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混凝土重力壩滲流特性及耐久性影響評價 版權信息
- ISBN：9787030689108
- 條形碼：9787030689108 ; 978-7-03-068910-8
- 裝幀：一般膠版紙
- 冊數：暫無
- 重量：暫無
- 所屬分類：>>
混凝土重力壩滲流特性及耐久性影響評價 內容簡介
本書針對水電站安全密切相關的滲流控制問題，結合神經網絡、滲流分析及力學分析等方法，以大壩原型觀測資料為基礎，分別建立、分析、計算得青大壩滲流監控模型的新理論、新方法，并由此分析復雜滲流場的演變規律。主要研究內容包括：建立分析包括大壩壩體、裂隙巖體壩基、壩基斷層的非線性三維有限元仿真模型；開展針對得青水電站大壩復雜滲流場演變規律研究；建立大體積混凝土（以表孔消力池底板混凝土為例）化學損傷的反向模型，預測化學侵蝕對已破損混凝土今后運行的影響，并為今后消力池底板修復中如何提高混凝土抗化學侵蝕提供技術依據。
混凝土重力壩滲流特性及耐久性影響評價 目錄
目錄
前言
第1章緒論
1.1引言
1.2研究現狀及進展
1.3本書主要研究內容
第2章重力壩滲流場特性分析
2.1重力壩分析模型與研究方案
2.1.1重力壩幾何模型
2.1.2滲流模型與參數選取
2.1.3計算荷載和工況
2.1.4分析所用的特征部位
2.2滲流場變化規律與特征分析
2.2.1大壩壩基滲流場分析
2.2.2大壩壩基滲流量分析
2.2.3大壩壩基滲流梯度分析
2.3本章小結
第3章滲流系數時序模型及復雜滲流場變化規律研究
3.1復雜滲流場變化過程
3.1.1壩基揚壓力影響因素分析
3.1.2滲流量影響因素分析
3.1.3復雜滲流場變化過程
3.2基于原型觀測資料的變化規律分析
3.2.1分量變化規律
3.2.2滲流量變化規律
3.3滲流場數學模型
3.3.1滲透系數時序模型
3.3.2復雜滲流場變化規律
3.4滲流場時序模型變化規律研究
3.5本章小結
第4章混凝土壩滲流場轉異特性分析
4.1滲流場轉異特征分析
4.1.1計算工況及參數
4.1.2模擬結果分析
4.2滲流場轉異時效分析
4.3本章小結
第5章混凝土壩壩基防滲帷幕滲流特性分析
5.1分析模型與研究方案
5.2壩體壩基滲流特征分析
5.2.1壩體壩基滲流場分析
5.2.2壩體壩基滲流量分析
5.2.3壩體壩基滲流梯度分析
5.3本章小結
第6章消力池底板耐久性影響評價
6.1安康大壩表孔消力池概況
6.1.1安康大壩表孔消力池簡介
6.1.2表孔消力池主要缺陷及處理措施
6.1.3表孔消力池運行情況
6.2表孔消力池底板裂縫檢測分析
6.2.1表孔消力池底板裂縫調查及檢測
6.2.2消力池底板裂縫深度檢測結果
6.3混凝土強度檢測結果
6.3.1混凝土芯樣強度檢測結果
6.3.2超聲回彈法混凝土強度檢測結果
6.4滲水水質檢測結果
6.5消力池底板混凝土化學侵蝕及其數值模擬基礎
6.5.1消力池底板混凝土及其水化產物
6.5.2消力池底板混凝土化學侵蝕作用過程及其效應
6.5.3消力池底板混凝土化學侵蝕作用數值模擬基礎
6.6消力池底板混凝土化學侵蝕反向模擬
6.6.1反向模擬基本原理
6.6.2反向消力池底板混凝土化學侵蝕模型
6.6.3化學侵蝕模型的求解方法
6.6.4消力池底板混凝土化學侵蝕的反向模擬計算
6.6.5化學侵蝕模擬結果分析
6.7消力池底板混凝土化學侵蝕的混凝土-水化學耦合模擬
