200m级以上高心墙堆石坝关键技术研究及工程应用PDF电子书下载

第1章 高心墙堆石坝发展及研究现状 1

1.1 国内外高心墙堆石坝建设情况 1

1.2 高心墙堆石坝设计研究现状 12

1.2.1 坝料特性及坝料设计 12

1.2.2 坝体结构及坝料分区设计 13

1.2.3 静力计算分析方法及坝体变形控制 14

1.2.4 抗震设计、抗震措施及抗震安全评价 15

1.2.5 防渗及渗流控制 16

第2章 坝料勘察、试验及特性研究 17

2.1 200m级以上高心墙堆石坝料场勘探要求 17

2.1.1 土料 17

2.1.2 石料 21

2.1.3 其他 25

2.2 200m级以上高心墙堆石坝坝料试验研究内容及合理组数 25

2.2.1 土料各项试验的意义及作用 26

2.2.2 防渗土料试验研究 26

2.2.3 接触黏土料试验项目研究 29

2.2.4 反滤料试验项目研究 31

2.2.5 堆石料试验项目研究 32

2.2.6 坝料动力特性试验研究 34

2.2.7 施工期间固定断面坝料特性复核试验研究 44

2.2.8 高坝坝料试验合理组数研究 47

2.2.9 高心墙坝坝料试验内容及组数研究结论 57

2.3 200m级以上高心墙堆石坝坝料设计标准及设计指标 58

2.3.1 土料合适的砾石含量范围 58

2.3.2 土料合适的压实功能选择研究 64

2.3.3 砾石土压实度控制标准及检测方法研究 65

2.3.4 反滤料级配设计方法研究 78

2.3.5 反滤料合适的相对密度标准 80

2.3.6 堆石料合适的孔隙率控制标准 83

2.3.7 坝料强度参数采用非线性指标的必要性和合理性 85

2.3.8 坝料本构模型参数的整理分析方法 86

2.4 糯扎渡心墙堆石坝坝料特性及设计指标 90

2.4.1 土料 90

2.4.2 反滤料及细堆石料 93

2.4.3 堆石料 94

2.4.4 坝料设计指标 95

2.5 小结 98

第3章 坝体结构及坝料分区设计研究 101

3.1 心墙形式比较研究 101

3.1.1 比较方案拟定 101

3.1.2 坝基工程地质条件比较 101

3.1.3 枢纽布置比较 101

3.1.4 坝基处理比较 101

3.1.5 坝体及坝基渗流分析比较 106

3.1.6 坝坡稳定性比较 106

3.1.7 坝体应力、变形及抗水力劈裂比较 108

3.1.8 坝体动力反应和抗震能力比较 110

3.1.9 大坝施工组织设计比较 114

3.1.10 大坝工程量及造价比较 114

3.1.11 心墙形式比较结论 114

3.2 坝料分区设计研究 115

3.2.1 防渗心墙分区方案拟定 115

3.2.2 下游堆石坝壳分区方案拟定 115

3.2.3 上游堆石坝壳分区方案拟定 115

3.2.4 深入开展研究工作的分区方案组合 116

3.2.5 各分区方案坝顶沉降计算分析及比较 118

3.2.6 各分区方案坝坡稳定计算分析及比较 132

3.2.7 各分区方案的坝体静力有限元应力应变计算分析及比较 136

3.2.8 各分区方案坝体动力反应计算分析及比较 139

3.2.9 各分区方案填筑施工规划比较 141

3.2.10 工程造价因素对分区方案的影响 142

3.2.11 分区方案综合比较结论 142

3.3 软岩料的利用——堆石料力学性质劣化研究 143

3.3.1 本构模型研究 143

3.3.2 试验研究 143

3.3.3 计算分析研究 143

3.3.4 堆石料力学性质劣化对大坝应力及变形的影响 154

3.4 坝坡稳定性与坝高关系研究 155

3.5 坝基混凝土垫层设计研究 157

3.5.1 计算研究方案 157

3.5.2 初始设计方案计算成果及分析（方案1） 157

3.5.3 不同本构模型比较（方案2） 159

3.5.4 垫层宽度及固结灌浆范围比较（方案3～方案5） 159

3.5.5 基岩不同变形参数比较（方案6、方案7） 160

