书名：特高心墙堆石坝工程技术
书号：9787519890261
定价：298元
作者：湛正刚等
出版时间：2024-09-18
出版社：中国电力出版社
页码： 556    字数(千字)：731
开本：16开    版次：1    印次：1

品牌介绍

中国电力出版社成立于 1951 年，作为中国成立最早的中央科技出版社之一，曾隶属于水利电力部、能源部、电力工业部、国家电力公司，现为国家电网公司所属的科技出版社，在电气技术专业出版领域享有极高的声誉。该社作为以图书出版为主体，音像、电子出版物、期刊、网络出版共同发展的大型出版企业，以强大的出版资源和高素质的专业队伍，致力于向读者提供包括电力工程、电气工程、建筑工程、电子技术、信息技术、外语、大中专教材、家教等学科门类齐全的权威出版物，也竭力为广大师生提供精品教材，是教育部和北京市教委规划教材的出版基地之一。

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电力勘测设计行业设计大师作品，高水平图书作品

作者介绍

湛正刚，正高级工程师，中国电建集团贵阳勘测设计研究院有限公司副总经理兼总工程师，是电力勘测设计行业设计大师、贵州省勘察设计大师和贵州省十层次人才，河海大学研究生基地博士生导师。在水利水电工程高堆石坝设计、特大型水工隧洞设计，峡谷地区泄洪消能，特高边坡治理等方面有着较高的造诣和理论水平，工程设计和研究的丰富经历和实践经验。,湛正刚，正高级工程师，中国电建集团贵阳勘测设计研究院有限公司水利水电工程院副院长

内容介绍

RM特高心墙堆石坝设计，充分借鉴了国内外300m级高心墙堆石坝设计建设经验，围绕特高心墙堆石坝的有关科学理论和关键技术问题，开展了全面、系统、深入的研究工作，取得了丰硕的研究成果，为工程建设奠定了扎实的技术基础。防渗土料方面，引入了1m直径的大口径钻探进行勘察取样，有效地提高了近50m厚砾石土勘察取样的效率和准确性，采用室内试验和现场试验等手段，揭示了工程宽级配砾石土料P5含量、细粒含量、黏粒含量与渗透性能和变形性能的规律，确立了防渗土料关键控制指标，提出了“分层分区立采、不同质量料区掺混、筛分调整土料级配、搅拌机搅拌土料均匀、运料皮带机加水、堆料机堆料闷制”等防渗土料的改性工艺，并在现场进行了土料加工、碾压等试验，改性后土料各项性能指标都达到了设计要求。接触土料方面，采用了3 种不同的剪切渗透试验方法，论证了RM大坝细粒、黏粒含量偏低的接触黏土料分区利用适应性和安全性问题，表明在大剪切变形条件下，黏粒含量15%～20%的接触黏土料，其渗透稳定性能满足特高坝要求。堆石料方面，通过大量力学特性和特殊性能试验，结合坝体变形协调研究，提出了复杂开挖料的分区利用控制指标，即岩石饱和抗压强度小值平均值35MPa～40MPa时，用于坝体堆石料Ⅱ区，岩石饱和抗压强度小值平均值40MPa以上时，用于坝体堆石料Ⅰ区，且坝体堆石料采用同一压实标准控制。 全书共8章。第1章介绍国内外高心墙坝发展概况、设计建设关键技术、典型高心墙坝的运行状况，从核心科学理论和关键工程技术等方面分析了RM坝面临的技术挑战。第2章介绍RM坝土料的勘察试验研究情况，土料的防渗特性和变形性能，改性技术及其现场试验验证成果。第3章介绍了堆石料的特性、特殊性能试验成果以及堆石料缩尺效应研究成果。第4章介绍RM坝设计技术方案，包括心墙结构、坝体建基面、坝体轮廓、坝体分区、筑坝材料、坝坡稳定等内容。第5章介绍了坝体变形预测的理论方法、坝体变形协调与控制技术、坝体岸坡剪切变形模拟试验、水力破坏评价与控制、坝体裂缝评价与防治等内容。第6章介绍了坝体渗流方面研究的最新成果。第7章介绍大坝抗震防震分析、试验、抗震措施以及极限抗震能力方面的研究成果。第8章对研究成果进行了总结，提出下一步深入研究的方向。本项技术研究成果获得2023年度“中国大坝工程学会科技进步奖特等奖”。本书由直接参与工程设计的中青年工程技术人员为主编著。
本书适用于特高心墙堆石坝管理、施工、设计、科研人员

