Page 58 - 水利学报2021年第52卷第6期

（a） 竣工期上游面 （b） 竣工期下游面

（c） 蓄水期上游面 （d） 蓄水期下游面

图 14 防渗墙拉伸损伤分布 （由损伤变量 k T表示）
表 3 混凝土防渗墙失效或开裂的若干典型实例

名称 年份 坝型 墙体材料 防渗墙深度/m 存在的问题 产生的原因
Ravi 1968 斜墙坝 常规混凝土 13.4 蓄水期底部拉伸破坏 纵向弯曲变形
Manic 3 1976 心墙坝 常规混凝土 131 蓄水期底部挤压破坏 压缩效应及摩阻力
册田 1989 心墙坝 常规混凝土 39 墙体底部开裂 过大压应力
牛头山 1989 面板坝 常规混凝土 62.5 墙体顶部局部开裂 弯曲变形引起过大拉应力
Kezier 1998 斜墙坝 常规混凝土 40 蓄水期顶部开裂 过大弯曲变形
Arminou 1999 心墙坝 塑性混凝土 18 垂直缝开裂 接缝侵蚀
沙湾 2000 心墙坝 常规混凝土 64 蓄水过程底部破坏 不当施工

剪切破坏，失效发生在防渗墙顶部或底部与基岩的接触部位。该开裂失效结果与本文计算的损伤分
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布结果基本吻合，也与 Brown 等 发现的在弯曲效应作用下上游坝基防渗墙更易于产生水力开裂的结
果基本一致。心墙坝中部防渗墙的失效模式主要为压缩失效，并且发生在底部。上覆土压力和来自
相邻土体的摩阻力引起的过大压应力是引起上述失效的主要原因。此外，如表 3 所示，虽然 Arminou
塑性防渗墙观测到墙体开裂，但其原因主要是材料侵蚀，而非结构应力。由于塑性混凝土防渗墙弹
性模量与覆盖层地基相当，因此在塑性混凝土防渗墙中较少观察到结构性失效。

6 结论

本文基于实测资料和数值分析研究面板堆石坝地基防渗墙的力学特性。在验证数值计算模型的
基础上，讨论了混凝土材料、坝体和地基渗流-应力耦合效应、墙体位置对力学性状的影响。本文主
要获得以下几点结论：（1）苗家坝面板堆石坝混凝土防渗墙在水压力和侧土压力作用下呈现弯曲效
应，竣工期在下游面底部产生拉应力，蓄水期在上游面底部及两岸部位产生拉应力。防渗墙拉伸损
伤区主要发生在底部及靠近两岸部位，尚未引起墙体开裂。苗家坝防渗墙应力变形状态在合理范围
之内，墙体运行良好。（2）面板堆石坝上游防渗墙与心墙坝中部防渗墙的力学性状存在明显差异。上
游防渗墙主要承受弯曲效应，可能在底部或靠近两岸部位发生拉伸或剪切失效，而中部防渗墙主要
承受压缩效应，可能在底部产生压缩失效。防渗墙位置是力学性状的关键影响因素。塑性混凝土可
以显著改善墙体的应力状态。坝体和地基的渗流-应力耦合效应对墙体力学性状也有一定的影响。
（3）防渗墙应力变形监测数据与数值模拟结果基本一致，表明本文考虑混凝土塑性损伤、坝体地基渗
流-应力耦合效应、防渗体与土料接触效应的数值计算模型较为合理地模拟了坝体和防渗体的力学性
状，塑性损伤模型可以较为合理地描述防渗墙的损伤力学行为。

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