施工过程水流控制与围堰安全

本书系统阐述了水利水电工程施工水流过程控制及围堰结构安全的理论技术成果与工程实践，是作者所在单位多年研究成果的凝炼与实践经验的总结。本书针对梯级水电开发背景，介绍了工程导流、截流标准及其影响因素，分析了导截流系统安全风险；阐述了截流水动力学过程及能量耗散规律，研究了截流料抗冲稳定机理，提出了降低截流难度的技术措施及方案。针对工程所处河床深厚覆盖层特点，围绕水流控制的围堰安全，分析研究了堰体粗粒料力学特性与渗流特性的尺寸效应；阐述了围堰结构渗流控制及边坡稳定安全技术，提出了相应的安全监控方法以及新技术、新材料在围堰施工中的应用；研究提出了施工导流系统考虑决策者行为特征的方案优选、标准决策及基于效用理论的系统风险配置等的综合风险多目标决策理论与方法。

目录
序一
序二
前言
第1章 绪论 1 
1.1 工程背景 1 
1.2 研究现状及存在的问题 3 
1.2.1 施工导流风险分析与决策研究 3 
1.2.2 导流标准体系及存在的问题 6 
1.2.3 减轻截流难度关键技术研究及存在的问题 7 
1.2.4 深厚覆盖层上围堰安全研究现状及存在的问题 10 
第2章 水利水电工程导流标准 15 
2.1 导流阶段的合理划分 16 
2.1.1 高坝大库水利水电工程施工导流的特点 17 
2.1.2 导流阶段划分的概念及意义 20 
2.1.3 导流阶段的合理划分 27 
2.2 导流阶段划分及其工程应用 39 
2.2.1 不同坝型导流阶段的划分 39 
2.2.2 导流阶段与导流设计工况对应关系分析 68 
2.2.3 导流阶段划分的工程应用 77 
2.2.4 高拱坝中后期导流底孔的设置 81 
2.3 导流泄水建筑物洪水标准研究 88 
2.3.1 主要导流泄水建筑物特征及其应用 88 
2.3.2 导流泄水建筑物导流标准的合理选取 91 
2.4 坝体度汛标准研究 102 
2.4.1 坝体度汛方式 103 
2.4.2 影响度汛方案的因素 103 
2.4.3 坝体度汛方案 105 
2.4.4 坝体度汛标准的合理选取 125 
2.5 小结 140 
2.5.1 主要结论 140 
2.5.2 规范制（修）订建议 142 
第3章 梯级电站环境下施工导截流标准影响因素 143 
3.1 梯级电站的施工导截流标准问题 143 
3.1.1 国内梯级电站施工导截流工程实践 143 
3.1.2 国外梯级电站的施工导截流工程实践 144 
3.1.3 国内外梯级电站的施工导截流问题研究 144 
3.2 梯级电站施工洪水特性及其导截流标准应用 145 
3.2.1 梯级电站水库群类型及其特点 145 
3.2.2 梯级电站水库施工洪水分析 149 
3.2.3 梯级电站水库调蓄下的导截流标准实施现状 154 
3.3 梯级电站运行的水库调蓄作用 163 
3.3.1 上游电站水库调蓄作用下施工洪水流量的合理选取原则 163 
3.3.2 梯级电站水库运行减小施工设计洪水 166 
3.4 梯级电站运行对导截流的影响 177 
3.4.1 上游水库调蓄对导截流影响 177 
3.4.2 下游梯级水库回水对导截流的影响 188 
3.5 梯级电站围堰溃决对导流标准选取影响分析 197 
3.5.1 梯级电站围堰溃决影响分析 197 
3.5.2 梯级电站围堰溃堰需进一步研究的问题 201 
3.6 梯级电站水库调蓄对白鹤滩、乌东德电站导截流影响研究 202 
3.6.1 梯级电站水库调蓄对白鹤滩电站导截流影响研究 202 
3.6.2 上游水库调蓄对降低乌东德导流流量的作用分析 210 
3.7 小结 215 
3.7.1 结论 215 
3.7.2 建议 217 
第4章 截流水动力学过程与能量耗散规律 218 
4.1 立堵截流进占规律 218 
4.1.1 立堵截流戗堤进占扩展断面的形成 219 
4.1.2 口门水力参数变化规律 220 
4.1.3 舌形体形成与水力条件的关系 221 