前言

RM水电站位于西藏自治区芒康县境内的澜沧江上游河段，水库正常蓄水位2895.0m，库容38.00亿m3，是澜沧江上游水电开发的唯一“龙头”水库，是实现澜沧江上游清洁能源基地“水光互补”建设的控制性工程。水库大坝为砾石土心墙堆石坝，最大坝高315m，是世界上罕见的特高坝工程，在地质构造和地质背景十分复杂的西藏地区设计建设如此规模的高坝大库，面临着诸多重大技术挑战，通过对坝料特性、大坝防渗安全性、变形适应性、堆石料缩尺效应、湿化流变、抗震安全等关键技术问题研究，提出了RM特高心墙堆石坝（以下全书简称RM坝）设计方案和技术措施，为该坝的建设奠定了坚实的基础。 心墙堆石坝具有就地取材、安全经济以及适应性好等优点，在世界水利水电工程中广泛应用。心墙堆石坝在国际上最早建成了300m级高坝，并在特高坝工程中占有较高的比重。近年来，我国在交通条件差、外来运输量大、自然条件恶劣等西部地区广泛采用该坝型。虽然我国建成了糯扎渡（261.5m）、长河坝（240m）、两河口（295m）等多座特高坝，在建的有双江口（314m）特高坝，前苏联建成了300m的努列克坝，但心墙堆石坝仍是一种半经验半理论的坝型。经过国内学者和工程师们的不懈努力，在试验方法、本构模型、渗流控制、应力变形、水力破坏、防震抗震、施工工艺及质量控制等方面取得了丰富而卓有成效的研究成果，但其理论体系仍不能完全满足高心墙堆石坝发展的需求。从已建工程运行情况来看，“堆石料缩尺效应、坝体变形预测值与实测值相差较大、坝顶裂缝、高震区抗震防震安全等等”仍是高坝需要深入研究并亟待解决的问题。 RM电站处于高海拔高地震烈度的高山峡谷地区，工程具有“地质条件复杂、施工条件恶劣、生态环境脆弱”等显著特点，天然防渗土料存在显著质量缺陷，大坝设防烈度为Ⅸ度，大坝设计地震动峰值加速度0.44g，RM坝设计建设难度大。为此，在充分吸收国内外高心墙堆石坝的经验基础上，联合国内众多高等院校和科研院所，围绕特高心墙需要深入研究和亟待解决的工程技术问题，开展了大量的室内外试验和仿真分析等研究工作，RM特高心墙堆石坝作为依托工程，列入了国家“十二五”科技支撑计划、国家“十三五”重点研发计划、贵州省科技支撑计划、中国电建集团、中国华能集团、中国华能澜沧江股份有限公司等各层级的科技攻关项目，在砾石土料特性及其改性工艺、堆石料缩尺效应、特高堆石坝变形协调与控制、高震区高坝抗震安全与评价等方面，取得了丰富的研究成果。成果包括“提出并现场验证了藏区砾石土料的改性工艺，阐明了颗粒尺度对堆石料参数的影响机制及变化规律，建立了考虑湿化、流变和风化劣化影响的坝体变形控制指标，揭示了砾石土水力击穿破坏形式及机理，预测了强震作用下高土石坝动力响应特性及破坏模式”等等，可供同类工程设计借鉴和参考。 全书共8章。