Page 46 - 水利学报2021年第52卷第6期

识，但是难以全面描述防渗墙应力变形和损伤开裂特性的演化规律及其形成原因。
部分学者采用数值分析方法进一步揭示和研究防渗墙的力学性状。丁艳辉等 ［15］ 、徐建国等 ［16］ 、
Li 等 ［17］ 采用有限元方法，分析了不同材料防渗墙的应力变形响应规律。周小溪等 ［18］ 和万宇豪等 ［19］ 探
讨了坝基防渗墙地震反应规律及其抗震安全性。基于数值模拟手段，大量学者研究了墙体材料、河
谷地形和爆炸振动等影响因素对墙体力学性状的影响 ［20-22］ 。沈振中等 ［23］ 、温续余等 ［24］ 、介玉新等 ［25］ 根
据应力变形数值计算结果，研究了防渗墙的受力特点及其与整个防渗体系的连接形式。Yu 等 ［26-28］ 对
沥青心墙坝地基防渗墙开展了线弹性和塑性损伤计算，分析了三维河谷效应对墙体应力变形及损伤
开裂特性的影响机制。数值计算结果通常没有对应的实测结果进行验证。此外，目前对心墙坝地基
防渗墙力学特性的研究相对较多，而对面板堆石坝防渗墙力学特性，特别是损伤开裂特性的研究不
足，有必要结合实测资料和数值分析方法系统揭示混凝土面板堆石坝地基防渗墙的应力变形及损伤
开裂特性。
本文结合实测资料和数值分析，研究面板堆石坝防渗墙的力学性状。基于混凝土塑性损伤模型
建立防渗墙力学特性三维数值模型。在数值模型中考虑防渗墙与相邻土体的接触效应及坝体和地基
的渗流-应力耦合效应。采用实测结果验证数值计算结果的准确性，进而结合实测和数值结果分析防
渗墙的受力机制、应力变形及损伤和开裂特性，讨论墙体位置、材料和渗流-应力耦合效应对防渗墙
力学性状的影响。

2 工程实例分析

2.1 工程概况 本文以苗家坝水电站面板堆石坝为依托开展研究。苗家坝水电站位于甘肃省文县境
内的白龙江干流上。枢纽由面板堆石坝、下游地下厂房以及引水隧洞等组成。大坝高度 111 m，坝顶
长度 348.2 m，水库正常蓄水位 800 m。大坝上游坝坡 1∶1.4，下游综合坡比 1∶1.55。大坝修建在覆盖
层地基上，主要包括 4 个建设阶段，由 2009 年 10 月开始施工，2011 年 7 月建设完成。图 1 为坝体典
型剖面图。坝体填筑材料、碾压方法和填筑过程信息也显示在图 1（a）中，主堆石和下游堆石的施工

（a） 大坝典型断面和监测系统布置

（b） 大坝轴向剖面和防渗墙详细信息
图 1 苗家坝面板堆石坝坝体剖面以及防渗墙布置
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