特高土心墙堆石坝变形协调与施工质量控制理论与方法研究

Extra-high clay core rockfill dams, represented by Lianghekou project, are faced with the key technical issues of the dam deformation compatibility and construction quality control under the actions of high water head and high stress and the conditions of an alpine climate and the diversity of available earth/rockfill materials. Based on Lianghekou project, the proposed project will study dam materials, functional substructure and dam body through laboratory and field tests, theoretical analyses and micro-macro numerical simulations. The study includes: 1) the engineering properties and constitutive relations of earth/rockfill materials; 2) the permeability characteristics of the gravel-contained clays under coupled hydro-mechanical conditions; 3) the compaction quality control and compaction mechanism of earth/rockfills; 4) the deformation compatibility and seepage stability of extra-high clay core rockfill dams considering the uncertainty of the compaction quality. The proposed project will solve the key technical problems of Lianghekou core-rockfill dam in the construction and operation, and improve the technology and safety of extra-high clay core rockfill dams in China.

以两河口工程为代表的特高土心墙堆石坝在高水头、高应力、高寒、料源复杂等因素影响下，存在坝体变形协调与施工质量控制等关键技术问题。本项目依托在建的两河口工程，从筑坝材料、功能子结构及大坝三个层面，通过室内与现场试验、理论分析和宏细观数值模拟，研究筑坝料的工程特性及本构关系，提出复杂料源的坝料参数确定方法，揭示高应力与环境因素共同作用下坝料的强度变形和湿化流变规律；研究流固耦合作用下掺砾黏土心墙料的渗透特性，提出渗透失效判别准则；研究土石料施工质量控制技术及压实机理，提出考虑料源空间分布不均匀性的土石料动态调配方法和智能压实控制理论；研究考虑压实质量空间随机性的特高土心墙堆石坝施工及运行过程仿真计算方法，提出基于变形协调和渗透稳定的坝料分区及填筑质量控制标准。通过本项目的研究，解决两河口心墙堆石坝建设与运行期的关键技术难题，提高我国特高心墙堆石坝筑坝技术和安全保障水平。

以两河口水电站工程为代表的特高黏土心墙堆石坝在高水头、高应力、高寒、料源复杂等因素影响下，存在坝体变形协调与施工质量控制等关键技术问题。本项目开展了堆石料和掺砾黏土料的工程特性和本构建模、土石料的动态调配和智能压实方法、特高土石坝变形协调的精细化数值模拟等方面的攻关，解决两河口心墙堆石坝建设与运行期坝体的施工质量控制和变形协调等关键技术难题，以期为我国特高土心墙堆石坝建设和长期安全保障提供理论依据与技术支撑。基于两河口工程施工和运行环境的典型特征，本项目研究揭示了温湿度影响与高应力作用下筑坝土石料劣化特性和物理机制，构建了适用于特高土石坝的筑坝料系列本构模型，提出了考虑料源不均匀性的特高土心墙堆石坝填筑压实质量检测与评估方法，阐明了特高土心墙坝填筑压实机理，形成了相应的填筑压实质量控制技术，开展了两河口土石心墙坝变形精细化数值模拟。基于本项目培养了中青年学术骨干6名，硕博士研究生19名，发表39篇SCI论文、27篇EI论文，授权专利16项，出版专著1部。本项目所提到的试验技术、理论模型和分析方法被成功运用于我国多座高土石坝工程中，为我国高土石坝建设的变形预测和施工质量控制提供了重要科学依据，为丰富水工结构学科的内涵发挥了积极作用。