第1章介绍国内外高心墙坝发展概况、设计建设关键技术、典型高心墙坝的运行状况，从核心科学理论和关键工程技术等方面分析了RM坝面临的技术挑战。第2章介绍RM坝土料的勘察试验研究情况，土料的防渗特性和变形性能，改性技术及其现场试验验证成果。第3章介绍了堆石料的特性、特殊性能试验成果以及堆石料缩尺效应研究成果。第4章介绍RM坝设计技术方案，包括心墙结构、坝体建基面、坝体轮廓、坝体分区、筑坝材料、坝坡稳定等内容。第5章介绍了坝体变形预测的理论方法、坝体变形协调与控制技术、坝体岸坡剪切变形模拟试验、水力破坏评价与控制、坝体裂缝评价与防治等内容。第6章介绍了坝体渗流方面研究的最新成果。第7章介绍大坝抗震防震分析、试验、抗震措施以及极限抗震能力方面的研究成果。第8章对研究成果进行了总结，提出下一步深入研究的方向。本书由直接参与工程设计的中青年工程技术人员为主编著。 本书前言、第1章由湛正刚、慕洪友、周华执笔；第2章由湛正刚、程瑞林、杨家修执笔；第3章由湛正刚、韩朝军、张合作执笔；第4章程瑞林、慕洪友、杨家修执笔；第5章由湛正刚、韩朝军执笔；第6章由慕洪友、程瑞林执笔，第7章由韩朝军、湛正刚执笔，第8章由湛正刚、慕洪友、周华执笔；由张合作、郭勇、吴述彧、王蒙、林金城、李鹏飞、敖大华、张胜等分别校稿；全书由湛正刚统稿，由韩朝军统一编辑。 RM坝技术成果，凝聚了我国水电水利工程界众多专家学者的智慧，汇集了贵阳院各级领导以及全体参与过勘测设计技术人员的心血。马洪琪院士、张宗亮院士、李文纲大师、杨泽艳大师、艾永平总工、余挺总工等专家组成的RM水电站特咨团专家组，全过程开展了工程大坝技术研究咨询，提出了许多建设性的指导意见，RM水电站特咨团专家组组长马洪琪院士亲自为本书作序。清华大学、武汉大学、大连理工大学、河海大学、天津大学等高校，以及中国水利水电科学研究院、南京水利科学研究院、中国科学院力学研究所等科研单位在研究工作中给予了通力协作。水电水利规划设计总院、华能澜沧江水电股份有限公司、华能澜沧江上游水电有限公司、中国电建集团昆明勘测设计研究院有限公司、中国水利水电第十二工程局有限公司等单位在研究工作中给予了大力支持。本书在撰写过程中引用了部分参研单位的研究成果，参阅了与RM坝研究有关的科技文献和资料，虽已列出，难免遗漏，谨此一并表示衷心的感谢！ 本项技术研究成果获得2023年度“中国大坝工程学会科技进步奖特等奖”。随着RM水电站工程建设的深入推进和工程技术的不断发展，下一步尚需在大坝一体化性态预测方法及高性能智能动态反馈、库水位变动条件下大坝长期运行安全、开挖料利用深化研究、大坝防渗土料施工措施、特高土石坝安全监测、坝料填筑质量控制与快速检测等方面的关键技术进行深入研究，以保障RM坝安全运行，欢迎业内专家学者提出宝贵的意见和建议。 由于时间仓促、水平有限，书中存在错误在所难免，恳请读者对本书的缺点和错误批评指正。 作者 2024年3月1日

