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1、高堆石壩關鍵技術問題研究杜延齡 關鍵詞 高堆石壩 優(yōu)化設計 礫石土 混凝土面板 離心模擬 壩體填筑 原位觀測 “八五”科技攻關專題 摘 要 高堆石壩關鍵技術問題是“八五”國家科技攻關的一項專題研究，主要包括高堆石壩優(yōu)化設計軟件系統(tǒng)，利用寬級配礫石土作高堆石壩防滲體技術，混凝土面板抗裂措施及其合理接縫止水結構，土工離心模型試驗技術，壩體填筑堆石料供應規(guī)劃仿真模擬軟件系統(tǒng)和壓實質量無損檢測技術以及200m級高堆石壩原觀儀器和土石壩工程反饋分析等。經技術鑒定，該專題成果總體上達到國際先進水平?！ 陡叨咽瘔侮P鍵技術問題研究》系“八五”國家科技
2、攻關的一項專題研究成果，由中國水利水電科學研究院(專題負責單位)、南京水利科學研究院、昆明勘測設計研究院、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用，使我國高堆石壩技術達到一個新水平，并具有良好的推廣前景。1 高堆石壩優(yōu)化設計軟件系統(tǒng) 本軟件系統(tǒng)的優(yōu)化設計內容包括筑壩材料、壩型選擇和防滲結構等，均以工程總費用為優(yōu)化目標，其優(yōu)化設計模型的創(chuàng)新點是在間斷函數(shù)優(yōu)化窮舉比較過程中，研究采用了αβ剪枝技術，使解的搜索空間大為減小?！ ”拒浖到y(tǒng)由管理控制、智能設計、計算分析和輸出處理4個子系統(tǒng)和堆石壩設計資料
3、數(shù)據(jù)庫共5個部分組成。其中智能設計子系統(tǒng)是本軟件系統(tǒng)最重要的部分，具有交互性、智能性和自動生成性。該子系統(tǒng)所能完成的任務共10項，即地形地質資料輸出、料場信息輸入、確定壩軸線、確定壩型、壩斷面設計、定義開挖線、壩體顯示、計算填筑與開挖量、料場優(yōu)化和有限元網(wǎng)格生成。軟件系統(tǒng)的結構特征主要是整個系統(tǒng)建立在Windows環(huán)境下，采用菜單驅動、交互式和多任務運行方式，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?！ ±帽拒浖到y(tǒng)對新疆喀拉喀什河上烏魯瓦提面板礫石壩進行了優(yōu)化設計分析。該壩最大壩高138.0m，水庫總庫容3.47億m3，電
4、站裝機容量60MW。優(yōu)化設計分析的主要成果是：在壩體下游一定范圍內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 利用寬級配礫石土作高堆石壩防滲體研究 本項試驗研究是結合瀑布溝水電站高堆石壩工程進行的。該壩為土質心墻堆石壩，建筑在最大深度為75m的深厚覆蓋層上，設計最大壩高186m。本成果已作為一項配套技術被工程設計所采用，創(chuàng)造直接經濟效益約4000萬元。2.1 填筑標準 寬級配礫石土的壓實特性與一般粘性土不同，它隨著粗粒含量P5的變化而變化。當采用全料和細料壓實度控制時，其全料和細料設計干密度ρd和ρdl應分別由下式
5、確定：ρd=Dρdmax(P5)ρdl=βDρdmax式中 D——壓實度，可按設計規(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——為與粗粒含量有關的校正系數(shù)； ρ′dlmax——全料最大干密度時的細粒干密度； ρdlmax——細料單獨擊實時的最大干密度?！ “瓷鲜龇椒ㄋ_定的瀑布溝工程黑馬Ⅰ區(qū)土料的填筑標準見表所列。為確保防滲工程的填筑質量，推薦采用以細料壓實度控制法所確定的偏高填筑標準?，F(xiàn)場碾壓試驗成果表明，室內所確定的填筑標準在現(xiàn)場是可以實現(xiàn)的，其平均壓實度達100
6、%，填筑干密度合格率達94%以上?！ 『隈RⅠ區(qū)土料填筑標準表粗粒含量P5／%0152030405060全料設計干密度ρd／g*cm-3全料控制2.072.122.152.182.202.232.24細料控制2.072.122.152.192.222.252.27設計最優(yōu)含水量／％8.78.57.97.46.96.56.32.2 工程性質 (1)變形與強度：試驗用料為黑馬Ⅰ區(qū)經剔除處理后的土料。試驗結果表明，強度隨土料干密度增加變化不大，其填筑標準主要取決于變形和防滲要求。三軸試驗的應力應變關系呈硬化曲線，而平面應變試驗呈弱化曲線，兩
7、者體應變特征也不盡相同?！ ?2)水力劈裂：試驗用料以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。試驗成果表明：當含礫量小于15%時，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變?yōu)樗舸Ｒ虼?，在黑馬Ⅰ區(qū)土料顆粒級配包線范圍內，不會發(fā)生水力劈裂。 (3)抗拉強度與斷裂韌度：黑馬Ⅰ區(qū)土料抗拉強度σt隨礫石含量的增加而降低，且以P5=30%為轉折點，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%為轉折點。2.3 滲透與滲透穩(wěn)定
8、 大量試驗成果表明，影響寬級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，它隨著土體中細粒含量的變化可發(fā)
