部稳定性.掺配后的垫层料在反滤料的保护下,可以承受远超过渗流场计算得到的最大比降.本研究成果及现场工程实践表明,对垫层料掺配一定比例的细料,是类似条件工程中改善垫层区与过渡区水力过渡,提高反滤作用效果的有效途径.【期刊名称】《中国水利水电科学研究院学报》【年(卷),期】2016(014)006【总页数】6页(P454-459)【关键词】垫层料;过渡料;水力过渡;反滤;掺配【作者】定培中;严敏;常敬雄【作者单位】长江科学院水利部岩土力学与工程重点实验室,湖北武汉430010;长江科学院水利部岩土力学与工程重点实验室,湖北武汉430010;青海引大济湟水电建设责任有限公司,青海西宁810001【正文语种】中文【中图分类】TV641.4西北某在建水电站大坝为面板堆石坝，最大坝高114.5 m，坝顶长度424 m，坝顶宽10 m。

坝体分区包括垫层区、过渡区及主次堆石料区，见图1。

因砂砾石料场储量较少，拟将现场开挖获得的砂砾石料筛除300 mm以上粒径组后获得的土料作为上坝过渡料；筛除100 mm以上粒径组后获得的土料作为上坝垫层料。

由于以上方法获得的大坝填料其级配范围与设计要求有一定出入。

为了解此填料的渗透变形特性以及反滤保护效果，对其进行了渗透变形及反滤保护试验研究并提出填料改进措施。

本工程垫层料和过渡料为同一料场砂砾石料，仅控制其最大粒径不同，过渡料最大粒径300 mm，垫层料最大粒径100 mm。

某水库堆石坝体填筑密度三种方法对比试验研究唐国庆【摘要】堆石面板坝堆石体填筑是坝体的主要部分,其碾压施工质量的控制指标之一是堆石体的干密度.目前检测干密度最常用的方法是灌水法,有专家认为灌水法由于受到塑料薄膜能否紧贴坑壁以及未考虑薄膜褶皱等因素的影响,使所测的密度比实际密度偏高.本文采用灌水法、砂浆填隙灌水法、灌砂法对坝体干密度进行检测,通过对试验结果对比研究,推翻专家质疑,验证灌水法科学可行,可供同类工程参考.【期刊名称】《水利建设与管理》【年(卷),期】2014(034)010【总页数】3页(P25-27)【关键词】大坝堆石体;干密度;对比试验;分析研究【作者】唐国庆【作者单位】中国水利水电第十二工程局有限公司施工科学研究所,浙江建德311600【正文语种】中文【中图分类】TV641某水库大坝为钢筋混凝土面板堆石坝，设计坝顶长448m、宽10m，坝顶高程165.8m,趾板基础最低高程24.3m，最大坝高132.5m，最大坝底宽388m，上游坝坡1∶1.4,下游坝坡设置3道各10m宽的上坝“之”字公路，上坝公路之间坝坡为1∶1.25，平均坝坡1∶1.57。

坝的上游面设置钢筋混凝土防渗面板，顶部厚30cm，底部最大厚度68cm。

钢筋混凝土面板下部设置碎石垫层区和过渡料区。

垫层料区水平宽2.0m，过渡料区水平宽4.0m。

其后依次为主堆石区、砂砾石区、次堆石区，下游坝面为1m厚的大块石干砌护坡。

坝体上游80m高程以下为土石料回填区,下部为粉土,上部回填石渣。

堆石坝干密度质量控制检测采用灌水法。

实施过程中质监机构专家提出，用灌水法测试坝体干密度，由于塑料薄膜不能紧贴坑壁，试坑的临界面处的部分孔隙未计算在试坑体积内，得到的测试数据干密度值偏大。

因此，在大坝施工现场,对已压实坝料的干密度分别采用灌水法、灌砂法和砂浆填隙灌水法进行测试对比。

该次测试试坑分布高程为110.0～117.3m，桩号在0+130+～0+356m坝上59.2m～坝下46m区间内,基本覆盖了测试条件成熟的待检测区。

某水电站风化岩体作为堆石坝料可行性分析魏伟;沈军辉;苗朝;刘海;李刚;聂德新【期刊名称】《人民黄河》【年(卷),期】2012(034)007【摘要】通过对某水电站坝址区平硐开挖所产生的弱风化沙板岩料和微风化沙板岩料进行现场碾压试验和压缩试验,研究其作为面板堆石坝堆石料的可行性,结果表明:弱风化沙板岩碾压料最大干密度为2.41g/cm3,微风化沙板岩碾压料最大干密度为2.43 g/cm3；微风化沙板岩料的抗压缩性能大于弱风化沙板岩料；在相同碾压功率下,微风化沙板岩料变形模量大于弱风化沙板岩料.边坡开挖的弱风化沙板岩堆石料和微风化沙板岩堆石科可以应用于混凝土面板堆石坝的主、次堆石区.【总页数】3页(P127-129)【作者】魏伟;沈军辉;苗朝;刘海;李刚;聂德新【作者单位】成都理工大学地质灾害防治与地质环境保护国家重点实验室,四川成都610059;成都理工大学地质灾害防治与地质环境保护国家重点实验室,四川成都610059;成都理工大学地质灾害防治与地质环境保护国家重点实验室,四川成都610059;成都理工大学地质灾害防治与地质环境保护国家重点实验室,四川成都610059;安徽省公益性地质调查管理中心,安徽合肥230001;成都理工大学地质灾害防治与地质环境保护国家重点实验室,四川成都610059;成都理工大学科技咨询部,四川成都610059;成都理工大学地质灾害防治与地质环境保护国家重点实验室,四川成都610059【正文语种】中文【中图分类】TV641.4【相关文献】1.面板堆石坝垫层料和过渡料渗透变形及反滤试验研究——以青海石头峡水电站为例 [J], 袁耀宇;定培中;唐艳2.岩石风化料心墙在云南黄角树水电站堆石坝中的应用 [J], 何清;何丽俊;石挨宝3.公伯峡水电站面板堆石坝垫层料、小区料加工工艺及质量控制 [J], 刘启悦;杨伟4.鲁布革水电站—中国第一座用风化料做心墙的堆石坝 [J],5.南公1水电站面板堆石坝垫层料、过渡料碾压参数研究 [J], 任强;王建魁因版权原因，仅展示原文概要，查看原文内容请购买。