目录

第一章 高心墙堆石坝技术进展及挑战 1
11 高心墙堆石坝建设运行概况 1
111 国外高心墙堆石坝建设状况 1
112 国内高心墙堆石坝建设状况 2
113 高心墙堆石坝运行状况 3
12 高心墙堆石坝主要技术进展 6
121 坝体分区 6
122 筑坝材料 11
123 渗透稳定 16
124 变形稳定 1718
125 坝坡稳定 2122
126 抗震防震 2324
127 安全监测 2527
128 坝料试验 2628
129 土料改性 2830
13 RM坝技术发展与创新 2930
131 RM坝关键技术 2930
132 主要技术创新 3133
14 本章小结 3234
第二章 土料特性及改性技术 3336
21 土料勘察要求及试验内容 3336
211 勘察要求 3336
212 试验内容 3438
22 土料场勘察 3538
221 土料场选择原则 3538
222 基本地质条件 3639
223 防渗土料勘察 3943
224 接触土料勘察 4347
23 防渗土料试验 4549
231 颗粒级配 4549
232 天然含水率与塑性指数 4752
233 分散性及化学分析 4853
234 膨胀、湿化、收缩特性 5155
235 击实特性 5257
236 渗透特性 5358
237 强度特性 6065
238 固结剪切试验 6569
239 静力三轴试验 6670
2310 真三轴试验 6873
2311 等向固结试验 7075
2312 等应力比试验 7277
2313 复杂应力路径 7681
2314 流变、浸水变形试验 7984
2315 水力劈裂（击穿）试验 8288
2316 动力试验 8590
24 接触土料试验 8792
241 颗粒级配 8792
242 天然含水率与液塑性指数 8793
243 分散性 8893
244 矿物、化学试验 8893
245 击实、渗透、固结及三轴试验 8994
246 大剪切变形条件下接触黏土料与岸坡接触面渗流特性 9095
25 防渗土料及接触黏土料设计控制指标 9398
251 防渗土料 9398
252 接触土料 98104
26 改性技术及现场试验 101107
261 防渗土料加工工艺发展概述 101107
262 级配改善措施 105113
263 含水率改善措施 109117
264 现场试验 112120
27 本章小结 123132
第三章 堆石料特性及缩尺效应 125134
31 概述 125134
32 堆石料源及利用原则 126135
321 料源概况 126135
322 物理力学性能试验 126135
323 工程开挖料利用原则 128137
33 坝壳料级配与优化 129138
331 设计级配拟定 129138
332 室内试验级配 131140
333 极值干密度与小于5mm颗粒含量的关系 134144
334 基于分形维数法的堆石料级配研究 135145
335 室内试验制样标准 140150
34 静力特性试验 141151
341 干密度试验 141151
342 大型侧限压缩试验 142152
343 大型三轴试验 143154
35 渗透特性试验 149160
351 渗透变形试验 149160
352 反滤试验 150161
36 堆石料特殊性能试验 151162
361 湿化试验 151162
362 流变试验 157168
363 风化劣化试验 163174
364 循环加卸载试验 165176
365 复杂应力路径试验 166177
366 接触面特性试验 170181
367 动力特性试验 171183
37 堆石料缩尺效应研究 181192
371 室内超大三轴试验 181192
372 数值试验 184196
373 已建工程反演分析 192204
374 原级配堆石料力学参数推求方法 198210
38 本章小结 202214
第四章 RM坝设计技术方案 205218
41 概述 205218
42 心墙型式及轮廓比较研究 206219
421 心墙型式比选 206219
422 心墙轮廓比选 216232
43 心墙建基面选择 220236
431 河床建基面 220236
432 岸坡建基面 223239
44 坝体轮廓比较研究 226243
441 坝坡和坝顶宽度对坝坡稳定影响分析 226243
442 坝体轮廓设计参数拟定 229246
45 堆石料分区研究 230247
451 坝料分区原则 230247
452 坝料分区方案拟定 235249
453 方案比较 237251
444 反滤层及过渡层设计 240254
455 上、下游护坡 241255
46 筑坝材料设计 241256
461 防渗土料 241256
462 接触土料 242257
463 反滤料 243257
464 过渡料 245260
465 堆石料 246261
466 上、下游压重填筑料 247262
467 坝料填筑标准及设计指标 247263
47 坝坡稳定分析 248264
471 分析方法 248264
472 刚体极限平衡法 249264
473 有限元强度折减法 251267
474 可靠度法 253269
48 坝基处理 254270
481 坝基地质条件 254270
482 坝基开挖 256272
483 坝基处理 257273
484 防渗处理 257273
49 本章小结 263279
第五章 坝体变形预测与控制技术 265281
