土石坝心墙水力劈裂影响因素分析 -凯发官网入口

第 !" 卷第 # 期&’()!" *’)#! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! !水 利 水 电 科 技 进 展!$$" 年 %$ 月?0;) !$$" ,-./012 3/ 4031/01 ./, 5106/’(’7!8 ’9 :.;1< =12’><012基金项目 ： 国家自 然科学基金 （#$#"@$%a）作者简介： 王俊杰 （%@"b —），男，甘肃陇西人，副教授，博士，从事地质工程和岩土工程研究。 cde.3(： f./7g>/g3166>h%ib) 0’e土石坝心墙水力劈裂影响因素分析王俊杰%，!，朱俊高b（% ) 重庆交通大学河海学院，重庆a$$$"a； !) 重庆交通大学水工建筑物健康诊断技术与设备工程研究中心，重庆a$$$"a；b) 河海大学岩土工程科学研究所，江苏 南京!%$$@j）摘要： 基于水力劈裂的断裂力学判定准则和有限元判定模拟方法， 以假想的直心墙土石 坝为例， 在考虑心墙内 存在裂缝的条件下， 计算分析了 库水位、裂缝长度、裂缝位置和心墙材料特性 （ 包括弹性模量、泊松比和密度）等因 素对土石 坝心墙水力劈裂的影响。 计算中 假定心墙料、 坝壳料和裂缝材料的本构关系 均具有线弹性特性。 结果表明， 发生水力劈裂的可能性随库水位的抬高、裂缝长度的增大而增大； 随裂缝位置的不同 而异。 提高心墙材料的弹性模量、 泊松比和密度， 均有利于提高心墙的抗水力劈裂能力。关键词： 水力劈裂； 库水位； 裂缝； 弹性模量； 泊松比； 材料密度中图分类号： 5&ia% )!k#文献标识码： 文章编号：%$$i!"ia" （!$$"）$#!$$a!!$#!"#$%&"’& #(’)* , *" -./ (%$0’ # (’)% 0"1 0" ’&") ($ ’* & *# &( )-2 *’3 /(455: *l m>/dg31%，!， nop m>/d7.’b（% ! "#$$%&% #’()*% ,-. /0%,- 1-&)-%% )-&， "2#-&3)-& 4),#5#-& 6-)*% 7)58， "2#-&3)-& a$$$"a， "2)-,； !! 1-&)-%% )-& (%7%, 02 "%-5% #’9),&-#7)7 :-#$#&8 ,-. ;-75 <=%-57 #’ >8. #?"#-75 <05)#-， "2#-&3)-& 4),#5#-& 6-)*% 7)58， "2#-&3)-& a$$$"a， "2)-,；b! @%#5-)0,$ (%7%, 02 ;-75)5<5% #’>#2,) 6-)*% 7)58， a,-b)-& !%$$@j， "2)-,）67,) (’)： 2>qq’21, -1<;30.( 01/;<.( 0’<1 1.<;6d<’0r ,.e f3;6 6’<3s’/;.( 0<.0r2 ’00><<3/7 3/23,1 f.2 ;.r1/ ./ 1t.eq(1) 561g>,7e1/; 0<3;1<3’/ ’9 9<.0;><1 e106./302 ./, ucv w.21, ’/ 68,<.>(30 9<.0;><3/7 f1<1 1eq(’81, 9’< 0.(0>(.;3’/ ./, ./.(8232 ’9 ;613/9(>1/012 ’9 ;61 <121<-’3< f.;1< (1-1(， ;61 (1/7;6 ./, q’23;3’/ ’9 0<.0r2， ./, ;61 06.<.0;1<32;302 ’9 0’<1 e.;1<3.(2， 2>06 .2 x’>/7’2 e’,>(>2， y’322’/’ 2 <.;3’ ./, ;61 ,1/23;8， ’/ 68,<.>(30 9<.0;><3/7 ’9 ;61 01/;<.( 0’<1) z/ ;61 0.(0>(.;3’/， ;61 (3/1.< 1(.2;30 e’,1(f.2 >21, 9’< 23e>(.;3’/ ’9 ;61 2;<122d2;<.3/ <1(.;3’/263q2 ’9 0’<1 e.;1<3.(， ,.e 261(( e.;1<3.(， ./, ;61 e.;1<3.( f3;6 0<.0r2’00><<3/7) 561 <12>(; 26’f2 ;6.; ;61 q’223w3(3;8 ’9 68,<.>(30 9<.0;><3/7 3/0<1.212 f3;6 ;61 <321 ’9 <121<-’3< f.;1< (1-1( ./, ;61,1-1(’qe1/; ’9 0<.0r (1/7;6， ./, ;6.; ;61 q’23;3’/ ’9 0<.0r2 32 .(2’ ./ 3eq’<;./; 3/9(>1/01 9.0;’<) v’<1’-1<， ;61 .w3(3;8 ’9 ;6101/;<.( 0’<1 .7.3/2; 68,<.>(30 9<.0;><3/7 0’>(, w1 3eq<’-1, w8 1/6./01e1/; ’9 x’>/7’ 2 e’,>(>2， y’322’/’ 2 <.;3’ ./, ;61 ,1/23;8 ’90’<1 e.;1<3.()8&. 9* /,： 68,<.>(30 9<.0;><3/7； <121<-’3< f.;1< (1-1(； 0<.0r； x’>/7’ 2 e’,>(>2；y’322’/’ 2 <.;3’； e.;1<3.( ,1/23;8土石坝具有适用条件广、可就地取材、经济效益好、施工速度快、 抗震性能强等许多优点［%］， 因而在大坝选型中常被首先考虑。 随着我国经济的发展和西部大开发战略的实施， 许多大中型水库正在或将要建设，其中有相当部分为土石坝， 且多为高土石坝。 目前已有多座 !$$e 级以上高土石坝正在建设或设计、论证中，其中有些甚至是 b$$ e 级高坝。 尽管如此，土石坝设计建设中仍有许多关键的岩土工程技术问题亟待解决［!］， 其中土质心墙的水力劈裂问题就属其一。 由于心墙水力劈裂问题的重要性和复杂性，工程和学术界已对此开展过大量的研究工作［b!"］。 时至今日，土石坝心墙的水力劈裂问题已成为土石坝工程中人们最为关注， 同时也是最有争议的问题［!］。由于水力劈裂所致后果的严重性， 任何可能影响水力劈裂发生的因素都被工程界和学术界所关注。 前人［j!%$］已从心墙应力拱效应的角度， 用有限元方法分析了影响水力劈裂的诸因素， 如心墙及坝壳土石料的材料特性和坝体结构等。 从发生条件分析，水力劈裂的发生需要心墙上游面存在能够允许库水快速进入心墙内部的裂缝［%%］， 水力劈裂的离心模型试验［%!］也验证了裂缝是水力劈裂发生的必需条件之一。 但在前人对土石坝心墙水力劈裂问题的研究中，绝大多数并没有考虑发生水力劈裂所需的・!a・水利水电科技进展， !$$"， !" （ #）:%$： $!#!jb"jibb#1?=,)$： bch 22< ! %.< ! 0-255d： eeffg ! 22< ! %.< ! 0-