面板堆石坝施工期反渗水问题及处理措施研究摘要：面板堆石坝在施工期间的反渗水问题已经成为施工阶段常遇到的难题，如果在处理环节方面所选取的方法存在不恰当的因素，会导致面板堆石坝出现裂缝，严重时还会出现结构破损的问题，影响工程施工效果。

因此在实际工作中需要相关施工人员加强对面板堆石坝施工期反渗水问题的深入性分析和研究，提出更加科学优化措施，保证施工的顺利进行。

关键词：面板堆石坝；反渗水；优化措施面板堆石坝相比于其他材料具有成本投入较低和安全性较高的问题，在当前各项工程中的应用较为广泛，但是在实际施工时所存在的反渗水问题较为突出，影响工程的施工效果。

因此在实际管理时，需要相关施工人员明确反渗水发生的原因，提出更加科学化措施，以此来提高整体施工效果。

一、面板堆石坝施工期反渗水问题的概述以及原因（一）表现形式在进行大坝填筑时，如果施工人员并没有将下游侧面的反渗水进行科学的处理，也没有采取相对应的引排措施，那么会在地区中出现聚集性的反渗水区域，并且再加上其中含水量较大会导致弹簧土的出现，进一步的影响填筑的质量，严重时会出现坍塌的问题，影响工程的施工效果[1]。

其次在实际施工时会出现反渗水压力在不断地增加，导致整个渗透层出现被破坏的问题，当反渗水压力超出，各个组成部分的临界水压力之后，那么反渗水会慢慢的从土层流到垫层料中，如果内部结构出现破坏，那么后期修复工作较为困难，很难压实回填量，对周边环境造成的破坏力如何变形的问题，导致施工效果很难得到全面的提高。

最后在实际工作中会出现面板表面开裂的问题，当面板结构完成施工之后，如果出现反水压力过高，那么会导致整个面板表面开裂问题在不断的加大，在面板抬动时会出现较为直接性的破损，破损状面板会出现裂缝的形态，影响整体施工的顺利进行。

另外在面板抬动之后所引起的破坏问题在后续施工时也是很难快速修复的，不仅会浪费大量时间，还会导致成本投入在不断的加大影响工程的施工效果。

（二）原因首先第1个原因为坝体结构方面的因素，在进行面板堆石坝坝体设计之前，需要设计人员考虑有关渗透性和稳定性，例如下游坝体的渗透性要低于上游坝体的渗透性，但是在实际设计时并没有考虑这一因素，并且坝体在完成设计之后很难满足反向渗水的压力，会出现流土过度性的破坏。

