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第1章 高心墙堆石坝发展及研究现状1

1.1 国内外高心墙堆石坝建设情况1

1.2 高心墙堆石坝设计研究现状12

1.2.1 坝料特性及坝料设计12

1.2.2 坝体结构及坝料分区设计13

1.2.3 静力计算分析方法及坝体变形控制14

1.2.4 抗震设计、抗震措施及抗震安全评价15

1.2.5 防渗及渗流控制16

第2章 坝料勘察、试验及特性研究17

2.1 200m级以上高心墙堆石坝料场勘探要求17

2.1.1 土料17

2.1.2 石料21

2.1.3 其他25

2.2 200m级以上高心墙堆石坝坝料试验研究内容及合理组数25

2.2.1 土料各项试验的意义及作用26

2.2.2 防渗土料试验研究26

2.2.3 接触黏土料试验项目研究29

2.2.4 反滤料试验项目研究31

2.2.5 堆石料试验项目研究32

2.2.6 坝料动力特性试验研究34

2.2.7 施工期间固定断面坝料特性复核试验研究44

2.2.8 高坝坝料试验合理组数研究47

2.2.9 高心墙坝坝料试验内容及组数研究结论57

2.3 200m级以上高心墙堆石坝坝料设计标准及设计指标58

2.3.1 土料合适的砾石含量范围58

2.3.2 土料合适的压实功能选择研究64

2.3.3 砾石土压实度控制标准及检测方法研究65

2.3.4 反滤料级配设计方法研究78

2.3.5 反滤料合适的相对密度标准80

2.3.6 堆石料合适的孔隙率控制标准83

2.3.7 坝料强度参数采用非线性指标的必要性和合理性85

2.3.8 坝料本构模型参数的整理分析方法86

2.4 糯扎渡心墙堆石坝坝料特性及设计指标90

2.4.1 土料90

2.4.2 反滤料及细堆石料93

2.4.3 堆石料94

2.4.4 坝料设计指标95

2.5 小结98

第3章 坝体结构及坝料分区设计研究101

3.1 心墙形式比较研究101

3.1.1 比较方案拟定101

3.1.2 坝基工程地质条件比较101

3.1.3 枢纽布置比较101

3.1.4 坝基处理比较101

3.1.5 坝体及坝基渗流分析比较106

3.1.6 坝坡稳定性比较106

3.1.7 坝体应力、变形及抗水力劈裂比较108

3.1.8 坝体动力反应和抗震能力比较110

3.1.9 大坝施工组织设计比较114

3.1.10 大坝工程量及造价比较114

3.1.11 心墙形式比较结论114

3.2 坝料分区设计研究115

3.2.1 防渗心墙分区方案拟定115

3.2.2 下游堆石坝壳分区方案拟定115

3.2.3 上游堆石坝壳分区方案拟定115

3.2.4 深入开展研究工作的分区方案组合116

3.2.5 各分区方案坝顶沉降计算分析及比较118

3.2.6 各分区方案坝坡稳定计算分析及比较132

3.2.7 各分区方案的坝体静力有限元应力应变计算分析及比较136

3.2.8 各分区方案坝体动力反应计算分析及比较139

3.2.9 各分区方案填筑施工规划比较141

3.2.10 工程造价因素对分区方案的影响142

3.2.11 分区方案综合比较结论142

3.3 软岩料的利用——堆石料力学性质劣化研究143

3.3.1 本构模型研究143

3.3.2 试验研究143

3.3.3 计算分析研究143

3.3.4 堆石料力学性质劣化对大坝应力及变形的影响154

3.4 坝坡稳定性与坝高关系研究155

3.5 坝基混凝土垫层设计研究157

3.5.1 计算研究方案157

3.5.2 初始设计方案计算成果及分析（方案1）157

3.5.3 不同本构模型比较（方案2）159

3.5.4 垫层宽度及固结灌浆范围比较（方案3～方案5）159

3.5.5 基岩不同变形参数比较（方案6、方案7）160

