年月水利学报第卷第期收稿日期作者简介温续余甘肃定西人主要从事水利水电工程的设计咨询工作文章编号深覆盖层上面板堆石坝的防渗结构形式及其应力变形特性温续余徐泽平邵宇吕生玺中国科学院寒区旱区环境与工程研究所甘肃兰州中国水利水电科学研究院岩土工程研究所北京甘肃省水利水电勘测设计研究院甘肃兰州摘要对于深覆盖层上的面板堆石坝采用将趾板直接置于覆盖层地基上的垂直防渗方式是一种较为合适的设计方案本文通过数值计算分析了这种结构形式的新疆察汗乌苏和甘肃九甸峡面板堆石坝的应力变形特性通过对坝基防渗墙与趾板不同连接方式的对比分析可以看出采用柔性连接形式较好但在工程实际应用中应注意对防渗墙与连接板之间沉降差异的处理另外连接板的长度也需进行合理的优化设计关键词深覆盖层面板堆石坝防渗墙相互作用中图分类号文献标识码研究背景在建设土石坝的工程中坝基为深厚冲积覆盖层的情况非常普遍在这种情况下深覆盖层地基的处理往往是大坝工程设计和安全运行的关键所在座落在砂砾石覆盖层上的面板堆石坝的地基处理一般采用三种方式将覆盖层全部挖除趾板开挖后置于基岩上而坝体建于砂砾石层上将趾板置于砂砾石层上并采用混凝土防渗墙处理地基即垂直防渗方案对于第一种处理方式只有当地基覆盖层很浅或覆盖层中有特殊的地层情况时才采用第二种处理方式是目前中国面板堆石坝建设中最常用的地基覆盖层处理方式但采用这种处理方式在坝基覆盖层很深的情况下会造成工程量大和工期延长的弊端同时如果开挖过深的话还会引起反渗水压对垫层的破坏对于深厚覆盖层上的面板堆石坝在条件适合时采用垂直防渗的方案将是一种较为有效的处理方式所谓垂直防渗方案是指利用混凝土防渗墙处理地基渗流将趾板直接置于覆盖层地基上并用趾板或连接板将防渗墙与面板连接起来接缝处设置止水从而形成完整的防渗系统趾板与防渗墙之间的连接方式一般有两种一种为柔性连接即趾板或连接板与防渗墙顶采用平接的形式其接缝按周边缝处理板间设置伸缩缝如图所示另一种为刚性连接即趾板通过混凝土垫梁固定在防渗墙顶部这样的连接一般采用双防渗墙的形式如图所示对于采用混凝土防渗墙方案的深覆盖层上面板堆石坝防渗墙与上部坝体防渗体面板的连接将是整个防渗体系的关键部位同时它也是大坝地基整个防渗系统的最薄弱环节针对不同的坝址地形地质条件如何选择合理的防渗结构形式如何保证防渗结构的各个部分在自重和外荷作用下能够满足变形协调应力适当的要求这是深覆盖层上面板堆石坝设计中的重要问题本文围绕上述问题结合新疆察汗乌苏和甘肃九甸峡面板堆石坝工程通过对坝体和坝基整体结构在不同工况下的数值分析深入研究覆盖层上面板堆石坝的应力变形特性深覆盖层对上部坝体变形的影响以及坝体面板趾板连接板防渗墙覆盖层之间的静力相互作用关系图防渗墙与趾板的柔性连接图防渗墙与趾板的刚性连接研究方法对于深覆盖层上面板堆石坝复杂结构的应力变形特性分析数值计算研究是目前最主要的分析方法其中堆石体的本构模型以及接触面和接缝系统的模拟是分析中的关键所在计算模型在数值计算分析中坝体和地基砂砾石等土石材料均采用邓肯张非线性弹性模型基岩混凝土面板混凝土防渗墙和连接板等材料采用线弹性模型邓肯模型的模量计算公式如下切线弹性模量切线体积模量式中和为最大和最小主应力为大气压力和为强度指标为破坏比为弹性模量数为弹性模量指数为体积模量数为体积模量指数面板与垫层趾板与地基连接板与地基防渗墙与地基之间的接触面计算分析中采用薄层接触面单元模拟对于薄层接触面单元接触面上的变形可以分为基本变形和破坏变形两部分在正常受力情况下单元产生基本变形其材料的本构关系与垫层料一致薄层单元在计算过程中按普通实体单元参与计算当剪应力达到抗剪强度产生了沿接触面的滑动破坏或接触面受拉产生了拉裂破坏时单元产生破坏变形破坏变形采用刚塑性假定计算程序三维计算所采用的分析程序为中国水利水电科学研究院岩土工程研究所开发的程序程序采用邓肯张非线性弹性应力应变模型有限元网格采用六面体八节点等参单元计算参数计算分析中所采用的材料参数取自室内大型三轴试验的成果其中表为新疆察汗乌苏...
