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谈水利水电工程中的岩土工程问题

发布于:2015-07-21 12:46:21 来自:施工技术/市政工程施工 [复制转发]
中华人民共和国成立后,为了解决水旱灾害和开发水利水能资源,修建了大量水利水电工程,如各种大坝、水库、水电站、水闸、堤防、渠道、运河等。长江三峡水利枢纽、黄河小浪底水利枢纽、南水北调工程、大江大河上的巨型梯级水电站,在坝高、工程规模、技术难度等方面都处于世界前列。在这些工程的勘测设计和施工运行过程中,涉及众多岩土工程问题,促进了岩土工程试验研究和技术开发的进展。
(1)勘测和试验
建国初期,百废待举,因工程建设的需要,首先对土工勘测及试验设备及技术进行研制和推广。原水利部南京水利实验处研制了标准贯入试验仪、触探仪、软土的固定或自由活塞式原装取土器、十字板剪力仪等现场试验设备,试制了全套试验室物理力学性试验设备,编制了土工试验手册,开办了多期土工试验学习班,在国内推广了常规的土工现场和室内土工试验。
在文化大革命前,为进行基于有效应力原理的土力学问题的研究和应用,试制了能测量孔隙水压力的三轴试验仪,并能进行应力途径的试验、测量非饱和土的孔隙气压力等。同时还研制了现场测量土体孔隙水压力的设备,在土坝及软土地基中应用。为用有效应力原理研究砂土液化的需要,研制了世界上第一台动力三轴仪,几经改进,现已成为土动力学的通用试验设备。渗流的三向电模拟、水槽试验和渗透稳定试验设备已相当成熟。
1978年全国科学大会后,科技工作得到复兴。结合高土石坝及深厚覆盖层上高坝的建设,研制了适应堆石料和砂砾石等粗粒料的高压大型室内试验设备,如直径30cm、50cm、70cm的大型三轴试验仪、直径30cm的动静两用三轴试验仪、大型压缩仪、平面应变仪、真三轴仪、流变试验仪等设备,可以进行高压和复杂应力途径的试验。还研制了水力劈裂试验仪、空心圆柱试验仪等设备。可以模拟原型应力状态的土工离心模型试验机由多家单位研制成功。
根据工程需要,还研制了成套土工合成材料性能试验设备,土工建筑物、边坡及地基原型监测设备,砂砾石覆盖层取样及现场试验设备等。
(2)高土石坝
土石坝坝型很多,但高土石坝以土质心墙堆石坝和混凝土面板堆石坝两种坝型为主。沥青混凝土及土工合成材料防渗的土石坝也发展到100m量级。
对土质心墙堆石坝,主要是防渗体材料的研究和应用。实践证明有一定粗料含量的各种类型的砾石土、风化料,具有抗剪强度和变形模量较高、与坝壳材料间的变形较为协调、能承载重型施工机具、对含水率不太敏感、抗渗透变形的能力较强等优点,而在高坝中广泛采用。针对料源情况,常需进行含水率和级配的调整,如瀑布沟坝用条筛筛除60~80mm以上颗粒,糯扎渡、双江口等坝在土料中掺入一定粗料以改善级配。这些坝在设计过程中,都进行过系统的室内和现场的试验,包括碾压试验、掺料试验、室内试验等。
对混凝土面板堆石坝,自1985年开始用现代技术进行建设以来,其安全性、经济性、适应性已经得到共识,现已成功建设了200m级的高坝,并研究250~300m高坝建设中的关键问题。对筑坝材料及坝料分区、坝料特性及填筑标准、面板及趾板混凝土性能、接缝止水结构和材料、地基处理、施工技术等问题都有系统研究,制定了设计施工规范。中国在混凝土面板堆石坝的建设规模、坝高、技术难度等方面已处于国际前列。
高土石坝的主要问题是渗流、稳定和变形控制。土质边坡的稳定分析常用的是以条分法为基础的极限平衡方法,已有严格的通用条分法及自动搜索最小安全系数的计算程序。同时用可靠度方法进行边坡稳定分析也有一些研究成果。三维有限元应力变形计算有较大发展。计算用的土的本构关系常用的有邓肯-张的非线性弹性模型、清华的解耦K-G模型、沈珠江的双屈服面弹塑性模型等,都有较完善的参数确定方法、计算程序和前后处理功能。由于经验的积累,各种方法的计算结果规律性较为接近,一般邓肯-张模型计算结果较大,而弹塑性模型计算值较小,在实用上都是可以接受的。近年还开发了渗流和应力变形耦合的有限元分析方法、以有限元法为基础的稳定分析方法等。但目前有限元法计算的结果还处于定性分析的阶段,还没有定量评价的准则。由于原型观测资料的积累,做了不少反馈分析工作,对积累资料和经验是十分有益的。以有效应力为正值作为高土石坝心墙发生水力劈裂的准则已为试验和实际工程所证实。
这个家伙什么也没有留下。。。

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