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位波动的变化幅度小。这个结果部分解释了已有重力坝蓄水后坝踵实测应力变幅偏小的原因。

４ 以渗流场方式考虑扬压力作用时坝踵测点应力差异

上述分析中上下游水压与坝基扬压力均按面荷载形式施加。混凝土为多孔连续介质且具有渗透
性，水压长期作用后会从面力作用逐渐转化为渗透体积力或孔隙水压力作用 ［４６］ 。渗透体积力分布取决
于两个因素：１）渗透梯度，取决于渗径的长度和材料的渗透性能，渗径越短，材料的抗渗性越好，渗
透梯度越大，极端情况渗透力集中在水压作用面附近，接近于面力作用，可用面力等价；２）孔隙水压
有效应力系数，即孔隙介质中的孔隙水压力转换成有效体积力的系数，也称为 Ｂ系数 ［４７］ ，该系数与
介质的孔隙率、孔隙连通性能密切相关。不同岩石的 Ｂ系数在 ０．２～０．８之间 ［４８］ ，文献［３１，４８］给出
的混凝土的 Ｂ系数为 ０．８４～０．８８。利用渗流分析方法得到坝基、坝体的渗流场，利用 Ｂ系数法计算孔
隙水压力影响 ［４９ － ５０］ ，分析渗流场对坝体变形和应力的影响。取图 ４所示的典型重力坝，考虑防渗帷
幕、坝基、坝体排水孔等渗控措施，排水孔幕采用朱伯芳院士等 ［５１］ 提出的 “夹层代孔列法”，计算模
型见图 ９。渗流计算边界条件为，上游库盆和坝面为上游水位，下游坝面和基岩面为下游水位，为了
保证坝基扬压力图形与设计一致，坝基按设计扬压力分布给定水位边界条件。坝体混凝土抗渗等级取
Ｗ１０，各材料分区渗透系数见表 ５。

图 ９ 重力坝－ 地基系统有限元渗流－ 应力耦合计算模型 图 １０ １９８ｍ水位下恒定渗流场压力分布等值线（单位：ｍ）
图 １０给出了 １９８ｍ水位下大坝与基础渗透压力（孔隙压力）等值 表 ５ 各材料分区渗透系数
线图，基础的上下游端渗压等值线接近水平分布，约等于库水位与各 分区 渗透系数?（ｍ?ｄ）
处位置水位之差。基础防渗帷幕和排水孔列作用明显，帷幕上下游总 坝体 １．５３ × １０ － ６
水头呈间断分布，防渗帷幕后坝基渗压明显减小。坝底面压力分布与
基础 ２．１３ × １０ － ２
给定扬压力水头一致。坝体上游 ６ｍ深度范围以内孔隙压力受库水入
防渗帷幕 ８．６４ × １０ － ３
渗影响，呈较大水力梯度，渗压沿坝高自上而下逐渐增大，理论坝踵
坝体排水 ２．８２ × １０ ２
部位的渗压水头为 １９８ｍ，观测坝踵部位的渗压水头为 １６６ｍ。在上
坝基排水 ２．８２ × １０ ２
游排水孔列以下、基础排水孔以上的坝体内部渗压接近零。由这种形
式的渗透压力分布可以预见，渗透荷载主要集中于上游坝面附近和坝底附近的小范围内。
按孔隙水压力方式计算水的作用时，Ｂ系数的取值会对计算结果有较大影响。本文基础岩体的 Ｂ
系数取 １．０，坝体混凝土取 ０．３～０．９，计算坝体应力变化，对比分析 Ｂ系数敏感性，重点分析坝基面和
观测坝踵所在断面的应力分布。
表 ６给出了不同 Ｂ系数时理论坝踵和实测坝踵的竖向应力， 表 ６ 不同 Ｂ系数时的坝踵竖向有效应
理论坝踵应力受坝体 Ｂ系数影响很小，Ｂ系数从 ０．３增大至 ０．９， Ｂ系数 理论坝踵?ＭＰａ 实测坝踵?ＭＰａ
拉应力从 １．２１ＭＰａ减小至 １．０１ＭＰａ，仅减小 ０．２０ＭＰａ。实测坝 ０．３ １．２１ － １．２７
踵竖向应力随着 Ｂ系数增大从－ １．２７ＭＰａ减小到－ ０．４５ＭＰａ，始 ０．５ １．１４ － ０．９９
终呈受压状态。 ０．７ １．０８ － ０．７２
０．９ １．０１ － ０．４５
图 １１给出了 Ｂ系数取为 ０．５时沿建基面和实测坝踵断面有
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