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水 利 学 报

２０２３年 ９月 ＳＨＵＩＬＩ ＸＵＥＢＡＯ 第 ５４卷 第 ９期

文章编号：０５５９ － ９３５０（２０２３）０９ － １０３８ － ０９

面板堆石坝面板顺坡向挤压破坏机理的试验研究

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徐 耀 １，２，３ ，郝巨涛 １，２，３ ，陆 希 ，王利娜 １，２，３
（１．中国水利水电科学研究院 流域水循环模拟与调控国家重点实验室，北京 １０００３８；
２．水利部水工程材料重点实验室（筹），北京 １０００３８；
３．北京中水科海利工程技术有限公司，北京 １０００３８；
４．中国电建集团西北勘测设计研究院有限公司，陕西 西安 ７１００６５）

摘要：本文针对面板堆石坝面板顺坡向挤压破坏的钢筋压曲凸起问题开展了试验研究，采用了配有单根立筋的混
凝土柱受压试验来模拟面板顺坡向的挤压破坏。试验结果证实了以往研究中无箍筋钢筋混凝土立柱抗压强度低于
素混凝土柱、且钢筋保护层厚度越小强度越低的推测。与素混凝土柱相比，保护层厚 ５ｃｍ钢筋混凝土柱的强度
降低约 １０％。根据试验的破坏荷载结果，通过已有理论解反推出了立柱的侧向支撑刚度 ｋ，对于保护层厚 ５ｃｍ和
－ ２
－ ２
８ｃｍ立柱 ｋ值相应为 ０．８４１Ｎ·ｍｍ 和 １．０３２Ｎ·ｍｍ 。经过试验结果分析，发现钢筋混凝土立柱各截面不服从应
变平面假设，受压中钢筋没有同混凝土一起协调变形，钢筋与混凝土之间相互作用强烈。本研究结果再次说明，
限制钢筋的侧向变形是防止面板顺坡向挤压破坏的根本措施。应开展可模拟混凝土中钢筋压曲的挤压破坏数值模
拟研究，为这些措施的量化设计提供依据。
混
：
堆
词
板
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凝
面
坝
；
土
面
石
键
压
挤
关
破坏；钢筋屈曲失稳；模型试验
中图分类号：ＴＶ６４１．４ 文献标识码：Ａ ｄｏｉ：１０．１３２４３?ｊ．ｃｎｋｉ．ｓｌｘｂ．２０２３００６３
１ 引言
面板挤压破坏是 ２０００年以后高混凝土面板堆石坝建设中遇到的突出问题。面板挤压破坏按照发
生部位主要可分为压性垂直缝两侧的混凝土挤压破坏和面板顺上游坝坡方向非结构缝部位（包括水平
施工缝）混凝土挤压破坏两类。前者比较普遍，是由面板受到的横河向挤压应力引起，而后者则是由
面板受到的沿坝坡方向的挤压应力所致，典型案例包括巴西的坎普斯诺沃斯和中国的三板溪、紫坪
铺、布西等面板坝，其中三板溪、紫坪铺、布西等面板坝均在水平施工缝处发生了混凝土的挤压破
坏。严重的面板混凝土挤压破坏将导致面板坝渗漏的大量增加（如巴西的巴拉格兰特、坎普斯诺沃斯，
南非的莫哈里和中国的三板溪、布西）。导致面板混凝土发生挤压破坏的主要外部因素是大坝堆石体
的变形较大（徐泽平等 ［１ － ２］ 、关志诚 ［３］ 、熊海华等 ［４］ ）。对于压性垂直缝两侧的面板混凝土挤压破坏，
巴西坝工专家平托（Ｐｉｎｔｏ）通过分析提出以 Ｅ?（ γ Ｈ）为参数（Ｅ为堆石体变形模量，γ为水的容重，Ｈ为
坝高）判定面板发生挤压破坏的可能性，并认为为防止挤压破坏，Ｅ?（ γ Ｈ）应不小于 ４，且不小于 １２０ －
２
２０ Ａ?Ｈ，其中 Ａ为面板的面积 ［５］ 。曹克明则提出可以通过面板挠度判断面板挤压破坏的可能性，并建
２
２
议控制面板挠度小于临界值：１４６３ － ２３２５?Ｘ ＋ ５０５?Ｘ，其中 Ｘ ＝ Ａ?Ｈ，为河谷系数 ［６］ 。参考这些经验控
制高面板坝堆石体变形模量，是防止面板发生挤压破坏的首要措施。而在提高面板抵抗压性垂直缝两
侧的挤压破坏能力方面，目前的措施是进行合适的接缝结构设计，包括选择合理的垂直缝缝宽和确定

收稿日期：２０２３ － ０２ － ０９；网络首发日期：２０２３ － ０８ － １８
网络首发地址：ｈｔｔｐｓ：??ｌｉｎｋ．ｃｎｋｉ．ｎｅｔ?ｕｒｌｉｄ?１１．１８８２．ＴＶ．２０２３０８１７．１７１０．００１．ｈｔｍｌ
基金项目：中国水科院基本科研业务费专项（ＳＭ０１４５Ｂ０２２０２１）
作者简介：徐耀（ １９８２ － ），正高级工程师，主要从事面板坝、水工结构修补加固、大坝风险管理研究。Ｅ － ｍａｉｌ：ｘｕｙａｏ＠ｉｗｈｒ．ｃｏｍ
通信作者：陆希（１９６５ － ），正高级工程师，主要从事水利水电工程设计、建造研究。Ｅ － ｍａｉｌ：０１６９５＠ｎｗｈ．ｃｎ
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