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基于超大型三轴试验和原型监测的堆石料模型参数缩尺效应修正

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岩土工程学报 2024年

作者：邹德高刘京茂宁凡伟孔宪京崔更尧金伟湛正刚大连理工大学海岸和近海工程国家重点试验室大连理工大学建设工程学院水利工程系中国电建集团成都勘测设计研究院有限公司中国电建集团贵阳勘测设计研究院有限公司

根据常规大型三轴（最大颗粒粒径60mm）试验堆石料模型参数计算的土石坝变形值与原型监测值存在显著的差异，但导致其差异的因素及其影响程度仍不清。本文采用国内首台超大型三轴仪（最大颗粒粒径200mm和160mm）及大型三轴仪，对五座世... 详细信息

根据常规大型三轴（最大颗粒粒径60mm）试验堆石料模型参数计算的土石坝变形值与原型监测值存在显著的差异，但导致其差异的因素及其影响程度仍不清。本文采用国内首台超大型三轴仪（最大颗粒粒径200mm和160mm）及大型三轴仪，对五座世界级高坝筑坝堆石料开展了力学特性缩尺效应（包括缩尺方法、颗粒尺寸效应）试验研究，系统分析了本构模型（邓肯E-B、E-μ模型、广义塑性模型）对坝体计算变形的影响，结合两河口心墙坝和阿尔塔什面板坝的监测资料探讨了缩尺效应规律和本构模型的合理性，明晰了缩尺方法、颗粒尺寸效应以及本构模型三类误差是高土石坝计算失真的主要原因。研究结果表明：控制孔隙率一致时，混合法缩尺相比相似级配法会高估堆石料的模量，相似级配缩尺方法更加合理；基于相似级配法时，常规大型三轴试验相比超大型三轴会高估堆石料的模量，超大型三轴试验成果与实际工程监测资料反演结果十分接近，可以认为基本消除了尺寸效应影响；广义塑性模型计算结果（尤其是水平位移）比邓肯E-B、E-μ模型更符合实际。本文针对工程中应用最多的邓肯E-B、E-μ模型参数提出了缩尺效应分类修正方法，易于对大型三轴试验参数进行修正，避免低估大坝沉降变形。研究成果有助于深入理解堆石料缩尺效应及不同本构模型的影响，可为同类工程变形预测提供可靠的试验与数值计算依据。

关键词：堆石料超大型三轴缩尺效应本构模型

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RS堆积体滑坡涌浪特征数值模拟研究

三峡大学学报（自然科学版） 2024年第3期46卷 8-14页

作者：湛正刚程瑞林张合作马行生胡大儒王照英王环玲中国电建集团贵阳勘测设计研究院有限公司贵阳550081 河海大学岩土工程科学研究所南京210098 华能澜沧江水电股份有限公司昆明650021

库区滑坡涌浪是滑坡产生的次生灾害,严重威胁库区工程安全及大坝稳定运行.澜沧江RM水电站RS堆积体方量巨大,且位于近坝区,开展RMRS堆积体滑坡涌浪特征研究对大坝工程安全设计和施工至关重要.本文建立RS堆积体滑坡涌浪远近场计算模型,基... 详细信息

库区滑坡涌浪是滑坡产生的次生灾害,严重威胁库区工程安全及大坝稳定运行.澜沧江RM水电站RS堆积体方量巨大,且位于近坝区,开展RMRS堆积体滑坡涌浪特征研究对大坝工程安全设计和施工至关重要.本文建立RS堆积体滑坡涌浪远近场计算模型,基于光滑粒子流体动力学方法及浅水方程,研究RM工程正常蓄水位2895m情况下RS堆积体滑动产生的涌浪特征,并与经验公式法进行对比.研究表明:分析所采用的数值模拟方法在研究滑坡涌浪中具有优势,该方法可准确模拟滑坡体入水产生的非线性流固耦合过程,准确捕捉涌浪传播过程中受到复杂地形影响以及爬升过程中的地形相关性.研究结果可为评估RMRS堆积体滑坡涌浪对工程安全的影响提供参考.

关键词： RS堆积体滑坡涌浪光滑粒子流体动力学涌浪传播大坝爬高

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水库区大型堆积体灾变分析及对策研究

岩土工程学报 2022年第1期44卷 194-200,I0010页

作者：湛正刚程瑞林孙卫张合作中国电建集团贵阳勘测设计研究院有限公司贵州贵阳550081 河海大学水利水电工程学院江苏南京210024

RM水电站RS堆积体方量高达4700万m^(3),其规模巨大,距坝址较近,在水库蓄水过程中,受水动力作用影响,边坡的物理力学参数指标降低,有可能发生失稳破坏进而危害工程安全。分别采用刚体极限平衡法、虚功率法、有限差分法、有限元强度折减... 详细信息