水利水电技术(中英文)㊀第52卷㊀2021年第2期王芳,郑东健,何勇军,等.黏土心墙堆石坝变形协调评判指标与各区渗透性能影响研究[J].水利水电技术(中英文),2021,52(2):81-88.WANG Fang,ZHENG Dongjian,HE Yongjun,et al.Study on evaluation index of deformation compatibility and influence of permeability ofeach filling zone of rockfill dam with clay core[J].Water Resources and Hydropower Engineering,2021,52(2):81-88.黏土心墙堆石坝变形协调评判指标与各区渗透性能影响研究王㊀芳1,2,郑东健1,何勇军2,3,李宏恩2,3(1.河海大学水利水电学院,江苏南京㊀210098;2.南京水利科学研究院,江苏南京㊀210029;3.水利部土石坝破坏机理与防控技术重点实验室,江苏南京㊀210029)摘㊀要:针对黏土心墙坝的变形不协调易导致坝体开裂㊁滑坡等险情发生的问题,对顺河向以及不同材料接触面变形的协调进行分析㊂结合实际工程,通过数值模拟,开展了运行期库水位下降工况黏土心墙堆石坝变形协调分析,提出了顺河向不同材料接触面变形协调的离散系数评判指标,分析了库水位下降情况下黏土心墙坝内部变形协调性与对各区渗透性能的影响㊂结果表明:(1)反滤层接触面上顺河向变形主要受到心墙与坝壳料渗透性能的影响,与心墙渗透系数成正比㊁与坝壳料渗透系数成反比,反滤层渗透性能对接触面变形协调的影响小;(2)黏土心墙料㊁反滤层Ⅰ㊁反滤层Ⅱ及坝壳料渗透系数分别为5.00ˑ10-7cm /s ㊁3.27ˑ10-3cm /s ㊁1.00ˑ10-2cm /s ㊁6.84ˑ10-2cm /s 时,实例工程的沉降变形及顺河向变形最为协调㊂关键词:黏土心墙;变形协调;渗透性能;非稳定渗流doi :10.13928/ki.wrahe.2021.02.009开放科学(资源服务)标志码(OSID ):中图分类号:TV570.25文献标志码:A文章编号:1000-0860(2021)02-0081-08收稿日期:2020-11-03基金项目:国家重点研发计划项目(2016YFC0401809,2017YFC0405006);国家自然科学基金项目(51579154);江苏省水利科技项目(2017005);中央级公益性科研院所基本科研业务费项目(Y717012,Y718001)作者简介:王㊀芳(1996 ),女,硕士研究生,主要从事大坝安全管理方面的研究㊂E-mail:sukida04@ 通信作者:李宏恩(1982 ),男,正高级工程师,博士,主要从事水库大坝安全管理方面的研究㊂E-mail:heli@Study on evaluation index of deformation compatibility and influence of permeabilityof each filling zone of rockfill dam with clay coreWANG Fang 1,2,ZHENG Dongjian 1,HE Yongjun 2,3,LI Hongen 2,3(1.College of Water Conservancy and Hydropower Engineering,Hohai University,Nanjing㊀210098,Jiangsu,China;2.Nanjing Hydraulic Research Institute,Nanjing㊀210029,Jiangsu,China;3.Key Laboratory ofEarth-Rock Dam Failure Mechanism and Safety Control Techniques,Ministry ofWater Resources,Nanjing㊀210029,Jiangsu,China)Abstract :Aiming at the problem that the incompatible deformation of the rockfill dam with clay core is prone to lead to the occur-rences of the dangerous situations of dam body cracking,landslide etc.,the deformation compatibilities along-river and at thecontact faces of different materials are analyzed herein.In combination with an actual engineering project,the deformation com-patibility of the rockfill dam with clay core under the condition of reservoir water level drop during operation period is analyzed王㊀芳,等ʊ黏土心墙堆石坝变形协调评判指标与各区渗透性能影响研究herein through the relevant numerical simulation,and then the discrete coefficient evaluation indexes of the along-river deforma-tion compatibilities of the contact faces of different materials are put forward,while the internal deformation compatibility and the influence of each filling zone of the rockfill dam with clay core under the condition of the reservoir water level drop are analyzed as well.The results show that(1)the along-river deformation on the filter layer contact face is mainly affected by both the per-meabilities of the core wall and the dam shell material,which is directly proportional to the permeability coefficient of the core wall and inversely proportional to the permeability coefficient of the dam shell material,while the influence from the permeability of the filter layer on the contact face deformation compatibility is less;(2)when the permeability coefficients of the clay core ma-terial,the filter layer I,the filter layer II and the dam shell material are5.00ˑ10-7cm/s,3.27ˑ10-3cm/s,1.00ˑ10-2cm/s, and6.84ˑ10-2cm/s respectively,the settlement deformation and the along-river deformation of the actual project are the most compatible.Keywords:clay core;deformation compatibility;permeability;unsteady