3.5.6 分缝效果研究（方案8）161

3.5.7 基岩变形性质突变影响研究（方案10、方案11）161

3.5.8 垫层厚度影响研究（方案16、方案17）162

3.5.9 固结灌浆效果影响研究（方案22、方案23）162

3.5.10 优化设计方案计算分析（方案B1～方案B4）162

3.5.11 混凝土垫层受力机理及设计小结165

3.6 坝基岩体对坝体应力和变形影响研究166

3.6.1 坝基岩体刚度对坝体应力和变形的影响166

3.6.2 坝基岩体不均匀性对坝体应力和变形的影响167

3.7 小结168

3.7.1 心墙型式168

3.7.2 坝料分区168

3.7.3 软岩堆石料的利用169

3.7.4 坝坡稳定性与坝高关系169

3.7.5 混凝土垫层设计170

3.7.6 建基面设计及基础缺陷处理170

第4章 静力计算分析研究172

4.1 高土石坝破坏实例172

4.1.1 张拉裂缝172

4.1.2 水力劈裂178

4.2 高心墙堆石坝本构模型和变形计算方法研究182

4.2.1 高应力状态和复杂应力路径条件下堆石体本构模型研究182

4.2.2 考虑堆石体初始压密特征的土石坝变形计算方法187

4.2.3 高心墙堆石坝坝料本构模型的选择和变形特性试验的要求189

4.3 坝料流变和湿化变形特性与计算方法研究190

4.3.1 坝料流变特性190

4.3.2 坝料湿化变形特性191

4.3.3 坝料流变计算方法研究191

4.3.4 坝料湿化变形计算方法研究193

4.3.5 模型验证194

4.4 土石坝工程中的接触问题研究195

4.4.1 概述195

4.4.2 糯扎渡心墙堆石坝不同材料接触面力学特性试验研究195

4.4.3 常用接触面本构模型比较分析197

4.4.4 设置接触面单元对坝体应力及变形特性的影响197

4.5 土石坝中裂缝问题研究200

4.5.1 张拉裂缝工程实用估算方法——变形倾度有限元法200

4.5.2 心墙压实黏土张拉断裂特性研究215

4.5.3 土石坝张拉裂缝的有限元模拟计算方法224

4.5.4 土石坝张拉裂缝有限元—无单元耦合模拟计算方法227

4.5.5 糯扎渡心墙堆石坝张拉裂缝三维有限元—无单元法耦合分析232

4.6 土石坝水力劈裂研究233

4.6.1 土石坝水力劈裂发生机制研究233

4.6.2 土石坝水力劈裂发生过程的数值仿真算法及计算实例分析237

4.7 高土石坝计算分析方法和计算程序系统简介245

4.8 坝坡稳定分析方法246

4.8.1 极限平衡法246

4.8.2 弹塑性有限元法248

4.8.3 可靠度分析方法249

4.8.4 坝坡稳定分析安全评价标准研究250

4.8.5 糯扎渡心墙堆石坝坝坡稳定分析255

4.9 小结263

第5章 抗震设计研究268

5.1 土石坝震害268

5.1.1 汶川地震土石坝震害调查268

5.1.2 通海地震土石坝震害271

5.1.3 海城地震土石坝震害272

5.1.4 唐山地震土石坝震害272

5.1.5 日本典型的土石坝地震观测成果274

5.1.6 墨西哥典型的土石坝地震观测成果274

5.1.7 美国典型的土石坝地震观测成果274

5.1.8 土石坝震害引起坝体滑移变形统计275

5.2 各国近期土石坝抗震设计准则的基本内容276

5.3 土石坝地震反应分析的方法和总结278

5.3.1 土石料动力本构关系279

5.3.2 地震反应分析方法282

5.3.3 等价线性模型进行土石坝动力计算的验证285

5.3.4 地震动力反应分析算例287

5.3.5 地震分析方法总结288

5.4 地震永久变形分析方法的总结288

5.4.1 简化分析法289

5.4.2 软化模量法289

5.4.3 等价节点力法289