RM水电站RS堆积体方量高达4700万m^(3),其规模巨大,距坝址较近,在水库蓄水过程中,受水动力作用影响,边坡的物理力学参数指标降低,有可能发生失稳破坏进而危害工程安全。分别采用刚体极限平衡法、虚功率法、有限差分法、有限元强度折减法以及三维数值模拟针对RS堆积体稳定性及灾变过程进行分析,结果表明,在天然状态下,边坡基本处于稳定状态,随着蓄水过程水位抬高,边稳失稳的可能性很大。边坡稳定状态由稳定—变形—局部失稳—较大规模失稳—大规模失稳,逐渐演变为灾变过程。模拟揭示堆积体在失稳条件下的涌浪产生过程及传播规律,对其进行风险分析。研究堆积体的治理原则和治理措施,提出预防为主的治理措施,研究成果可为类似工程问题提供有意义的参考。

关键词：堆积体稳定分析安全系数灾变分析涌浪滑坡风险评价防治对策

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高面板坝全寿命周期变形控制方法及应用

岩土工程学报 2022年第6期44卷 1141-1147页

作者：湛正刚张合作程瑞林邱焕峰中国电建集团贵阳勘测设计研究院有限公司贵州贵阳550081

高面板坝的变形对面板的安全运行有着特别重要的影响,国内外已建的高面板坝工程中,因坝体变形大导致防渗面板挤压破损,坝体渗漏量大的实例较多,不得不降低水库水位进行修复处理,造成较大的经济损失乃至给大坝的长期运行留下安全隐患。... 详细信息

高面板坝的变形对面板的安全运行有着特别重要的影响,国内外已建的高面板坝工程中,因坝体变形大导致防渗面板挤压破损,坝体渗漏量大的实例较多,不得不降低水库水位进行修复处理,造成较大的经济损失乃至给大坝的长期运行留下安全隐患。通过发生挤压破损的实例分析,发现变形控制缺乏系统性是发生面板挤压破损的主要因素,为预防面板破损,系统提出了“控制坝体总变形,转化有害变形,适应纵向变形”的坝体变形控制方法,并在使用软硬岩混合料筑坝的董箐面板堆石坝中得到的应用,取得了良好效果,该工程运行至今达十余年,未见面板有挤压破损迹象,该方法对建设200 m以上乃至300 m级超高面板坝具有重要借鉴意义。

关键词：高面板堆石坝坝体变形变形控制纵向变形面板破损董箐面板堆石坝

考虑颗粒破碎与各向异性的堆石料广义塑型模型

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Journal of Central South University 2022年第4期29卷 1274-1288页

作者：张向韬高溢钊于玉贞王翔南湛正刚 State Key Laboratory of Hydroscience and Engineering Tsinghua UniversityBeijing 100084China Power China Guiyang Engineering Co. Ltd.Guiyang 550081China

堆石料以其填筑密度高、压实性能好、透水性强、沉降变形小、承载力高等优点,在堆石坝、铁路、公路路基等工程建设中得到广泛应用。合理的堆石料本构模型对工程计算和分析具有重要意义,且目前仍具有很大的发展空间。基于破碎应力和空间... 详细信息

堆石料以其填筑密度高、压实性能好、透水性强、沉降变形小、承载力高等优点,在堆石坝、铁路、公路路基等工程建设中得到广泛应用。合理的堆石料本构模型对工程计算和分析具有重要意义,且目前仍具有很大的发展空间。基于破碎应力和空间滑动面(SMP)的概念,提出了一个能综合反映颗粒破碎和各向异性的状态参数。利用该状态参数对修正ZienkiewiczⅢ模型(MPZ模型)进行了改进,构造了一个能够描述堆石料应力变形工程特性的广义塑性模型。本文通过一系列不同压实面倾角的常规三轴试验,验证了该模型的有效性。由于所构造的各向异性指标ω的变化趋势能够反映堆石料的变形和强度随大主应力方向角非单调变化的特征,故该模型可以反映堆石料初始各向异性对力学特性造成的明显差异。

关键词：本构模型各向异性颗粒破碎堆石料

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中国心墙堆石坝的发展与展望

水电与抽水蓄能 2023年第3期9卷 F0002-F0002,I0001页

作者：湛正刚中国电建集团贵阳勘测设计研究院有限公司

心墙堆石坝具有就地取材、安全经济以及适应性好等优点,在国际上建设的高坝大库工程中被广泛应用。20世纪80年代,苏联(今塔吉克斯坦境内)建成了当时世界上最高的努列克水库大坝,坝型为心墙堆石坝,最大坝高达300m,同期规划拟建的罗贡心... 详细信息

心墙堆石坝具有就地取材、安全经济以及适应性好等优点,在国际上建设的高坝大库工程中被广泛应用。20世纪80年代,苏联(今塔吉克斯坦境内)建成了当时世界上最高的努列克水库大坝,坝型为心墙堆石坝,最大坝高达300m,同期规划拟建的罗贡心墙堆石坝,大坝高度甚至达到了335m。

