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1、高堆石壩關(guān)鍵技術(shù)問題研究杜延齡 關(guān)鍵詞 高堆石壩 優(yōu)化設(shè)計(jì) 礫石土 混凝土面板 離心模擬 壩體填筑 原位觀測 “八五”科技攻關(guān)專題 摘 要 高堆石壩關(guān)鍵技術(shù)問題是“八五”國家科技攻關(guān)的一項(xiàng)專題研究，主要包括高堆石壩優(yōu)化設(shè)計(jì)軟件系統(tǒng)，利用寬級(jí)配礫石土作高堆石壩防滲體技術(shù)，混凝土面板抗裂措施及其合理接縫止水結(jié)構(gòu)，土工離心模型試驗(yàn)技術(shù)，壩體填筑堆石料供應(yīng)規(guī)劃仿真模擬軟件系統(tǒng)和壓實(shí)質(zhì)量無損檢測技術(shù)以及200m級(jí)高堆石壩原觀儀器和土石壩工程反饋分析等。經(jīng)技術(shù)鑒定，該專題成果總體上達(dá)到國際先進(jìn)水平?！ 陡叨咽瘔侮P(guān)鍵技術(shù)問題研究》系“八五”國家科技
2、攻關(guān)的一項(xiàng)專題研究成果，由中國水利水電科學(xué)研究院(專題負(fù)責(zé)單位)、南京水利科學(xué)研究院、昆明勘測設(shè)計(jì)研究院、中國水電第十四工程局和十三陵抽水蓄能電站籌建處等單位共同完成。該專題研究成果的應(yīng)用，使我國高堆石壩技術(shù)達(dá)到一個(gè)新水平，并具有良好的推廣前景。1 高堆石壩優(yōu)化設(shè)計(jì)軟件系統(tǒng) 本軟件系統(tǒng)的優(yōu)化設(shè)計(jì)內(nèi)容包括筑壩材料、壩型選擇和防滲結(jié)構(gòu)等，均以工程總費(fèi)用為優(yōu)化目標(biāo)，其優(yōu)化設(shè)計(jì)模型的創(chuàng)新點(diǎn)是在間斷函數(shù)優(yōu)化窮舉比較過程中，研究采用了αβ剪枝技術(shù)，使解的搜索空間大為減小?！ ”拒浖到y(tǒng)由管理控制、智能設(shè)計(jì)、計(jì)算分析和輸出處理4個(gè)子系統(tǒng)和堆石壩設(shè)計(jì)資料
3、數(shù)據(jù)庫共5個(gè)部分組成。其中智能設(shè)計(jì)子系統(tǒng)是本軟件系統(tǒng)最重要的部分，具有交互性、智能性和自動(dòng)生成性。該子系統(tǒng)所能完成的任務(wù)共10項(xiàng)，即地形地質(zhì)資料輸出、料場信息輸入、確定壩軸線、確定壩型、壩斷面設(shè)計(jì)、定義開挖線、壩體顯示、計(jì)算填筑與開挖量、料場優(yōu)化和有限元網(wǎng)格生成。軟件系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)特征主要是整個(gè)系統(tǒng)建立在Windows環(huán)境下，采用菜單驅(qū)動(dòng)、交互式和多任務(wù)運(yùn)行方式，有較完善的圖形顯示和繪圖功能，并可提供全屏文件編輯環(huán)境。 利用本軟件系統(tǒng)對新疆喀拉喀什河上烏魯瓦提面板礫石壩進(jìn)行了優(yōu)化設(shè)計(jì)分析。該壩最大壩高138.0m，水庫總庫容3.47億m3，電