seepage0㊀引㊀言坝体变形协调是指不同筑坝材料在荷载作用下的变形协同性,国内外由于变形不协调导致大坝险情的案例已不在少数㊂2000年建成的伊朗马斯吉德苏来曼心墙堆石坝[1],坝高177m,由于材料密实度差异导致不均匀沉降,使坝顶出现纵向裂缝,同时心墙上游与反滤层㊁反滤层与坝壳之间出现分离现象,纵向裂缝一旦贯穿坝体上下游,将导致渗漏通道的出现㊂著名的小浪底工程,其斜心墙堆石坝在首次蓄水过程中沿坝轴线出现裂缝,屈楚杰等[2]通过数值模拟方法分析了库水作用㊁湿化㊁流变等对坝体不均匀沉降的影响㊂种种案例表明目前人们已然认识到变形协调的重要性㊂对于黏土心墙坝而言,变形差异性的产生主要受到材料自身特性的影响㊂ 拱效应 就是一种较为常见的由于黏土心墙与坝壳强度差异而引起不均匀沉降,进而导致接触面应力集中的现象,最终导致的破坏形式包括坝体裂缝[3]㊁水力劈裂及坝基管涌等㊂对于土石坝的变形评价,主要以各方向上最大变形量为指标,其中沉降变形有不超过坝高1%的经验值作为控制量,而其他方向上对于最大变形并没有统一的标准㊂对于变形协调评价方法研究,较为常见的是李君纯[4]针对土石坝不均匀沉降提出的变形倾度法,其本质是以同一高程上两点之间的沉降差与水平距离差之比作为评价指标㊂现已将这种方法与有限元数值模拟结合作为判断土石坝坝体裂缝的常见方法之一[5]㊂皇甫泽华等[6]为研究黏土心墙坝的变形协调性质,提出了包括大主应力㊁心墙应力水平㊁坝体最大沉降㊁心墙沉降变化率及击实能在内的5个评价指标,其实质均是对同一高程各节点的竖向应力变形进行评价,而对于顺河向变形协调的评价较为缺乏㊂对于顺河向变形评价普遍以坝体最大变形作为指标,并未考虑变形协调影响,由于黏土心墙坝结构复杂,尤其在接触面处,容易因变形不协调而产生脱空分离的现象㊂例如,反滤层作为坝体内最易发生渗透破坏的部位之一[7],同时其厚度远小于心墙及坝壳料,可近似看成一层膜结构,覆盖在心墙表面,在库水压力及内部渗流场变化的双重作用下,因两侧顺河向变形差异造成其隆起或塌陷,改变其设计坡度,威胁坝体安全㊂变形协调问题不但会对坝体造成极大威胁,且贯穿大坝全生命周期,运行期作为水库发挥效益的主要阶段,库水位因放空㊁蓄水等操作而呈周期性变化,而库水位下降更易导致大坝险情发生[8]㊂库水位下降过程中,上游坝坡土壤孔隙内的水分也将随之排出㊂当坝料渗透性能较差时,坝体内孔隙水压力无法及时消散,常会出现浸润线降落滞后于库水位的情况[9],此时库水位骤降对大坝稳定造成的影响主要表现为渗透稳定性和水力学作用的影响,坝体内部应力场[10]随着孔隙水压力分布的变化而改变,使得因材料性能差异出现的坝体变形不协调问题更为突出㊂因此,筑坝材料的选择及其对外部变化的响应模式是变形协调评价的关键[11]㊂目前对于筑坝材料的选择标准主要是从土体种类㊁渗透系数㊁填筑密度㊁级配特性及稳定性等方面考虑㊂渗透性能作为影响内部渗流场分布的重要特性之一,在相关规范中给出了渗透系数的最大值限制,如均质坝坝体渗透系数不大于1ˑ10-4cm/s㊁心(斜)墙坝不大于1ˑ10-5cm/s等㊂但黏土心墙坝各分区在发挥其特定功能时对于渗透性能的要求高低不一,如心墙防渗性能越强越好㊁反滤层要具有一定的排水功能[12]等㊂目前对于如何协调各坝料渗透性能的相对关系方面的研究较少,如何设计黏土心墙坝各区材料王㊀芳,等ʊ黏土心墙堆石坝变形协调评判指标与各区渗透性能影响研究渗透性能及如何对从变形协调角度对坝体安全进行评价,亟待展开进一步的研究㊂因此本文首先结合黏土心墙坝的结构特点,针对性地提出顺河向变形评价指标㊂其次,以某水库黏土心墙坝为研究对象,建立模型分析短期水位降落工况下坝体内部的非稳定渗流场,并以坝壳料㊁反滤层及心墙料的渗透性能作为变量展开计算,从沉降变形及顺河向变形的协调程度进行评价㊂最后,探讨渗透性能对于坝体沉降变形及顺河向变形的影响,可作为工程设计阶段坝料性能选择的参考依据之一㊂1㊀变形协调分析原理及评判指标1.1㊀计算原理首先采用基于达西定律的非稳定渗流微分方程进行坝体内部非稳定渗流场计算,基本方程如下∂∂xk x ∂H ∂x ()+∂∂y k y∂H ∂y ()+Q =∂θ∂t (1)式中,k x ㊁k y 分别为x ㊁y 方向上渗透系数;H 为某一点总水头;Q 为施加的边界流量;θ为单位体积含水量;t 为时间㊂对于增量位移的求解,一般是通过在给定的一个时间增量上的有限元平衡方程进行求解,即ʏV[B ]T [C ][B ]d V {a }=bʏV<N >d V +PʏA<N >T d A +{F n }(2)式中,[B ]为应变-位移矩阵;[C ]为本构矩阵;{a }为节点x 和y 方向上位移增量的列矢量;<N >为差值函数行矢量;A 为沿单元边界的面积;V 为单元体积;b 为体积力密度;P 为面荷载增量;{F n }为集中节点力增量㊂对所有单元进行求和,对于每一个时间增量步,增量位移是根据增量荷载进行求解,同时求解相应的增量应力和应变,求得的各增量紧接着被累加到上一增量步的对应结果上㊂采用双曲线模型描述土体非线性的应力-应变特性,使用邓肯-张模型计算土的模量,主要计算公式如下E i =Kp aσ3p a()n(3)E t =Kp aσ3p a()n(1-R f s )2(4)其中R f =(σ1-σ3)f(σ1-σ3)u,s =(σ1-σ3)(σ1-σ3)f式中,E i 为初始切线模量;E t 为切线模量;K ㊁n 为试验常数;p a 为大气压;σ3为固结压力;R f 为破坏比;s 为应力水平㊂在考虑渗流场与应力场强耦合时涉及同时求解有限元平衡方程与渗流连续方程,且强耦合计算在构造控制方程时不得不对问题进行简化,往往计算结果精度不理想㊂由于本文主要考虑渗流场变化对于应力场影响,因此采用弱耦合计算方法,先求解库水下降过程中每一步的孔隙水压力变化,带入耦合方程中计算对应体积变化㊂在非稳定渗流场的基础上进行应力应变分析,将渗流场计算结果作为已知水力边界条件带入如下耦合方程[K ]s [L ]t [L ][K ]w éëêêùûúúΔd Δu{}=E Q {}(5)式中,[L ]为耦合矩阵;Δd 为增量位移;Δu 为孔压增量变化,此处为已知变量㊂由于本次计算为短暂库水位降落工况,初始条件为校核水位下的稳定渗流场,根据保华富等[13]的研究,认为土体在有一定初始含水量时受到湿化作用产生的变形并不显著,因湿化引起的材料强度及应力状态改变不明显,再加上本文计算库水位下降工况,坝体内部渗流场的改变存在滞后现象,故此处不考虑土体的湿化作用㊂1.2㊀评判指标土石坝发生不均匀沉降时,坝体沿错动方向会产生裂缝,为衡量不均匀沉降的严重程度,找到破坏临界点,已有学者提出了变形倾度法,其基本原理如下γ=ΔSΔyˑ100%(6)式中,γ为两节点间的变形倾度;ΔS 为相邻节点累计沉降差;Δy 为相邻节点间的水平距离㊂已有试验[14]证明了该方法对于土石坝的适用性,同时证明了以工程经验值1%作为破坏的临界倾度是合理的㊂在评价顺河向变形时,以过渡层接触面作为重点研究对象㊂当接触面各点顺河向变形一致时,反滤层相当于顺河向平移,并未改变其结构,为描述接触面结构变化情况,引入离散系数C v 来描述变形量的相对离散性㊂其计算式为C v =ðni =1(k i -1)2n(7)其中k i =δi δ王㊀芳,等ʊ黏土心墙堆石坝变形协调评判指标与各区渗透性能影响研究式中,k i 为模比系数;δi 为接触面上各节点顺河向变形值;δ为变形平均值㊂C v 越小,认为该接触面变形越协调㊂为进一步量化渗透系数对于顺河向变形的影响,对离散系数C v 及渗透系数建立回归模型,其表达式为C v =β0+β1x 1+β2x 2+β3x 3+β4x 4(8)式中,x i 为渗透系数,i =1㊁2㊁3㊁4分别对应黏土心墙㊁反滤层Ⅰ㊁反滤层Ⅱ㊁坝壳料;βi 为对应x i 的求解系数,经标准化后,求解系数即可反映各材料渗透性能对顺河向变形的影响;β0为常量㊂2㊀工程应用某中型水库黏土心墙石碴坝最大断面坝高65.3m,上游坝坡为两级坡,由坝顶至坝脚坡比为1ʒ2.0和1ʒ2.25;下游坝坡由坝顶至坝脚排水棱体顶部分四级变坡,坡比为1ʒ1.8㊁1ʒ1.8㊁1ʒ2.0㊁1ʒ2.0㊂心墙上㊁下游坡比为1ʒ0.25,两侧分别设两层反滤过渡层,上游各层的水平宽度为2.0m,下游各层均为3.0m㊂以水库最大断面建立有限元计算模型,坝基向下延伸85m,向左㊁右两侧分别延伸40m㊁70m㊂上游边界条件为从校核洪水位以0.1m /h,经14.2d 