Page 56 - 水利学报2021年第52卷第6期

渗墙上部垂直应力结果与实测结果较为接近，而靠近防渗墙底部的位置，计算结果相对实测结果偏
大。上述差异与数值计算模型的局限性有关，比如几何模型的简化、复杂加载和地质条件的简化
等。在水压力和侧土压力水平荷载作用下，面板堆石坝防渗墙主要承受弯曲效应，在竣工期和蓄水
［8］
期均产生较大的拉应力。上述应力分布与中部防渗墙的应力分布明显不同。Dascal 和 Yu 等 ［26］ 发
现，中部防渗墙主要处于受压状态，在摩阻力作用下，最大压应力发生在中性点的位置，只在受基
［8］
岩约束的墙体上部尖端部位出现一定拉应力。Dasca 发现 Manic-3 中部防渗墙 85%的垂直应力是由
摩阻力引起的。
防渗墙不同阶段的拉应力主要由受约束的弯曲变形促使的正弯矩和地基与墙体不均匀轴向变形
促使的拖曳效应引起。图 13 为不同阶段墙体典型位置内力的空间分布。在基岩约束作用下，竣工期
防渗墙向上游的变形在下游面两岸及底部位置引起正弯矩，而蓄水期向下游的变形在上游面两岸及
顶部位置引起正弯矩。正弯矩是引起上下游面拉应力的主要原因。此外，覆盖层和防渗墙不均匀变
形对墙体具有拖曳效应，在四周特别是两岸部位引起轴向拉力，进一步在墙体两岸部位引起拉应
力。垂直方向上防渗墙承受垂直压缩轴向力，这是墙体底部拉应力比两岸拉应力小的主要原因。

垂直应力/MPa 垂直应力/MPa
0 700
10 690
深度/m 20 680 高程/m

670
30
40 660

50 650

（a） 上游面 （b） 下游面
图 11 防渗墙上下游面 3 条测线垂直应力分布 （EOC 指竣工期，EOF 指蓄水期）

如图 11 所示塑性混凝土防渗墙的垂直应力显著小于常规混凝土防渗墙。蓄水期，塑性混凝土防
渗墙下游面最大垂直压应力和拉应力相对常规防渗墙分别减小 8.0 和 1.7 MPa。摩阻力的减小（图 9）是
［2］
拉压应力减小的主要原因。王清友等 发现，塑性混凝土防渗墙的垂直应力通常只有常规混凝土防渗
墙的 1/10 ~ 1/15。本文结果与该结果基本吻合，说明塑性混凝土材料可以显著改善防渗墙的应力状
态。此外，考虑渗流-应力耦合作用下，由于侧土压力和摩阻力增加，防渗墙的垂直应力整体相对较
大。蓄水期下游面压应力和上游面拉应力分别增加 4.0 和 0.5 MPa，说明渗流-应力耦合作用对防渗墙
的应力状态存在一定影响。
图 12（b）比较了采用混凝土塑性损伤模型和线弹性模型计算的防渗墙小主应力分布结果。采用线
弹性模型计算的墙体拉应力明显较大，竣工期和蓄水期最大拉应力均大于 3.0 MPa，超过材料的拉伸
强度。线弹性模型使用弹性模量和泊松比描述防渗墙的力学性状，无法描述当拉应力或压应力超过
材料的允许强度时产生损伤或开裂特性。因此线弹性模型获得的结果只能用于评估墙体潜在的开裂
或失效风险。相反，采用塑性损伤模型计算的防渗墙最大拉应力未超过材料的允许强度，而且防渗
墙拉伸区域明显较小。塑性损伤模型可以模拟材料刚度退化和应力重分布现象。因此在混凝土防渗
墙力学特性的数值计算中，塑性损伤模型可以较为准确地描述墙体的力学特性。
5.4 防渗墙损伤和开裂分析 当防渗墙承受的压应力或拉应力超过材料的允许强度时，墙体将产生
开裂或者失效。计算的防渗墙最大压应力大约为混凝土抗压强度的 73%左右。线弹性分析结果也表
明，防渗墙压应力未超过材料抗压强度。上述结果表明压应力对苗家坝防渗墙安全的影响较小。本
节主要分析可能引起防渗墙开裂的拉伸损伤结果。
弹塑性损伤模型中，采用损伤变量 k 表示材料的损伤程度。当 k <0.1 时，表明材料几乎不发生
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