坝基深层软岩对土石坝防渗系统-影响

1、坝基深层软岩对土石坝防渗系统-影响            摘要：本文采用邓肯模型对西霞院土石坝的变形进行三维非线性有限元分析计算，分析坝基深层存在软岩对土石坝防渗系统的影响。 关键词：土石坝 软岩 三维非线性有限元 变形影响  土石坝对地质条件要求相对较低，在深覆盖层上直接修筑土石坝可以减少覆盖层开挖，节省工程投资。目前对建造在深厚覆盖层上的土石坝模拟计算中，坝基影响范围只取至覆盖层底部，覆盖层以下的基岩作为刚性体考虑，但实际工程情况并

2、不完全相同。当覆盖层以下是变形模量很小的软岩时，坝体以及防渗结构可能产生更大的沉降和变形, 这将影响防渗系统的可靠性。由于国内很少有这方面的工程实例介绍，故本文采用西霞院河床段土石坝作为计算模型，应用邓肯模型对坝体、坝基进行三维有限元计算，分析坝基深层存在软岩对土石坝坝体变形的影响以及对防渗系统的影响。1  工程概况西霞院工程建于小浪底大坝下游16公里处的黄河干流上，坝址位于吉利区和孟津县白鹤镇之间，属于低山丘陵区。工程的开发任务是以反调节为主，结合发电，兼顾灌溉、供水综合利用。工程布置采用土石坝，坝长约2600m，坝体采用砂卵石坝壳复合土工膜防渗斜墙，坝基防渗采用砼防渗墙。

3、0;坝址地形呈宽阔"U"型河谷，宽约3km。河床两侧分布高漫滩及级阶地。坝址处两岸河漫滩表层为2m7m的新近沉积的砂壤土、砂层等，结构松散，靠近两岸级阶地其上部多分布有粉质壤土。河漫滩下部为砂砾石层，一般厚20m28m，中等密实状态。砂砾石层下部基岩由上第三纪砂岩与粘土岩互层组成，饱和抗压强度平均值为4.3MPa，属极软岩类岩体。2   计算模型及材料参数2.1 计算模型西霞院土石坝坝顶高程139.0m，最大坝高21.0m，坝顶宽8米，上游边坡1：    2007-04-29   &#

4、160;    2.75，下游边坡1：2坝，上游设壤土铺盖与斜墙相连进行防渗。计算工况：上游水位134.75m，下游水位126.23m。取100m河床段作深部软岩对坝体变形的影响分析，河床段剖面示意图见图1。KN/m3CKN/m3    2007-04-29        (O)KnRfKbmKurnur坝体压实砂砾2.6621.00325500.450.802200.511000.45地基砂砾石Q42.6621.00325000.48

5、0.82200    2007-04-29        0.410000.48地基砂砾石Q32.6821.00326000.480.812400.512000.48砼防渗墙C15 24.0E=22000MPa,  =0.167软  岩 17.1E=500MPa,  =0.3接 触 面参  数CKN/m3(O)    2007-04-29   &#

6、160;    K1nRf 防渗墙与砂层018300001.00.9 防渗墙与砂砾层022360001.00.9 2.3 单元剖分及计算坐标空间模型坐标系建立如下：顺河向为X轴，指向下游为正；竖直向为Y轴，竖直向上为正；坝轴线为Z轴，指向河谷中心（右岸）为正，指向左岸为负。土坝的有限元计算网格见图3.2。整个结构共剖分单元5208个，结点总数6315个。图7  坝面控制点位置示意图 从表3    2007-04-29     

7、   可以看出:在上游坝脚附近应变值较大，沿着坝高应变值逐渐减小。考虑软岩与不考虑软岩在点1和点2位置应变值变化明显，应变分别增大0.9%和1.2%，点3、点4和点5位置的应变值相差不大。假定复合土工膜与坝坡面土体变形协调一致，那么考虑软岩情况下上游坝坡脚位置复合土工膜的拉应力明显增大，对复合土工膜受力十分不利，在设计过程中应该引起注意。表3   河床段剖面坝面复合土工膜控制点的小主应变值（单位：%）点位  置小主应变值考虑软岩不考虑软岩差值增大比例1x=-44.9  y=125.09.628.720.99.4%2x=-43

8、.3  y=125.010.59.301.211.4%3x=-40.4  y=125.84.334.180.153.5%4x=-38.4  y=126.53.33    2007-04-29        3.250.082.4%5x=-32.2  y=128.82.882.790.093.1%注：考虑软岩影响比较时，差值考虑软岩应变值-不考虑软岩应变值，增大比例(考虑软岩应变值-不考虑软岩应变值)/考虑软岩应变值3.3 软岩对防渗墙变形和应力的