4、站裝機(jī)容量60MW。優(yōu)化設(shè)計(jì)分析的主要成果是：在壩體下游一定范圍內(nèi)可用開挖石碴料代替砂礫料，由此可為工程節(jié)約投資約1260萬元。2 利用寬級(jí)配礫石土作高堆石壩防滲體研究 本項(xiàng)試驗(yàn)研究是結(jié)合瀑布溝水電站高堆石壩工程進(jìn)行的。該壩為土質(zhì)心墻堆石壩，建筑在最大深度為75m的深厚覆蓋層上，設(shè)計(jì)最大壩高186m。本成果已作為一項(xiàng)配套技術(shù)被工程設(shè)計(jì)所采用，創(chuàng)造直接經(jīng)濟(jì)效益約4000萬元。2.1 填筑標(biāo)準(zhǔn) 寬級(jí)配礫石土的壓實(shí)特性與一般粘性土不同，它隨著粗粒含量P5的變化而變化。當(dāng)采用全料和細(xì)料壓實(shí)度控制時(shí)，其全料和細(xì)料設(shè)計(jì)干密度ρd和ρdl應(yīng)分別由下式
5、確定：ρd=Dρdmax(P5)ρdl=βDρdmax式中 D——壓實(shí)度，可按設(shè)計(jì)規(guī)范確定； ρdmax(P5)——隨粗粒含量P5變化而變化的全料最大干密度； β——為與粗粒含量有關(guān)的校正系數(shù)； ρ′dlmax——全料最大干密度時(shí)的細(xì)粒干密度； ρdlmax——細(xì)料單獨(dú)擊實(shí)時(shí)的最大干密度?！ “瓷鲜龇椒ㄋ_定的瀑布溝工程黑馬Ⅰ區(qū)土料的填筑標(biāo)準(zhǔn)見表所列。為確保防滲工程的填筑質(zhì)量，推薦采用以細(xì)料壓實(shí)度控制法所確定的偏高填筑標(biāo)準(zhǔn)。現(xiàn)場碾壓試驗(yàn)成果表明，室內(nèi)所確定的填筑標(biāo)準(zhǔn)在現(xiàn)場是可以實(shí)現(xiàn)的，其平均壓實(shí)度達(dá)100
6、%，填筑干密度合格率達(dá)94%以上?！ 『隈RⅠ區(qū)土料填筑標(biāo)準(zhǔn)表粗粒含量P5／%0152030405060全料設(shè)計(jì)干密度ρd／g*cm-3全料控制2.072.122.152.182.202.232.24細(xì)料控制2.072.122.152.192.222.252.27設(shè)計(jì)最優(yōu)含水量／％8.78.57.97.46.96.56.32.2 工程性質(zhì) (1)變形與強(qiáng)度：試驗(yàn)用料為黑馬Ⅰ區(qū)經(jīng)剔除處理后的土料。試驗(yàn)結(jié)果表明，強(qiáng)度隨土料干密度增加變化不大，其填筑標(biāo)準(zhǔn)主要取決于變形和防滲要求。三軸試驗(yàn)的應(yīng)力應(yīng)變關(guān)系呈硬化曲線，而平面應(yīng)變試驗(yàn)呈弱化曲線，兩
7、者體應(yīng)變特征也不盡相同?！ ?2)水力劈裂：試驗(yàn)用料以5mm～10mm粗粒組等量替代超徑部分。試樣干密度隨含礫量不同控制在2.08g／cm3～2.3g／cm3。試驗(yàn)成果表明：當(dāng)含礫量小于15%時(shí)，破壞形式為水力劈裂；含礫量大于20%后，破壞形式由水力劈裂轉(zhuǎn)變?yōu)樗舸?。因此，在黑馬Ⅰ區(qū)土料顆粒級(jí)配包線范圍內(nèi)，不會(huì)發(fā)生水力劈裂?！ ?3)抗拉強(qiáng)度與斷裂韌度：黑馬Ⅰ區(qū)土料抗拉強(qiáng)度σt隨礫石含量的增加而降低，且以P5=30%為轉(zhuǎn)折點(diǎn)，此后遞減速率明顯加大。斷裂韌度KIC同樣隨礫石含量P5的增加而降低，以P5=30%為轉(zhuǎn)折點(diǎn)。2.3 滲透與滲透穩(wěn)定
8、 大量試驗(yàn)成果表明，影響寬級(jí)配礫石土滲透性的主要因素是土體干密度ρd、等效粒徑d20和土體受力狀態(tài)。其滲透變形形式同一般粘性土只有流土破壞的不同，它隨著土體中細(xì)粒含量的變化可發(fā)