51 概述 265281
52 坝体变形预测理论方法 266282
521 本构模型 266282
522 渗流固结有限元法 287304
523 湿化计算方法 301319
524 流变计算方法 303322
525 堆壳风化劣化计算方法 313332
53 心墙变形控制 317337
531 工程经验 317337
532 P5含量的影响 318338
533 级配离散性的影响 319339
534 心墙固结的影响 320341
54 心墙与坝壳变形协调控制 321341
55 心墙与岸坡剪切变形控制 326346
551 工程经验 326347
552 心墙建基面型式的影响 330351
553 接触黏土区剪切变形规律 333354
554 心墙与岸坡界面应力传递规律 337358
555 心墙与岸坡接触剪切离心机模型试验 339360
56 水库蓄泄水控制 343365
561 初次蓄水 344365
562 常规放空 347369
563 应急放空 348371
564 水库蓄泄水速率控制指标 349372
57 大坝变形演化规律及控制指标 351374
571 坝体应力变形一般规律 351374
572 坝体总变形量 354377
573 后期变形 355379
574 大坝变形控制指标 357380
58 大坝静力离心机模型试验 357380
581 试验方案 357380
582 试验结果与分析 360383
59 心墙水力破坏评价方法及防治措施 368391
591 心墙水力劈裂判别方法 369392
592 砾石土心墙水力击穿模拟方法 371395
593 有限元无单元耦合模拟方法 375399
594 基于内聚力模型的水力劈裂模拟方法 378402
595 心墙水力破坏防治措施 379403
510 坝体裂缝预测方法及防治措施 381405
5101 心墙坝裂缝工程实例 382406
5102 变形倾度有限元法 384409
5103 坝体张拉裂缝有限元无单元耦合法 387412
5104 坝顶开裂扩展连续离散耦合法 391416
5105 坝体裂缝防治措施 395420
511 本章小结 396422
第六章 坝体渗流稳定分析 401427
61 概述 401427
62 坝体及坝基防渗体系构建 401427
63 反滤层设计控制方法及反滤试验研究 406432
631反滤层设计控制方法 406432
632 反滤试验研究 410436
64 心墙裂缝愈合研究 411437
641 心墙裂缝愈合试验研究 411437
642 裂缝形状和大小对愈合效果的影响 413439
65 大剪切变形条件心墙与岸坡接触面抗渗性能研究 420447
651 研究背景 420447
652 直剪渗透试验研究 422449
653 三轴剪切渗流试验研究 424452
654 旋转连续剪切渗流试验研究 427455
66 坝体及坝基渗流分析 432460
661 主要分析内容 432460
662 渗流控制基本标准 432460
663 天然渗流场反演计算及模型率定 433461
664 二维稳定渗流分析 435464
665 三维稳定渗流分析 437466
666 坝体非稳定渗流分析 440470
667 坝体及坝基渗透系数敏感性分析 446476
668 防渗系统随机缺陷条件下三维稳定渗流场计算 448479
67 本章小结 453484
第七章 抗震防震关键技术 455487
71 概述 455487
72 动力本构模型 456488
721 等价黏弹性动力分析方法 456488
722 真非线性动力本构模型 458490
723 静动力统一弹塑性本构模型 462494
73 地震动输入 474506
731 复杂坝基岩体地震波传播特性 475507
732 非一致性地震波动输入法 479511
733 大坝频谱特性及滤波效应 481513
74 大坝动力响应及抗震稳定性数值模拟 483516
741 地震动参数 483516
742 计算条件 491523
743 大坝加速度反应 492524
744 地震永久变形 495528
745 坝坡抗震稳定性 496529
746 心墙动强度及反滤层液化分析 498531
747 接触黏土静动应力变形 503536
748 大坝抗震计算成果 505537
749 与同类工程的比较 510542
75 大坝整体离心机振动台模型试验 511544
751 心墙堆石坝震害经验 511544
752 BK组试验成果 512545
753 NK组试验成果 517549
76 心墙与岸坡接触剪切离心机振动台模型试验 523556
77 大坝抗震措施及加固效果研究 527559
771 工程抗震措施经验 527559
772 RM大坝设计抗震措施 532565
773 坝顶抗震加固效果研究 536570
78 大坝抗震评价方法及极限抗震能力 552587
79 本章小结 554589
第八章 结论与展望 558594
81 结论 558594
811 防渗土料 558594
812 接触土料 558595
813 坝壳堆石料 559595
814 坝体分区 559596
815 变形预测与变形试验 560596
816 变形协调与控制 561598
817 水力破坏评价及防护 563600
818 坝体开裂评价与防治 563600
819 渗流与渗透稳定 563600
8110 抗震防震 564601
82 展望 566604
参考文献 569607