3.5.6 分缝效果研究（方案8） 161

3.5.7 基岩变形性质突变影响研究（方案10、方案11） 161

3.5.8 垫层厚度影响研究（方案16、方案17） 162

3.5.9 固结灌浆效果影响研究（方案22、方案23） 162

3.5.10 优化设计方案计算分析（方案B1～方案B4） 162

3.5.11 混凝土垫层受力机理及设计小结 165

3.6 坝基岩体对坝体应力和变形影响研究 166

3.6.1 坝基岩体刚度对坝体应力和变形的影响 166

3.6.2 坝基岩体不均匀性对坝体应力和变形的影响 167

3.7 小结 168

3.7.1 心墙型式 168

3.7.2 坝料分区 168

3.7.3 软岩堆石料的利用 169

3.7.4 坝坡稳定性与坝高关系 169

3.7.5 混凝土垫层设计 170

3.7.6 建基面设计及基础缺陷处理 170

第4章 静力计算分析研究 172

4.1 高土石坝破坏实例 172

4.1.1 张拉裂缝 172

4.1.2 水力劈裂 178

4.2 高心墙堆石坝本构模型和变形计算方法研究 182

4.2.1 高应力状态和复杂应力路径条件下堆石体本构模型研究 182

4.2.2 考虑堆石体初始压密特征的土石坝变形计算方法 187

4.2.3 高心墙堆石坝坝料本构模型的选择和变形特性试验的要求 189

4.3 坝料流变和湿化变形特性与计算方法研究 190

4.3.1 坝料流变特性 190

4.3.2 坝料湿化变形特性 191

4.3.3 坝料流变计算方法研究 191

4.3.4 坝料湿化变形计算方法研究 193

4.3.5 模型验证 194

4.4 土石坝工程中的接触问题研究 195

4.4.1 概述 195

4.4.2 糯扎渡心墙堆石坝不同材料接触面力学特性试验研究 195

4.4.3 常用接触面本构模型比较分析 197

4.4.4 设置接触面单元对坝体应力及变形特性的影响 197

4.5 土石坝中裂缝问题研究 200

4.5.1 张拉裂缝工程实用估算方法——变形倾度有限元法 200

4.5.2 心墙压实黏土张拉断裂特性研究 215

4.5.3 土石坝张拉裂缝的有限元模拟计算方法 224

4.5.4 土石坝张拉裂缝有限元—无单元耦合模拟计算方法 227

4.5.5 糯扎渡心墙堆石坝张拉裂缝三维有限元—无单元法耦合分析 232

4.6 土石坝水力劈裂研究 233

4.6.1 土石坝水力劈裂发生机制研究 233

4.6.2 土石坝水力劈裂发生过程的数值仿真算法及计算实例分析 237

4.7 高土石坝计算分析方法和计算程序系统简介 245

4.8 坝坡稳定分析方法 246

4.8.1 极限平衡法 246

4.8.2 弹塑性有限元法 248

4.8.3 可靠度分析方法 249

4.8.4 坝坡稳定分析安全评价标准研究 250

4.8.5 糯扎渡心墙堆石坝坝坡稳定分析 255

4.9 小结 263

第5章 抗震设计研究 268

5.1 土石坝震害 268

5.1.1 汶川地震土石坝震害调查 268

5.1.2 通海地震土石坝震害 271

5.1.3 海城地震土石坝震害 272

5.1.4 唐山地震土石坝震害 272

5.1.5 日本典型的土石坝地震观测成果 274

5.1.6 墨西哥典型的土石坝地震观测成果 274

5.1.7 美国典型的土石坝地震观测成果 274

5.1.8 土石坝震害引起坝体滑移变形统计 275

5.2 各国近期土石坝抗震设计准则的基本内容 276

5.3 土石坝地震反应分析的方法和总结 278

5.3.1 土石料动力本构关系 279

5.3.2 地震反应分析方法 282

5.3.3 等价线性模型进行土石坝动力计算的验证 285

5.3.4 地震动力反应分析算例 287

5.3.5 地震分析方法总结 288

5.4 地震永久变形分析方法的总结 288

5.4.1 简化分析法 289

5.4.2 软化模量法 289

5.4.3 等价节点力法 289

5.4.4 等价惯性力法 289