后降落至死水位,下游无水,模型地基左右两侧及下侧为不透水边界㊂计算模型共剖分节点2545个,单元2476个,模型单元划分如图1所示,材料试验结果及参数如表1所列㊂图1㊀典型断面计算模型Fig.1㊀Calculation model of typical section2.1㊀结果分析及计算方案设计2.1.1㊀计算结果分析对比分析库水位下降期间T =0d㊁3.5d㊁7.0d㊁10.5d㊁14.2d 时坝体内部渗流场的变化情况(见图2),从图2中浸润线降落情况来看,上游坝壳内浸润线下降基本与库水位同步,受库水变化影响较大㊂由于心墙防渗性能优于其他部位,在T =3.5d开始心墙内浸润线变化明显滞后于水位降落速度,而下游坝壳内浸润线几乎不随水位发生改变㊂这种滞后现象导致坝体内产生超孔隙水压力,对坝体稳定产生不利影响㊂为说明坝体内部应力的改变,提取各时刻1/2坝高水平线上各点的应力计算结果如图3所示,图3中横坐标原点对应心墙轴线㊂根据应力分布来看,受上游坝体孔隙水压力影响,应力变化主要集中在坝体上游,且心墙与反滤层接触面上的应力变化最大㊂㊀㊀㊀㊀㊀㊀表1㊀大型三轴剪切试验结果及渗透性能参数Table 1㊀Results of large-scale triaxial shear test and permeability parameters材料类型试验干密度/g㊃cm -3c /kPa φ/(ʎ)K n R f 渗透系数/cm㊃s -1黏土心墙 1.3835.4030.70106.700.580.71 1.00ˑ10-5反滤Ⅰ 2.23115.4049.80992.900.280.80 3.27ˑ10-3反滤Ⅱ 2.19186.3053.301496.700.240.734.53ˑ10-2坝壳石碴料2.10109.4047.40716.700.300.75 6.84ˑ10-2图2㊀水位下降过程中非稳定渗流场分布Fig.2㊀Distribution of unsteady seepage field during the lowering of water level王㊀芳,等ʊ黏土心墙堆石坝变形协调评判指标与各区渗透性能影响研究图3㊀1/2坝高水平断面压应力分布Fig.3㊀Distribution of compressive stress in horizontal section at middle elevation of dam heightT=0d时由于未考虑前期累计变形差异影响,上游坝体最大压应力为202kPa,并未出现明显的拱效应㊂随着上游坝壳孔隙水压力的改变,内部应力场发生改变,使各区变形产生差异, 拱效应 越发明显,并在降落结束时达到最大,T=14.2d时,上游压应力最大为686.5kPa㊂因此,对于黏土心墙坝来说,短暂库水位过程中,降落停止时刻坝体内部压应力分布最为不利,故本文以T=14.2d的变形计算结果进行分析评价㊂2.1.2㊀正交试验设计为获得坝体各分区渗透性能的最优关系,采用正交试验设计原理[15]设计方案㊂假定材料渗透性能各向相同且不随时间变化,针对筑坝材料进行四因素正㊀㊀㊀交试验㊂考虑到透水性从上游到下游逐渐减弱的规律,黏土心墙料㊁反滤层Ⅰ㊁反滤层Ⅱ根据实际值设定4个水平,坝壳料则设定3个水平,参数取值范围如表2所列,混合正交计算方案参数设置组如表3所列㊂共设置12组计算方案, 原始 组代表工程实际采用的渗透系数,编号⑨组不满足透水性递减的规律,但为保证混合正交试验设计方案的代表性,仅验证其是否符合由其他组计算得出的一般规律㊂根据编号⑨组的计算结果,其1/2坝高处最大沉降为11cm,顺河向变形最大值为14.2cm,拟合得到的C v 为0.455,满足本文推导的一般规律并保证了混合正交试验方案的代表性㊂下文不将其作为规律推导的依据,不展开论述㊂表2㊀各材料渗透系数取值Table2㊀Values of permeability coefficient of variousmaterials水㊀平渗透系数/cm㊃s-1黏土心墙料反滤Ⅰ反滤Ⅱ坝体石碴料1 1.00ˑ10-5 3.27ˑ10-3 4.53ˑ10-2 1.00ˑ10-12 5.00ˑ10-6 1.00ˑ10-3 1.00ˑ10-2 6.84ˑ10-23 1.00ˑ10-6 5.00ˑ10-4 5.00ˑ10-3 1.00ˑ10-24 5.00ˑ10-7 1.00ˑ10-4 1.00ˑ10-3/2.2㊀变形协调分析2.2.1㊀变形倾度分析仍以1/2坝高处水平面作为研究对象,各组沉降结果如图4所示㊂整体来看,由于心墙变形模量小于两侧土体,沉降变形由两侧向中间逐渐增大㊂同一高程上,心墙部分沉降变形相对波动较大㊂各组沉降相近且最大值均出现在心墙轴线附近,其中 原始 ㊀㊀㊀㊀㊀表3㊀正交试验设计方案参数设置Table3㊀Parameters setting of orthogonal experimental design scheme试验号渗透系数/cm㊃s-1A(黏土心墙料)B(反滤Ⅰ)C(反滤Ⅱ)D(坝体石碴料)备㊀注原㊀始 1.00ˑ10-5 3.27ˑ10-3 4.53ˑ10-2 6.84ˑ10-2满足要求① 1.00ˑ10-5 3.27ˑ10-3 4.53ˑ10-2 1.00ˑ10-1满足要求② 5.00ˑ10-6 1.00ˑ10-3 1.00ˑ10-2 1.00ˑ10-1满足要求③ 1.00ˑ10-6 5.00ˑ10-4 5.00ˑ10-3 1.00ˑ10-1满足要求④ 5.00ˑ10-7 1.00ˑ10-4 1.00ˑ10-3 1.00ˑ10-1满足要求⑤ 1.00ˑ10-6 1.00ˑ10-3 4.53ˑ10-2 6.84ˑ10-2满足要求⑥ 5.00ˑ10-7 3.27ˑ10-3 1.00ˑ10-2 6.84ˑ10-2满足要求⑦ 1.00ˑ10-5 1.00ˑ10-4 5.00ˑ10-3 6.84ˑ10-2满足要求⑧ 5.00ˑ10-6 5.00ˑ10-4 1.00ˑ10-3 6.84ˑ10-2满足要求⑨ 5.00ˑ10-7 5.00ˑ10-4 4.53ˑ10-2 1.00ˑ10-2不满足要求⑩ 1.00ˑ10-6 1.00ˑ10-4 1.00ˑ10-2 1.00ˑ10-2满足要求 5.00ˑ10-6 3.27ˑ10-3 5.00ˑ10-3 1.00ˑ10-2满足要求 1.00ˑ10-5 1.00ˑ10-3 1.00ˑ10-3 1.00ˑ10-2满足要求王㊀芳,等ʊ黏土心墙堆石坝变形协调评判指标与各区渗透性能影响研究图4㊀沉降变形计算结果Fig.4㊀Settlement calculationresults图5㊀变形倾度计算结果Fig.5㊀Calculation results of deformation inclination组沉降最大,为14cm,占坝高的0.18%,远小于土石坝坝体沉降最大值不超过坝高1%的经验值,因此如果仅以沉降量作为评价指标,各组变形均是满足要求的㊂由于各组沉降均满足经验要求,因此以变形倾度γ作为指标,各组对应变形倾度计算结果如图5所示㊂各组变形倾度最大值均出现在横坐标为-10m 的位置,对应为心墙与反滤层Ⅰ接触的位置,说明此处剪应变较大, 拱效应 是造成竖向变形不协调的主要原因㊂从沉降量的评价角度满足要求的 原始组 ,此时最大变形倾度已达到2.7%,早已超过以1%作为评价土石坝发生破坏的临界倾度,存在出现张拉裂缝的危险㊂对比其他组计算结果,变形倾度最小的为编号⑥组,其接触面上变形倾度仅为0.33%,说明此计算方案1/2坝高处各点沉降变形较为协调㊂2.2.2㊀离散性分析如图2㊁图3所示,库水位下降过程中对于坝体上游部分渗流场㊁应力场影响较明显,因此取上游接触面进行分析㊂顺河向位移计算结果分布如图6所示㊂同一组参数下坝体与反滤层Ⅱ㊁反滤层Ⅱ与反滤层Ⅰ及反滤层Ⅰ与心墙的位移分布曲线差异甚小,几乎重合㊂取同一随机高程上3个接触面的点,分别与黏土心墙㊁反滤层㊁坝壳料进行相关性分析,对12组计算方案多次取点后发现,不论材料渗透性能如何设计,各接触面顺河向位移主要受到心墙与坝壳料的影响㊂由于反滤层相对较薄且渗透性能介于心墙㊁坝壳料之间,其渗透性能的改变对于黏土心墙坝这种可近似看作成层土结构的等效渗透系数影响较小,即使在反滤层Ⅰ与反滤层Ⅱ的接触面上,其位移也不会受其两侧反滤层渗透性能影响㊂不同计算方案位移分布曲线形态上有所区别,除编号①组最大顺河向位移王㊀芳,等ʊ黏土心墙堆石坝变形协调评判指标与各区渗透性能影响研究㊀㊀㊀㊀图6㊀坝体接触面顺河向变形分布曲线及离散系数Fig.6㊀Riveralong