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水 利 学 报

２０２４年 ２月 ＳＨＵＩＬＩ ＸＵＥＢＡＯ 第 ５５卷 第 ２期

文章编号：０５５９ － ９３５０（２０２４）０２ － ０１４７ － １１

深厚覆盖层上土石坝防渗墙损伤开裂精细化分析及防渗功能评价

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邹德高 １，２ ，屈永倩 １，２ ，孔宪京 １，２ ，刘京茂 １，２ ，冉从勇 ，张 丹 ３
（１．大连理工大学 海岸与近海工程国家重点实验室，辽宁 大连 １１６０２４；２．大连理工大学 水利工程学院，辽宁 大连 １１６０２４；
３．中国电建集团成都勘测设计研究院有限公司，四川 成都 ６１００７２）

摘要：混凝土防渗墙是覆盖层上土石坝坝基的关键防渗结构，由于防渗墙与覆盖层的刚度和尺度差异巨大，通常
的数值分析方法难以保证精度，且现有基于强度的安全评价方法，无法适应防渗墙作为防渗结构而非承载结构的
功能评价要求。本文提出了比例边界元－ 有限元耦合跨尺度离散、塑性损伤模型和内聚力模型分离描述压损伤和受
拉开裂、破损后防渗功能目标评价的精细化分析方法，实现了深厚覆盖层上土石坝防渗墙的性态演化评价。研究结
果表明：超深覆盖层上悬挂式防渗墙在两岸底部因近似垂直于岸坡的高压应力发生压损伤，类 “外伸梁” 的面内弯
曲变形使靠近防渗墙两岸的顶部和底部区域产生坝轴向高拉应力导致槽段间出现竖向裂缝；在防渗墙两岸的上游侧
局部设置辅助防渗措施，可有效降低防渗墙破损后的渗流量。本文方法揭示了混凝土防渗墙的损伤开裂模式，定位
了防渗墙薄弱区域，评价了防渗墙损伤开裂对防渗功能的影响，量化防渗措施效果，实现了防渗墙从传统承载能力
评价到功能性态评价的跨越，可为深厚覆盖层上土石坝防渗墙的安全评价和设计优化提供理论和技术支持。
关键词：深厚覆盖层；防渗墙；损伤开裂分析；防渗功能；性态评价
文献标识码：Ａ
中图分类号：ＴＶ６４１ ｄｏｉ：１０．１３２４３?ｊ．ｃｎｋｉ．ｓｌｘｂ．２０２３０４３６

１ 研究背景

深厚覆盖层在我国特别是西南地区的河流中广泛分布，如大渡河、金沙江等，其覆盖层深度可达
数百米。我国 ８０％以上的水能资源集中在西部地区，深厚覆盖层上建坝 “难以避让” ［１ － ２］ 。土石坝以
其独有的优势，是深厚覆盖层地基上的首选坝型。覆盖层上土石坝工程的地基防渗主要采用竖直防渗
墙 ［３］ ，如狮子坪、黄金坪、泸定、下坂地、冶勒、旁多等覆盖层深度超过 １００ｍ的土石坝工程，均采用
混凝土防渗墙的坝基防渗形式，其中旁多、冶勒的覆盖层深度超过 ４００ｍ，防渗墙深度分别超过 １００ｍ和
２００ｍ ［４ － ５］ 。目前已有防渗墙破坏影响大坝工程安全的案例，如 Ｍａｎｉｃ３水库的混凝土防渗墙与基岩接
触部位发生了挤压破坏 ［６］ ；牛头山水库蓄水后，混凝土防渗墙在墙体顶部发生了开裂破坏 ［６ － ７］ 。因此，
开展混凝土防渗墙的损伤破坏分析及对防渗性能的影响研究，对科学把握其真实工作状态，进而合理
评估深厚覆盖层上土石坝的安全性态至关重要。
覆盖层中混凝土防渗墙作为坝基挡水结构，属于防渗结构而非承载结构。然而目前防渗墙大多采
用线弹性模型简化模拟，并采用基于应力的承载能力理念进行评价。线弹性模型计算的混凝土防渗墙
应力有时远超材料的抗拉或抗压强度，且超应力区范围可能较大，这些结果虽能给出混凝土防渗墙的
相对危险位置，但是不能准确评价墙体的安全状态。实际上，当应力达到强度后，材料就会进入非线
性状态（或损伤状态），应力将发生转移或重新分布，而线弹性模型无法描述这种状态。同时，线弹性

收稿日期：２０２３ － ０７ － １７
基金项目：国家自然科学基金项目（５２１９２６７４，５２１０９１５１）；云南省重大科技专项计划项目（２０２１０２ＡＦ０８０００２）；中央高校基本科研
业务费项目（ＤＵＴ２３ＲＣ（３）００１）
作者简介：邹德高（ １９７３ － ），博士，教授，博士生导师，主要从事岩土地震工程、高坝和核电工程抗震研究。Ｅ － ｍａｉｌ：ｚｏｕｄｅｇａｏ＠
ｄｌｕｔ．ｅｄｕ．ｃｎ
通信作者：屈永倩（１９９０ － ），博士，副教授，博士生导师，主要从事高土石坝和核电工程抗震研究。Ｅ － ｍａｉｌ：ｑｕｙｏｎｇｑｉａｎ＠ｄｌｕｔ．ｅｄｕ．ｃｎ

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