5.4.5 地震永久变形分析实例 290

5.4.6 地震永久变形分析方法的总结 290

5.5 坝坡抗震稳定分析的方法和总结 290

5.5.1 极限平衡法 291

5.5.2 有限元法 292

5.5.3 强度折减法 293

5.5.4 Newmark滑体变形法 293

5.5.5 动力时程线法 294

5.5.6 折线滑弧法 294

5.5.7 坝坡抗震稳定分析实例 294

5.5.8 坝坡稳定分析方法的总结 295

5.6 200m级高心墙堆石坝抗震设计相关标准 296

5.6.1 地震动参数 296

5.6.2 反应谱 297

5.6.3 输入地震波 297

5.6.4 坝料动力液化及破坏标准 298

5.7 土石坝抗震安全评价 299

5.7.1 拟静力坝坡抗震稳定分析 299

5.7.2 地震变形分析的Newmark方法 299

5.7.3 土石坝地震永久变形 300

5.7.4 液化及动强度判别 301

5.8 高心墙堆石坝抗震措施的分析与总结 301

5.8.1 加筋坝顶堆石体 302

5.8.2 减缓坝坡、增设马道、加宽坝顶 304

5.8.3 适当提高1/5坝高以上心墙及上游反滤料的填筑密度 304

5.9 糯扎渡心墙堆石坝动力反应分析及抗震措施 304

5.9.1 清华大学分析成果 304

5.9.2 大连理工大学分析成果 305

5.9.3 南京水利科学研究院分析成果 307

5.9.4 糯扎渡心墙堆石坝设计抗震措施 319

5.10 小结 320

5.10.1 200m以上心墙堆石坝地震永久变形标准 320

5.10.2 200m以上心墙堆石坝坝坡抗震稳定标准 321

5.10.3 反滤料、坝基砂抗液化能力及心墙动强度验算 322

5.10.4 地震输入 322

5.10.5 200m以上心墙堆石坝抗震措施 322

第6章 防渗及渗流控制设计研究 324

6.1 大坝失事实例及经验教训 324

6.2 高心墙堆石坝坝体防渗心墙 327

6.2.1 心墙土料的防渗性能研究及渗透系数指标建议 327

6.2.2 心墙土料的抗渗性能研究及抗渗性能指标建议 329

6.2.3 心墙土料的填筑压实性能研究及填筑指标建议 330

6.3 高心墙堆石坝坝基岸坡渗流控制的防渗帷幕及排水 330

6.3.1 岩基防渗帷幕控制指标的影响因素及指标建议 331

6.3.2 防渗帷幕钻孔布置参数确定的原则 332

6.3.3 防渗帷幕设计参数 332

6.3.4 帷幕质量检验 334

6.3.5 排水幕设计 334

6.4 高心墙堆石坝反滤层设计 337

6.4.1 反滤层的设计准则 337

6.4.2 与反滤有关的工程失事实例 340

6.4.3 反滤设计建议 340

6.5 高心墙堆石坝渗流安全评价 343

6.5.1 心墙堆石坝安全评价内容 343

6.5.2 安全评价方法 344

6.5.3 安全评价合适时段 345

6.6 高心墙堆石坝渗流分析 345

6.6.1 渗流分析发展概况 345

6.6.2 心墙堆石坝坝体坝基系统渗流控制分析计算理论及方法研究 347

6.6.3 工程计算实例 353

6.7 小结 357

第7章 工程安全评价与预警信息管理系统研究 360

7.1 系统总体目标及研发原则 360

7.1.1 总体目标 360

7.1.2 研发原则 360

7.2 系统组成 360

7.3 系统功能 362

7.3.1 系统管理主界面 362

7.3.2 安全指标模块 362

7.3.3 监测数据和工程信息模块 364

7.3.4 数值计算模块 367

7.3.5 反演分析模块 370

7.3.6 安全预警与应急预案模块 374

7.3.7 数据库 375

7.4 坝体应力变形反演分析初步成果 379

7.4.1 反演分析的原理和方法 379

7.4.2 反演程序简介 386

7.4.3 坝料本构模型参数反演分析 387

7.4.4 反演分析小结 398

参考文献 399