deformation distribution curve and dispersion coefficient of intersurface达到20cm外,其他组最大位移均为15cm左右,难以从变形量的角度区别方案优劣,故从变形协调的角度进行评价㊂以每一组计算方案得出的反滤层Ⅰ与心墙接触面的变形作为一组数据计算其离散系数C v,图6中标出了各组对应离散系数,其中离散系数最小的为编号⑥组,为0.424,其顺河向变形相对较协调,而编号 组离散系数为0.580,远高于其他组㊂将4个渗透系数自变量带入式(8)的回归模型后,由于反滤层的渗透系数对最后结果影响不大,未能通过显著性检验㊂因此将反滤层渗透系数x2㊁x3从模型中剔除并重新建模,得到以心墙料x1㊁坝壳料x4为自变量的新模型如下C v=0.455+7472.113x1-0.331x4(9)㊀㊀新模型的拟合优度R2为0.868,说明该回归模型拟合效果较好㊂为消除心墙及坝壳料渗透系数数量级差异影响,更加直观地看出各材料渗透性能改变对顺河向变形的影响,对参数进行标准化处理,标准化后系数为0.753㊁-0.288,即顺河向变形协调情况与心墙渗透系数成正比㊁与坝壳料渗透系数成反比,且心墙渗透性能对于变形协调的影响较大㊂不考虑现场施工难度及成本的情况下,心墙渗透性一定时,坝壳透水性越好,库水位下降时接触面上变形越协调;在坝壳渗透性一定时,心墙渗透系数越小,接触面上变形越协调㊂3㊀结㊀论为研究变形协调对于坝体安全的影响,本文提出了以坝体接触面的变形离散系数作为顺河向变形的评价指标,通过离散性来反映反滤层结构的破坏程度㊂沉降变形评价指标则采用目前使用较多的变形倾度㊂以某一实际工程作为研究对象,通过混合正交试验理论针对该工程设置了12组计算方案,分别计算了坝体中部沉降变形倾度与顺河向离散系数并得出以下结论:(1)反滤层接触面上顺河向变形是否协调受心墙王㊀芳,等ʊ黏土心墙堆石坝变形协调评判指标与各区渗透性能影响研究与坝壳料渗透性能的影响较大,变形离散系数与心墙渗透系数成正比㊁与坝壳料渗透系数成反比;反滤层渗透性能对于顺河向变形协调的影响并不显著,但其作为结构过渡部分,主要作用是防止出现渗透破坏及排水,可从其功能性角度考虑设计㊂(2)对于本文实例工程来说,当黏土心墙料㊁反滤层Ⅰ㊁反滤层Ⅱ及坝壳料渗透系数分别为5.00ˑ10-7cm/s㊁3.27ˑ10-3cm/s㊁1.00ˑ10-2cm/s㊁6.84ˑ10-2cm/s时,1/2坝高处沉降变形倾度及反滤层接触面顺河向变形离散系数最小,说明此计算方案下沉降变形及顺河向变形最为协调㊂参考文献(References):[1]㊀王富强,杨泽艳.高土心墙堆石坝裂缝分析及控制措施研究[J].水力发电,2018,44(1):43-45.WANG Fuqiang,YANG Zeyan.Crack analysis and control measures of high earth core rockfill dam[J].Water Power,2018,44(1): 43-45.[2]㊀屈楚杰,朱晟,罗坤.小浪底斜心墙堆石坝坝顶纵向裂缝数值仿真分析[J].水电能源科学,2015,33(10):50-53.QU Chujie,ZHU Sheng,LUO Kun.Numerical simulation analysis of longitudinal cracks on the crest of Xiaolangdi inclined core rockfill dam[J].Water Resources and Power,2015,33(10):50-53 [3]㊀彭翀,张宗亮,张丙印,等.高土石坝裂缝分析的变形倾度有限元法及其应用[J].岩土力学,2013,34(5):1453-1458.PENG Chong,ZHANG Zongliang,ZHANG Bingyin,et al.Deforma-tion tilt finite element method for crack analysis of high earth rockfill dams and its application[J].Rock and Soil Mechanics,2013,34(5):1453-1458.[4]㊀李君纯.土坝裂缝的简捷估算方法[J].水利水运科学研究,1983(3):1-11.LI Junchun.Simple estimation method of earth dam cracks[J].Hydro-Science and Engineering,1983(3):1-11[5]㊀阮滨,陈国兴,王志华.基于扩展有限元法的均质土坝裂纹模拟[J].岩土工程学报,2013,35(S2):49-54.RUAN Bin,CHEN Guoxing,WANG Zhihua.Numerical simulation of cracks of homogeneous earth dams using an extended finite element method[J].Chinese Journal of Geotechnical Engineering,2013,35 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Engineering,2009,28(7):1491-1498. [10]张国新.多孔连续介质渗透压力对变形应力影响的数值模拟方法探讨[J].水利学报,2017,48(6):640-650.ZHANG Guoxin.Discussion on numerical simulation method of influ-ence of seepage pressure on deformation stress of porous continuous media[J].Journal of Hydraulic Engineering,2017,48(6):640-650.[11]邓刚,皇甫泽华,武颖利,等.土质心墙土石坝变形协调控制发展与展望[J].水力发电学报,2020,39(5):1-16.DENG Gang,HUANGFU Zehua,WU Yingli,et al.Development and Prospect of deformation coordinated control of earth rock dam with soil core[J].Journal of Hydroelectric Engineering,2020,39(5): 1-16.[12]刘杰,谢定松.反滤层设计原理与准则[J].岩土工程学报,2017,39(4):609-616.LIU Jie,XIE dingsong.Design principles and criteria of filter[J].Chinese Journal of Geotechnical Engineering,2017,39(4):609-616[13]保华富,屈知炯.粗粒料的湿化特性研究[J].工程科学与技术,1989(1):28-35.BAO Huafu,QU zhijiong.Study on wetting characteristics of coarse aggregate[J].Advanced Engineering Sciences,1989(1):28-35㊂[14]张丙印,张美聪,孙逊.土石坝横向裂缝的土工离心机模型试验研究[J].岩土力学,2008(5):111-115.ZHANG Bingyin,ZHANG Meicong,SUN Xun.Geotechnical centri-fuge model test of transverse cracks in earth rock dams[J].Rock and Soil Mechanics,2008(5):111-115.[15]李云雁.试验设计与数据处理[M].北京:化学工业出版社,2008.LI Yunyan.Experimental design and data processing[M].Beijing: Chemical Industry Press,2008.(责任编辑㊀陈小敏)。

