黏土心墙坝加固中混凝土防渗墙应力变形研究

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1、第３８卷第５期人民黄河Ｖｏｌ．３８，Ｎｏ．５２０１６年５月ＹＥＬＬＯＷＲＩＶＥＲＭａｙ，２０１６【工程建设管理】黏土心墙坝加固中混凝土防渗墙应力变形研究１１２路阳，杨振琨，方朝阳（１．黄河勘测规划设计有限公司，河南郑州４５０００３；２．武汉大学水资源与水电工程科学国家重点实验室，湖北武汉４３００７２）摘要：结合某病险黏土心墙土石坝加固所采用的混凝土防渗墙方案，分别按普通刚性墙和三种不同弹性模量塑性墙进行了典型剖面数值模拟，分析了土石坝加固中混凝土防渗墙以及坝体应力变形规律，比较了塑性墙和刚性墙的性能差

2、别，以及塑性混凝土材料对防渗墙应力变形的影响。结果表明：塑性墙的应力分布均匀且压应力、拉应力、剪应力均远小于刚性墙的，塑性墙与坝体的变形协调性良好，而刚性墙与坝体变形相差较大、增加了墙体应力，塑性混凝土防渗墙在应力变形方面明显优于刚性混凝土防渗墙。关键词：塑性混凝土；防渗墙；土石坝加固；应力变形＋中图分类号：ＴＶ５４３．８２文献标志码：Ａｄｏｉ：１０．３９６９／ｊ．ｉｓｓｎ．１０００⁃１３７９．２０１６．０５．０２８混凝土防渗墙是土石坝加固的一种行之有效、应坝体中建混凝土防渗墙。防渗墙沿坝轴线布置，墙

3、厚用广泛的方式。按照抗压强度和弹性模量，可以把混０．６ｍ，深入基岩１ｍ。除险加固后典型断面如图２凝土防渗墙分为普通混凝土防渗墙（刚性墙）和塑性所示。混凝土防渗墙（塑性墙）。所谓塑性混凝土防渗墙，就是用黏土和膨润土取代普通混凝土中大部分水泥，而砂石等用量基本不变的一种柔性墙体，它的特点是抗压强度较低（一般为１～２ＭＰａ），弹性模量比较低（一［１－３］图２大坝加固后典型断面（单位：ｍ）般为２００～１０００ＭＰａ）。防渗墙与坝体的协调变在数值模拟过程中，分别选用普通刚性墙和塑性形和墙体的应力变形是影响工程结

4、构安全和经济合理墙进行分析、比选，模型按材料分为坝壳、心墙、覆盖性的重要因素。为了探讨土石坝加固中混凝土防渗墙层、基岩和防渗墙几部分。土的本构关系十分复杂，具应力变形的规律，比较塑性墙和刚性墙的性能差别，以有非线性、剪胀性、弹塑性、各向异性、流变性等。及塑性混凝土材料对防渗墙应力变形的影响，笔者选Ｄｕｎｃａｎ－Ｃｈａｎｇ双曲线模型可以反映土变形的非线性，择某病险土石坝加固所采用的混凝土防渗墙，进行了在一定程度上反映土变形的弹塑性，同时由于它建立有限元计算分析。在广义胡克定律（弹性理论）的基础上，很容易

5、为工程１计算模型界所接受，加之所用参数少且物理意义明确（只需要常规三轴压缩试验即可确定这些参数及材料常数），某病险碾压黏土心墙土石坝（见图１），最大坝高适应的土类比较广，因此该模型被岩土工程界广泛应３４ｍ，坝顶高程８９ｍ，坝顶宽５ｍ。坝壳料成分为砂壤用。塑性混凝土防渗墙数值模拟中，Ｄｕｎｃａｎ－Ｃｈａｎｇ双土，含角砾壤土、碎石；心墙料主要为黏土，含少量碎［４－５］曲线模型也得到了广泛的应用。本次有限元计算石；坝基上部覆盖层为强风化片麻岩，下部基岩为弱风中，对坝壳、心墙、覆盖层、基岩和塑性墙采用Ｄｕｎｃ

6、ａｎ－化片麻岩。经防洪复核，正常蓄水位为８５．５０ｍ，设计ＣｈａｎｇＥ－Ｂ模型进行模拟，对于普通刚性墙选用线弹洪水位８６．５９ｍ，校核洪水位８７．２４ｍ。大坝施工质量性模型进行模拟。为确定Ｅ－Ｂ模型中土的切线模量差，效益一直得不到充分发挥，而且工程老化失修严Ｅ，需要先确定黏聚力ｃ、内摩擦角φ、无因次指数ｎ、标ｔ重，存在坝体心墙欠高、渗漏严重等问题。准大气压对应初始切线模量Ｅ的模量参数Ｋ、破坏比ｉＲ；为确定切线体积模量Ｂ，需要先确定体积模量系数ｆｔ［４－５］Ｋ、体积模量指数ｍ、卸荷弹性模量参数Ｋ。刚ｂｕ

7、ｒ收稿日期：２０１４１２１１作者简介：路阳（１９８６—），男，河南南阳人，工程师，主要从图１大坝加固前典型断面（单位：ｍ）事水工结构设计研究工作。Ｅ⁃ｍａｉｌ：ｎａｐｏｌｅｏｎｌｕ＠１２６．ｃｏｍ该坝的除险加固方案为对坝基进行帷幕灌浆，在·１１７·人民黄河２０１６年第５期性墙采用Ｃ２０普通混凝土，弹性模量Ｅ＝２５５００ＭＰａ，土材料。根据工程地质资料，模型材料参数取值见泊松比μ＝０．１６７。根据水泥、黏土、膨润土等配合比表１。不同，塑性墙采用三种不同物理力学性能的塑性混凝表１模型材料参数取值材料密度ρ

8、／（ｇ·ｃｍ－３）ｃ／ｋＰａφ／（°）ＫｎＲｆＫｂｍＫｕｒ坝壳１．９５８２１３０００．４５０．７０３０００．２０６５０心墙２．０２２３１２２４００．４７０．８７１８００．３１５００覆盖层２．１０６０３６８０００．４９０．７２４９００．４６１５８０基岩２．４０３５０４５１８００００００００．２０１８００００塑性混凝土Ｎｏ．１２．２３３００３２４００００．２２０．８５２０００－０．５０４８００塑性混凝土Ｎｏ．２２．２３３００３２６００００．２２０．８５３００