6.7.1混凝土-水化學耦合模擬基本原理
6.7.2消力池底板混凝土-水化學耦合模型
6.7.3消力池底板混凝土-水化學耦合模型的求解及結果分析
6.8本章小結
參考文獻
前言
第1章緒論
1.1引言
1.2研究現狀及進展
1.3本書主要研究內容
第2章重力壩滲流場特性分析
2.1重力壩分析模型與研究方案
2.1.1重力壩幾何模型
2.1.2滲流模型與參數選取
2.1.3計算荷載和工況
2.1.4分析所用的特征部位
2.2滲流場變化規律與特征分析
2.2.1大壩壩基滲流場分析
2.2.2大壩壩基滲流量分析
2.2.3大壩壩基滲流梯度分析
2.3本章小結
第3章滲流系數時序模型及復雜滲流場變化規律研究
3.1復雜滲流場變化過程
3.1.1壩基揚壓力影響因素分析
3.1.2滲流量影響因素分析
3.1.3復雜滲流場變化過程
3.2基于原型觀測資料的變化規律分析
3.2.1分量變化規律
3.2.2滲流量變化規律
3.3滲流場數學模型
3.3.1滲透系數時序模型
3.3.2復雜滲流場變化規律
3.4滲流場時序模型變化規律研究
3.5本章小結
第4章混凝土壩滲流場轉異特性分析
4.1滲流場轉異特征分析
4.1.1計算工況及參數
4.1.2模擬結果分析
4.2滲流場轉異時效分析
4.3本章小結
第5章混凝土壩壩基防滲帷幕滲流特性分析
5.1分析模型與研究方案
5.2壩體壩基滲流特征分析
5.2.1壩體壩基滲流場分析
5.2.2壩體壩基滲流量分析
5.2.3壩體壩基滲流梯度分析
5.3本章小結
第6章消力池底板耐久性影響評價
6.1安康大壩表孔消力池概況
6.1.1安康大壩表孔消力池簡介
6.1.2表孔消力池主要缺陷及處理措施
6.1.3表孔消力池運行情況
6.2表孔消力池底板裂縫檢測分析
6.2.1表孔消力池底板裂縫調查及檢測
6.2.2消力池底板裂縫深度檢測結果
6.3混凝土強度檢測結果
6.3.1混凝土芯樣強度檢測結果
6.3.2超聲回彈法混凝土強度檢測結果
6.4滲水水質檢測結果
6.5消力池底板混凝土化學侵蝕及其數值模擬基礎
6.5.1消力池底板混凝土及其水化產物
6.5.2消力池底板混凝土化學侵蝕作用過程及其效應
6.5.3消力池底板混凝土化學侵蝕作用數值模擬基礎
6.6消力池底板混凝土化學侵蝕反向模擬
6.6.1反向模擬基本原理
6.6.2反向消力池底板混凝土化學侵蝕模型
6.6.3化學侵蝕模型的求解方法
6.6.4消力池底板混凝土化學侵蝕的反向模擬計算
6.6.5化學侵蝕模擬結果分析
6.7消力池底板混凝土化學侵蝕的混凝土-水化學耦合模擬
6.7.1混凝土-水化學耦合模擬基本原理
6.7.2消力池底板混凝土-水化學耦合模型
6.7.3消力池底板混凝土-水化學耦合模型的求解及結果分析
6.8本章小結
參考文獻
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混凝土重力壩滲流特性及耐久性影響評價 節選
