Page 9 - 2023年第54卷第4期

３ 扬压力作用下实测坝踵与理论坝踵的计算应力差异

３．１ 理论坝踵与实测坝踵的差别 理论上坝踵为坝底
面上游侧，采用有限单元法、材料力学法计算坝体应
力时，均取该点的应力作为坝踵应力。我国重力坝设
计规范规定 ［２］ ：“采用材料力学法计算坝体应力时，运
行期在各种荷载组合下（地震荷载除外），坝踵垂直应
力不应出现拉应力。” 一般情况下，采用材料力学法计
算按无拉应力准则设计重力坝，采用线弹性有限元方
法计算时会在坝踵处有应力集中，在高水位工况坝踵
会出现拉应力，因此，重力坝设计规范规定：“有限元
法计算的坝基应力，其上游面拉应力区宽度，宜小于
坝底宽度的 ０．０７倍或小于坝踵至帷幕中心线的距离。”
图 ３ 坝踵应变计组的埋设位置
由于坝踵处应力条件 复杂、应力 变化 梯度大，因
此应力 应 变 观 测 时，观 测 点 要 避 开 实 际 的 坝 踵 部 位，
《混凝土坝安全监测技术规范 ＤＬ?Ｔ５１７８》 ［４５］ 规定：“水
平监测截面宜距坝底 ５ｍ以上” “监测坝体应力的应变
计（组）与上下游面的距离宜大于 １．５～２．０ｍ”。三峡泄
＃
２坝段的坝 踵 应变 计组就 布置 在距 坝底 ５ｍ、上游面
２ｍ处，如图 ３所示。
３．２ 扬压力作用下不同坝踵位置的应力差异—材料力
学法 坝踵应力测点布置在距坝底和上游面一定距离
的坝体内部，避开了应力状态复杂的坝踵应力集中部
位，有利于得到稳定的应力测值。我国重力坝设计规
范规定，在进行重力坝应力计算时，需计入两种荷载，
即自重和水压，其 中 水压 作用于 坝体 上、下游 面，同
时要考虑计算断面的扬压力，如图 ４所示。图中：Ｇ为
自重荷载；Ｐ为上游水压荷载；Ｐ′为下游水压荷载；Ｓ
为淤沙荷载；Ｔ为建基面的剪力；Ｎ为建基面上的法向 图 ４ 典型重力坝剖面及应力计算简图
力；Ｍ为建基面上的弯矩。根据设计荷载包括扬压力
求出计算断面的内力 Ｎ、Ｍ，则坝踵、坝趾的竖向应力
按式（ １）计算：
σ ｕ Ｎ ６ Ｍ
＝ ± （１）
Ｂ Ｂ ２
σ ｄ
为坝 趾竖 向 应力；Ｂ为
式中：σ ｕ 为坝踵竖向应力；σ ｄ
计算断面底宽。
按照重力坝设计规范中应力计算 的假 定，扬压 力
作用于坝体底面，即坝－ 基交界面的上侧。扬压力的作
用会使有效应力在交界面上下侧产生突变，对于交界
面的上侧（坝体侧），扬压力会对其产生法向压应力增 图 ５ 坝－ 基交界面上、下竖向
有效应力分布示意
量，而对于交界面的下侧 （基岩侧），扬压力会减小其
法向压应力，引起竖向拉应力增量，如图 ５所示。按照重力坝设计规范中式（１）计算得到的坝踵、坝趾的

— ３ ８ ５ —