4.2 立堵截流龙口合龙水力参数 224 
4.2.1 截流龙口水力参数的确定 225 
4.2.2 立堵截流合龙期龙口水力计算 227 
4.2.3 计算结果与实测验证 232 
4.2.4 单戗立堵合龙期诸参数的变化规律 233 
4.3 截流过程水能耗散机理及戗堤进占速度与抛投料流失关系 235 
4.3.1 水流与抛投料的相互作用 235 
4.3.2 截流龙口的水流能量 235 
4.3.3 戗堤进占速度分析 236 
4.3.4 抛投料流失分析 238 
4.4 截流难度及其衡量指标 242 
4.4.1 截流难度概念的探讨 242 
4.4.2 截流难度影响因素分析 244 
4.4.3 截流难度的衡量指标 247 
4.5 小结 249 
第5章 截流料抗冲稳定性研究 251 
5.1 截流块体稳定机理及其计算公式 251 
5.1.1 截流块体稳定计算基本关系式推导 251 
5.1.2 截流块体稳定经典计算公式探讨 253 
5.1.3 截流块体稳定实用计算基本关系式 254 
5.1.4 平堵截流中基本关系式的应用 254 
5.1.5 立堵截流中基本关系式的应用 259 
5.2 特殊截流料抗滑稳定性 264 
5.2.1 混凝土块体抗滑稳定试验 264 
5.2.2 六面体钢筋笼稳定性试验 270 
5.2.3 四面体钢筋笼稳定性试验 281 
5.2.4 圆柱线体材料稳定性试验 284 
5.3 宽级配群体抛投石渣混合料的稳定性 288 
5.3.1 立堵截流抛投稳定性 289 
5.3.2 平堵截流起动试验 300 
5.4 覆盖层河床截流冲刷问题 307 
5.4.1 河床覆盖层稳定影响因素分析 307 
5.4.2 覆盖层起动流速计算 309 
5.4.3 截流龙口覆盖层冲刷深度计算 313 
5.4.4 覆盖层河床截流模型的模拟技术问题 320 
5.5 降低截流难度的技术措施 326 
5.5.1 从抛投材料角度提高抗滑止动能力 326 
5.5.2 从抛投材料接触边界角度提高抗滑止动能力 328 
5.6 小结 329 
第6章 降低截流难度的截流施工方案与措施 330 
6.1 双戗截流落差分配有效控制技术 330 
6.1.1 双戗堤截流落差分配的影响因素 330 
6.1.2 落差分配控制的敏感性 333 
6.1.3 分析与讨论 347 
6.2 宽戗堤截流水力特性及减轻截流难度效果 348 
6.2.1 模型设计及测点布置 348 
6.2.2 预备试验 350 
6.2.3 宽戗堤截流水力特性 351 
6.2.4 宽戗堤效应分析 359 
6.2.5 分析与讨论 360 
6.3 减小截流指标的临机决策截流 361 
6.3.1 明渠提前截流的必要性 362 
6.3.2 截流标准的选择 362 
6.3.3 明渠截流方案分析 366 
6.3.4 明渠提前截流工程影响分析 366 
6.3.5 截流短、中期水情预报 367 
6.3.6 截流方案模型试验及截流难度措施 371 
6.3.7 明渠提前截流风险分析 376 
6.4 梯级水库调度措施 376 
第7章 粗粒料力学特性与渗透特性的尺寸效应 377 
7.1 缩尺效应 377 
7.1.1 压实及力学特性试验缩尺效应 377 
7.1.2 渗透试验尺寸效应 379 
7.2 压实和力学特性缩尺研究 380 
7.2.1 缩尺方法与试验级配 380 
7.2.2 压实特性缩尺研究 382 
7.2.3 力学特性缩尺研究 385 
7.3 渗透试验尺寸效应 388 
7.3.1 渗透试验尺寸效应规律 388 
7.3.2 渗透试验超径颗粒处理方法研究 392 
7.4 成果应用 398 
7.4.1 粗粒料力学特性试验成果应用 398 
7.4.2 渗透试验成果的应用 401 
7.5 小结 403 
第8章 深厚覆盖层上围堰渗流控制 405 
8.1 围堰渗流控制体系 406 
8.1.1 围堰和基坑安全对渗流控制的要求 406 