混凝土面板堆石坝垫层区施工控制浅析摘要：新疆温泉电站大坝属百米高坝，垫层是坝体的重要组成部分，面板底部的垫层不仅具有反滤作用（弱透水体），更为重要的是它为砼面板提供了均匀可靠的柔性基础，能把面板传递过来的荷载均匀合理地传递到坝体中，其施工质量直接关系到坝体的运行安全.为此，在垫层料填筑施工过程中，对其开采与填筑、质量控制与检测的工艺和方法进行了总结。

关键词：混凝土面板堆石坝、垫层料、开采、填筑与检控、总结Abstract: the hot spring power station dam in xinjiang is meters high dam, cushion is an important part of the dam body, panel at the bottom of the cushion layer has not only filtrate (weak through water), more important is it for TongMianBan provides uniform reliable flexible foundation, can make the panel of load transfer over uniform and reasonable to transfer to the dam, the construction quality directly related to the safe operation of the dam body. This, in the cushion material filling construction process, the mining and filling, quality control and inspection process and methods are summarized.Keywords: concrete face rockfill dam, cushion material, mining, filling and prosecuted, summary1.工程概况温泉水电站位于新疆伊犁哈萨克自治州伊宁县境内，是新疆伊犁喀什河规划中的梯级电站之一，位于喀什河中游马扎尔峡谷，下游是已建的托海电站，上游是拟建的尼勒克二级电站。