关键词：心墙堆石坝高坝大库水库大坝塔吉克斯坦坝型就地取材发展与展望适应性

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特高心墙坝地震反应离心模型试验研究

岩土工程学报 2022年第S2期44卷 36-39页

作者：湛正刚韩朝军顾行文任国峰王年香中国电建集团贵阳勘测设计研究院有限公司贵州贵阳550081 河海大学水文水资源与水利工程科学国家重点试验室江苏南京210024 南京水利科学研究院岩土工程研究所江苏南京210024 水文水资源与水利工程国家重点实验室江苏南京210029

通过4组相同几何比尺、不同加速度比尺的土工离心机振动台模型试验,采用外延分析方法,研究了某特高心墙坝最大坝高断面在设计地震作用下的坝体地震反应、坝顶变形、地震破坏模式。试验结果表明:设计地震下坝顶地震加速度放大系数约为2.9... 详细信息

通过4组相同几何比尺、不同加速度比尺的土工离心机振动台模型试验,采用外延分析方法,研究了某特高心墙坝最大坝高断面在设计地震作用下的坝体地震反应、坝顶变形、地震破坏模式。试验结果表明:设计地震下坝顶地震加速度放大系数约为2.97~3.03;3次地震作用下坝顶的沉陷率分别约为0.41%,0.56%,0.64%;随着地震次数的增加,坝顶沉降也增加,但沉降增量迅速减小;心墙的沉陷量最小,且没有任何坍塌迹象,总体稳定;下游坝体受地震影响较小,仅观察到轻微沉陷;地震主要引起上游堆石料的沉陷,且主要发生在第1次地震,而后越来越小;3次地震过程导致上游堆石料沉陷至蓄水位附近;没有观察到明显的堆石滚落现象。试验揭示的破坏现象说明,需要对坝顶处的堆石料进行加固,避免心墙暴露。

关键词：离心机振动台外延分析特高心墙坝地震破坏模式

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边坡稳定分析的虚功率法

力学学报 2020年第3期52卷 663-672页

作者：吴梦喜杨家修湛正刚中国科学院力学研究所北京100190 中国科学院大学北京100049 中国电建集团贵阳水利水电勘测设计研究院贵阳550081

基于有限元计算所得应力场的改进极限平衡法,对渗流与有效应力耦合作用强烈的边坡或地基的稳定性分析具有优势.本文提出了边坡稳定分析的虚功率法,即基于极限分析的上限定理,利用机动许可的组合刚体滑动机构和有限元应力场,用滑动机构... 详细信息

基于有限元计算所得应力场的改进极限平衡法,对渗流与有效应力耦合作用强烈的边坡或地基的稳定性分析具有优势.本文提出了边坡稳定分析的虚功率法,即基于极限分析的上限定理,利用机动许可的组合刚体滑动机构和有限元应力场,用滑动机构的速度间断面上的抗滑力功率与滑动力功率的比值计算安全系数.通过分步优化方法,获得边坡给定滑动机制的稳定安全系数.对2个典型折线滑动机构的边坡案例进行了分析,比较了采用静力平衡应力场和静力许可应力场对安全系数的影响.指出基于土体线弹性本构模型所得的有效应力场计算的稳定安全系数,也是边坡稳定安全性的一个不错的度量.算例中本文计算所得的边坡稳定安全系数,与文献中推荐的答案很接近,其滑动机制与有限元强度折减法分析所得的滑动机制基本一致,安全系数也接近,表明本文提出的方法是合理的边坡稳定分析新方法,为边坡和地基的稳定性分析提供了新的选择.

关键词：边坡稳定虚功率法有限元上限定理

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董箐水电站设计创新技术与应用

水利水电技术 2013年第8期44卷 27-31页

作者：湛正刚中国水电顾问集团贵阳勘测设计研究院贵州贵阳550081

贵州北盘江董箐水电站是"西电东送"的重要电源项目,被贵州省列为"抢救性"开发的重点工程。在勘测设计周期有限的情况下,还存在"高坝,软硬岩、大泄量、高尾水变幅"等较复杂的工程技术问题,通过"软硬岩料筑坝及其变形控制、高水头大泄量... 详细信息

贵州北盘江董箐水电站是"西电东送"的重要电源项目,被贵州省列为"抢救性"开发的重点工程。在勘测设计周期有限的情况下,还存在"高坝,软硬岩、大泄量、高尾水变幅"等较复杂的工程技术问题,通过"软硬岩料筑坝及其变形控制、高水头大泄量泄洪消能安全控制、高尾水变幅发电厂设计、高坝施工水流安全控制"等设计技术创新和20余项新技术的应用,解决了制约工程建设的多项技术难题,取得了质量高、进度快、投资省的良好效果,社会经济效益显著,可供有关类似工程借鉴和参考。

关键词：创新技术软硬岩料高尾水变幅泄洪消能董箐水电站