8.1.2 围堰和基坑渗流控制措施 407 
8.1.3 围堰渗流控制体系实例 410 
8.1.4 渗流控制体系失效的后果及其早期判别 412 
8.1.5 渗流控制体系失效的应急处置与后期处理 413 
8.2 围堰渗流控制安全论证 414 
8.2.1 围堰运行状态下稳定渗流分析 414 
8.2.2 基坑施工降水渗流分析 420 
8.3 防渗体、堰体与地基相互作用模拟技术 428 
8.3.1 防渗墙墙壁与周围介质接触面剪切特性试验 428 
8.3.2 防渗墙刺入土体变形的模型试验与数值模拟 434 
8.3.3 复合土工膜与围堰填料接触特性 441 
8.3.4 防渗体与堰体和地基相互作用数值模拟 444 
8.4 小结 459 
第9章 围堰结构与边坡稳定安全变形监控 461 
9.1 围堰结构安全监测布置原则 461 
9.1.1 围堰结构安全监测原则 461 
9.1.2 深厚覆盖层条件下土石围堰安全监测布置原则 463 
9.2 围堰监测埋设技术 464 
9.2.1 界面土压力盒埋设方法存在的不足 465 
9.2.2 顶推法埋设界面土压力盒的优化模型试验 465 
9.3 围堰结构安全综合评价 470 
9.3.1 围堰失效的主要形式及影响围堰安全的主要因素 470 
9.3.2 围堰结构安全综合评价方法研究 471 
9.3.3 深厚覆盖层条件下土石围堰安全综合评价方法 473 
9.4 围堰边坡稳定变形与应力协调性 475 
9.4.1 高土石围堰边坡稳定性分析 475 
9.4.2 深厚覆盖层高土石围堰应力及变形分析 481 
9.5 小结 489 
第10章 围堰施工中新技术新材料的应用 491 
10.1 深水围堰塑性混凝土墙体新材料 491 
10.2 土工膜与防渗墙联结形式新技术 504 
10.2.1 复合土工膜与堰体砂砾料间的直剪摩擦试验 504 
10.2.2 联结形式的离心模型试验 512 
10.2.3 试验分析 520 
10.3 小结 521 
第11章 梯级水电站建设条件下导截流系统风险分析 522 
11.1 施工导截流系统风险分析 522 
11.1.1 风险理论发展背景 522 
11.1.2 施工导流风险 523 
11.1.3 施工围堰风险分析 524 
11.1.4 结构风险分析 526 
11.2 施工截流风险分析 529 
11.2.1 基于实测流量的截流风险分析 529 
11.2.2 基于实测水文资料的截流风险分析 531 
11.2.3 基于短期施工洪水预报截流风险分析 533 
11.2.4 截流方案比选及其风险 536 
11.3 梯级电站建设条件下导流系统风险分析 542 
11.3.1 施工导流系统风险影响因素 542 
11.3.2 梯级电站建设条件下施工洪水不确定性 543 
11.3.3 梯级电站建设条件下施工导流风险计算 550 
11.3.4 上游水电站控泄条件下施工导流风险计算 555 
11.3.5 白鹤滩水电站施工导流风险计算 564 
11.4 高土石围堰结构风险分析 571 
11.4.1 围堰边坡失稳风险 571 
11.4.2 围堰渗透破坏风险 578 
11.4.3 土石围堰结构

本书系统阐述了水利水电工程施工水流过程控制及围堰结构安全的理论技术成果与工程实践，是作者所在单位多年研究成果的凝炼与实践经验的总结。本书针对梯级水电开发背景，介绍了工程导流、截流标准及其影响因素，分析了导截流系统安全风险；阐述了截流水动力学过程及能量耗散规律，研究了截流料抗冲稳定机理，提出了降低截流难度的技术措施及方案。针对工程所处河床深厚覆盖层特点，围绕水流控制的围堰安全，分析研究了堰体粗粒料力学特性与渗流特性的尺寸效应；阐述了围堰结构渗流控制及边坡稳定安全技术，提出了相应的安全监控方法以及新技术、新材料在围堰施工中的应用；研究提出了施工导流系统考虑决策者行为特征的方案优选、标准决策及基于效用理论的系统风险配置等的综合风险多目标决策理论与方法。