面板堆石坝主要分区渗透系数反演及敏感性分析
祝林彦;杨金孟;赵邵峰
【期刊名称】《水电能源科学》
【年(卷),期】2024(42)2
【摘要】参数反演是工程渗流分析中确定材料合理的渗透系数的常用手段,但对材料分区较多的面板堆石坝等工程,若对所有分区渗透系数进行反演,将会降低反演效率和精度。

对此,以某面板堆石坝工程为例,建立其三维有限元稳定渗流分析模型。

通过设计5因子3水平正交试验,并采用测点水头值为分析指标,开展了各分区材料渗透系数对渗流场的敏感性分析,最终确定对渗流场影响较大的材料分区。

利用ELM-GA算法对其渗透系数进行反演,结果表明测点水头计算值与实测值最大相对误差仅为2.2%,得到的渗透系数可用于坝址区的渗流计算分析。

研究结果可为类似工程提供借鉴。

【总页数】5页(P99-103)
【作者】祝林彦;杨金孟;赵邵峰
【作者单位】中水君信工程勘察设计有限公司;河海大学水利水电学院
【正文语种】中文
【中图分类】TV223.4;TV641.4
【相关文献】
1.面板堆石坝堆石材料力学参数反演分析
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持向量机的面板堆石坝堆石料参数反演分析5.面板堆石坝混凝土面板脱空影响因素敏感性分析
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年真题解析一、单项选取题(共20题,每题1分。

每题备选项中,只有1个最符合题意)1.下列施工放样资料中,属于放样数据计算根据是()。

A.放样数据手册B.控制点成果C.放样手簿D.测量数据『对的答案』B『答案解析』本题考查是施工放样基本工作。

放样前应依照设计图纸和关于数据及使用控制点成果,计算放样数据,绘制放样草图,所有数据、草图均应经两人独立计算与校核。

参见教材 P7。

2.下列围堰类型中,可以与永久建筑物相结合并作为其构成某些是()。

A.土石围堰B.草土围堰C.木笼围堰D.竹笼围堰『对的答案』A『答案解析』本题考查是围堰分类和基本形式及构造。

围堰是保护大坝或厂房等水工建筑物干地施工必要挡水建筑物,普通属暂时性工程,但也常与主体工程结合而成为永久工程一某些。

例如土石围堰和混凝土围堰。

而草土围堰、木笼围堰、竹笼围堰寿命都比较短,因而本题选土石围堰。

参见教材P54。

3.如图所示,弯曲河段修建进水闸,闸址宜选取在()处。

A.1B.2C.3D.4『对的答案』B『答案解析』本题考查是工程坝址(闸址、厂址)选取。

进水闸、分水闸或分洪闸闸址宜选取在河岸基本稳定顺直河段或弯道凹岸顶点稍偏下游处,但分洪闸闸址不适当选取在险工堤段和被保护重要城乡下游堤段。

参见教材 P24。

4.某疏浚工程施工排泥方式是通过排泥管输送泥浆至排泥区,相应挖泥船类型为()。

A.绞吸式挖泥船B.链斗式挖泥船C.铲扬式挖泥船D.耙吸式挖泥船『对的答案』A『答案解析』本题考查是挖泥船类型及其施工办法。

绞吸式挖泥船是运用转动着绞刀绞松河底土壤,与水混合成泥浆,通过泥泵作用,从吸泥口经吸泥管吸进泥浆,再通过排泥管输送至排泥区,其挖泥、输泥和卸泥都是由自身持续完毕。

参见教材 P119。

5.重要建筑物附近基坑岩石采用爆破开挖时,应先进行()。

A.浅孔爆破B.深孔爆破C.预裂爆破D.光面爆破『对的答案』C『答案解析』本题考查是爆破办法。

预裂爆破是沿设计开挖轮廓钴一排预裂炮孔,在开挖区未爆之前先行爆破,从而获得一条预裂缝,运用这条预裂缝,在开挖区爆破时切断爆区裂缝向保存岩体发展,防止或削弱爆破震动向开挖轮廓以外岩体传播,达到保护保存岩体或邻近建筑物免受爆破破坏目。