5.4.4 等价惯性力法289

5.4.5 地震永久变形分析实例290

5.4.6 地震永久变形分析方法的总结290

5.5 坝坡抗震稳定分析的方法和总结290

5.5.1 极限平衡法291

5.5.2 有限元法292

5.5.3 强度折减法293

5.5.4 Newmark滑体变形法293

5.5.5 动力时程线法294

5.5.6 折线滑弧法294

5.5.7 坝坡抗震稳定分析实例294

5.5.8 坝坡稳定分析方法的总结295

5.6 200m级高心墙堆石坝抗震设计相关标准296

5.6.1 地震动参数296

5.6.2 反应谱297

5.6.3 输入地震波297

5.6.4 坝料动力液化及破坏标准298

5.7 土石坝抗震安全评价299

5.7.1 拟静力坝坡抗震稳定分析299

5.7.2 地震变形分析的Newmark方法299

5.7.3 土石坝地震永久变形300

5.7.4 液化及动强度判别301

5.8 高心墙堆石坝抗震措施的分析与总结301

5.8.1 加筋坝顶堆石体302

5.8.2 减缓坝坡、增设马道、加宽坝顶304

5.8.3 适当提高1/5坝高以上心墙及上游反滤料的填筑密度304

5.9 糯扎渡心墙堆石坝动力反应分析及抗震措施304

5.9.1 清华大学分析成果304

5.9.2 大连理工大学分析成果305

5.9.3 南京水利科学研究院分析成果307

5.9.4 糯扎渡心墙堆石坝设计抗震措施319

5.10 小结320

5.10.1 200m以上心墙堆石坝地震永久变形标准320

5.10.2 200m以上心墙堆石坝坝坡抗震稳定标准321

5.10.3 反滤料、坝基砂抗液化能力及心墙动强度验算322

5.10.4 地震输入322

5.10.5 200m以上心墙堆石坝抗震措施322

第6章 防渗及渗流控制设计研究324

6.1 大坝失事实例及经验教训324

6.2 高心墙堆石坝坝体防渗心墙327

6.2.1 心墙土料的防渗性能研究及渗透系数指标建议327

6.2.2 心墙土料的抗渗性能研究及抗渗性能指标建议329

6.2.3 心墙土料的填筑压实性能研究及填筑指标建议330

6.3 高心墙堆石坝坝基岸坡渗流控制的防渗帷幕及排水330

6.3.1 岩基防渗帷幕控制指标的影响因素及指标建议331

6.3.2 防渗帷幕钻孔布置参数确定的原则332

6.3.3 防渗帷幕设计参数332

6.3.4 帷幕质量检验334

6.3.5 排水幕设计334

6.4 高心墙堆石坝反滤层设计337

6.4.1 反滤层的设计准则337

6.4.2 与反滤有关的工程失事实例340

6.4.3 反滤设计建议340

6.5 高心墙堆石坝渗流安全评价343

6.5.1 心墙堆石坝安全评价内容343

6.5.2 安全评价方法344

6.5.3 安全评价合适时段345

6.6 高心墙堆石坝渗流分析345

6.6.1 渗流分析发展概况345

6.6.2 心墙堆石坝坝体坝基系统渗流控制分析计算理论及方法研究347

6.6.3 工程计算实例353

6.7 小结357

第7章 工程安全评价与预警信息管理系统研究360

7.1 系统总体目标及研发原则360

7.1.1 总体目标360

7.1.2 研发原则360

7.2 系统组成360

7.3 系统功能362

7.3.1 系统管理主界面362

7.3.2 安全指标模块362

7.3.3 监测数据和工程信息模块364

7.3.4 数值计算模块367

7.3.5 反演分析模块370

7.3.6 安全预警与应急预案模块374

7.3.7 数据库375

7.4 坝体应力变形反演分析初步成果379

7.4.1 反演分析的原理和方法379

7.4.2 反演程序简介386

7.4.3 坝料本构模型参数反演分析387

7.4.4 反演分析小结398

参考文献399