第1章 緒論 1.1 引言 我國地處亞歐大陸東南部，地域遼闊，河流眾多。流域面積50km2以上的河流有45203條，總長度150.85萬km；流域面積100km2以上的河流有22909條，總長度111.46萬km；流域面積1000km2以上的河流有2221條，總長度38.65萬km；流域面積10000km2以上的河流有228條，總長度達13.25萬km［1］。為了充分利用豐富的水資源，1949年中華人民共和國成立后，在全國范圍內進行了大規模的大壩工程建設。經過70多年的發展，我國的大壩建設在規模、質量、技術等方面均取得了舉世矚目的成就，并在防洪、灌溉、供水、發電、航運、水產養殖及旅游等方面發揮了巨大作用，為促進我國國民經濟發展、提高人民生活水平、保障社會穩定、改善生態環境做出了巨大貢獻。但是，由于所處的自然條件和運行環境對大壩工程的不良影響，加上大壩工程本身設計標準偏低、存在施工缺陷，以及長期以來未形成良性的運行管理機制、管理不善、維修與更新資金投入不足等客觀和主觀原因，我國許多大壩隨著運行年齡的增加出現了多種衰減問題，直接影響了大壩的壽命和安全運行。 據2019年年底的統計［2］，全國已建成各類水庫98112座，水庫總庫容8983億m3。其中，大型水庫744座，總庫容7150億m3；中型水庫3978座，總庫容1127億m3。正確分析評價大壩的滲流特性及耐久性，可為判斷大壩是否正常運行提供重要的依據。 20世紀80年代以前，由于大壩工程安全要求較低，壩基地下水主要表現為滲漏問題，研究處理的重點在于減少壩基滲流量［3］。80年代以來，隨著大壩工程規模的不斷擴大，工程技術要求也越來越高，壩基地下水除了滲漏問題外，主要表現為地下水作為一種荷載對壩基的作用問題，研究的重點轉移到了壩基滲流場與變形場的力學耦合分析上。 由于水泥、金屬等人工材料易于老化，混凝土重力壩壩基防滲性能在滲流作用下會逐漸衰減。為充分了解壩基防滲性能衰減過程的實質和機理，正確評估衰減過程的發展趨勢，提出限制衰減發展的各種綜合性預防措施和相應的檢修方法，需要進行混凝土重力壩的滲流分析；炷林亓蔚臐B流分析可以為保障混凝土重力壩的安全運行提供科學依據。本書從以下四個方面進行研究和分析。 （1）水電站在電網安全運行中起著舉足輕重的作用，而大壩的安全狀況直接影響到大壩內引水發電系統的可靠運行。本書以安康大壩為例，論述滲流引發的相關主要問題。安康大壩位于峽谷地段，兩岸山體雄厚，壩基區巖層為震旦紀千枚巖，斷層裂隙相當發育，多種軟弱夾層結構面破壞了巖體的完整性，其防滲降壓措施主要決定于防滲帷幕和排水，壩基滲流狀況較為復雜。安康電廠為西北電網主要調峰電廠之一，在電網安全運行中起著舉足輕重的作用，而安康大壩的安全狀況直接影響到大壩內引水發電系統的可靠運行［4~6］。目前，安康大壩已運行20余年，由于受補強加固措施、壩前淤積，以及防滲體（如防滲帷幕、防滲墻等）老化、排水孔失效、基巖裂隙的滲透變形的影響，壩基滲流場發生了變化。因此研究壩基滲流場特性特別是其變化規律，進而準確分析壩基滲流安全，對保證大壩內引水發電系統的安全運行和電網的可靠運行具有重要的實際意義。 （2）重力壩大壩竣工蓄水后，滲流性態是決定大壩安全的重要因素之一［7~9］，因此分析和研究壩基滲流場變化規律，充分了解壩基滲流場和防滲結構、排水措施的工作性態，正確及時分析評價大壩滲流場以及整個大壩的安全狀況并指導工程實踐具有重要的理論意義和實用價值［10~13］。同時，可以為及時發現大壩隱患病害并制定合理的處理措施提供科學依據。 （3）結合實測資料，通過三維滲流數值模擬和人工智能技術的分析計算與演繹，挖掘大壩和壩基運行的新規律和信息，據此指導大壩的安全運行管理。本書的研究成果可為安康大壩補強加固和大壩安全運行提供科學依據和相關技術支持，同時也為國內外已建工程滲流安全和新建工程滲控方案的研究提供借鑒。因此研究壩基滲流特性，評價其對大壩的安全影響，具有重要的理論價值和實用意義［14~16］。 （4）消力池是水工建筑物經常采用的消能設施之一，其長期穩定和安全運行對確保大壩正常發電和汛期行洪安全至關重要，特別是消力池底板安全穩定尤為關鍵。但由于種種原因，許多大壩消力池底板都存在安全穩定問題，甚至會發生失穩破壞。一旦發生失穩，輕則影響水電站設計功能的發揮，重則可能造成壩潰廠毀，殃及下游，給人們的生命財產安全造成巨大的損失。工程實踐表明，長期處于水下的消力池底板混凝土在滲水壓力的作用下，材料中的水泥水化產物溶出和分解并不斷被滲水帶走，導致混凝土微觀結構改變和孔隙率增加，滲透性增大，化學侵蝕逐步加重，混凝土因而損失膠凝性，強度和耐久性逐漸下降［17~20］。因此，混凝土水化學侵蝕是消力池底板混凝土強度及耐久性劣化的重要原因，必須予以重視。 1.2 研究現狀及進展 一些大壩的工程事故表明，大壩的失穩或破壞大多涉及大壩巖基穩定或者壩體建基面附近的開裂，而巖體的失穩破壞又大多與巖體的滲流狀態直接相關，巖體滲流不但影響巖體的物理力學性質，而且還對巖體應力場有重要影響。但是直到研究人員查明1959年法國的Mallpasset拱壩潰壩和1963年意大利的Vajont拱壩大滑坡是由于水在巖體中運動所引發，這才引起了研究人員對巖體滲流研究的重視，巖體滲流研究才有了較大進展［21~24］。 由于巖體結構和工程實際的復雜性，至今仍缺少能夠直接應用于工程實際的通用成熟的理論和方法，但這并不影響廣大學者以及工程技術人員探索巖體滲流的本質，并將其推廣應用于實際工程中的決心。特別是隨著數學、力學的不斷完善和計算技術的發展，模糊數學［25］、灰色系統及理論［26］、混沌分形理論［27］、神經網絡模型［28］、智能優化算法［29］等非線性科學的不斷發展及其在工程領域中的應用，以及高速大容量計算機的出現和數值計算處理軟件的不斷發展和完善，使得復雜滲流場分析模型的研究呈現全面發展的態勢，用于復雜滲流場正反分析的各種新理論、新方法也相繼出現。 在應力場研究領域，人們根據材料在不同階段和荷載作用下所表現出的本構關系，用數值分析方法對壩體應力變化規律及轉異特征進行了深入研究。但在復雜滲流場研究領域，人們一直集中在對各種數學計算模型、求解精度以及適用條件等方面的研究，而忽略了對大壩滲流場在不同運行階段、不同工況組合下所表現出來的變化規律及其轉異特征的研究。隨著實際工程中大壩滲流場異常情況的出現，人們建立了用于滲流安全監控的各種數學模型［30~33］，并對復雜滲流場變化規律及轉異特征進行了初步的研究。 復雜滲流場變化規律是指滲流場隨時間的變化規律，它對評價大壩滲流場的性態，以及整個大壩的安全狀況具有重要意義。大壩安全監控的數學模型可以用來描述效應量和環境量之間的相關關系、對將來的觀測值進行估計和預測、對實測數據的精度及有效性進行檢驗等，但從安全監控的角度來看，其主要目的是了解建筑物的安全狀況隨時間的變化過程，即將不可恢復量（或變化量）及其規律與水位、溫度變化引起的可恢復量及其規律分辨出來。各類監控模型的基本假設都是效應量受環境量的影響，一般可分為水壓分量、溫度分量和時效分量三個獨立的部分，其中水壓分量、溫度分量為可恢復部分，時效分量為不可恢復部分，它描述了監測量隨時間的變化過程。時效分量的影響因素相當復雜，由于認為水壓分量、溫度分量不隨時間變化，實際上其所引起的不可逆部分也被反映在時效分量中，所以時效分量也包括了由結構異常因素引起的監測量變化。因此，時效分量反映了復雜滲流場的變化過程，各類模型的時效分量也就成為評價大壩安全的主要依據，這也是傳統數學監控模型應用的基礎。時效分量的變化規律一定程度上反映了大壩的工作性態，吳中如等［34］將測值的趨勢性變化類型分為四種，即逐漸減小、逐漸趨于穩定、以一定速率發展和速率不斷加大，并用2倍或3倍的均方差進行技術報警，以判斷測值變化趨勢是否在允許范圍內。何金平等［35］將大壩實測效應量隨著時間推移而出現的時效分量的趨勢性變化過程作為大壩結構實測性態綜合評價的定量指標，并認為它是大壩結構實測性態正常與否的重要標志之一。將效應量的時效分量分為以下五種表現形式：①時效分量基本無變化或在一定范圍內小幅度變化，這是一種比較理想的狀況，對大壩安全*為有利；②時效分量在初期增長較快，在運行期變化平穩，變化幅度較小，這種情況在實際工程中*為常見，是一種比較正常的情況；③時效分量以相同的速率持續增長，這種情況表明大壩存在危及安全的隱患，對大壩的安全較為不利；④時效分量以逐漸增大的速率持續增長，這是對大壩安全顯著不利的情況，表明大壩的隱患正在向不利的方向發展；⑤時效分量持續增長，并在變化過程中伴有突然增大的現象，這是對大壩安全*為不利的情況，表明大壩的隱患已發生惡化，并繼續向更加惡化的方向發展。這五種變化趨勢分別對應于大壩結構實測性態綜合評價的五種評價等級：正常、基本正常、輕度異常、重度異常和惡性失常。 在特定水文地質條件和環境量作用下，大壩及巖基將產生復雜的滲流場。環境量是一個隨時間連續變化的隨機過程，大壩及巖基滲流場也將在環境量的反復作用下表現出隨時間變化的規律和特征。影響滲流場變化的因素極為復雜，其中新的工程措施、壩前淤積等引起滲流場的改善，而基巖裂隙和壩體裂縫隨著滲透壓力和水化學侵蝕作用而產生的滲透變形、防滲體（如防滲帷幕、防滲墻等）老化等所導致防滲性能的降低，壩基排水孔失效，以及形成新的滲漏通道、工程質量老化等都將引起滲流場的改變［36~38］。 對復雜滲流場變化規律的研究除了從水物理場（滲透壓力、滲流量、測壓管水頭等）的角度進行以外，研究者也著手從水化學場的角度進行研究［39~45］。實際上，水化學場也是復雜滲流場的重要組成部分。庫水作為一種溶液，在向壩基運移過程中會產生水與壩基巖石之間、水與混凝土之間、水與帷幕之間以及水與灌漿材料之間的相互作用，水中的溶質將產生物理和化學上的相互交換，*后這些作用和交換的結果將反映在壩基水質特征中。壩基地下水徑流條件制約著溶質交換的速度和程度，反過來地下水水質特征也必將反映出大壩的滲流特性，這便是用水化學場來分析和研究滲流場變化規律的原理所在。運用水文地球化學原理，對壩基地下水的pH、化學成分、化學類型及其成因等進行全面分析［46~54］，從而對壩基地下水所處的地球化學環境的形成過程和變遷歷史進行推理分析，為評價大壩防滲帷幕的防滲性能以及排水孔的排水效果提供依據，達到對復雜滲流場變化規律的認識。 在滲流場計算區域內，滿足不可壓縮流體穩定滲流的控制微分方程在一定的已知條件下，如水頭邊界、流量邊界等，才可以求得注解，此時方可對滲流場計算區域內的滲流要素如水頭、流量等進行求解。大壩及巖基滲流場的變化除了與壩體上下游水位有關外，還與壩體壩基防滲結構密切相關。在大壩投入運行后，如果壩體壩基防滲結構沒有發生明顯變化，則在相同邊界條件下，大壩滲流場的變化規律應該相似，當大壩滲流場出現異常的變化規律時，表明大壩防滲結構有可能已經發生變化。
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