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1、坝基深层软岩对土石坝防渗系统的影响摘要本文采用邓肯模型对西霞院土石坝的变形进行三维非线性有限元分析计算，分析坝基深层存在软岩对土石坝防渗系统的影响。关键词土石坝软岩三维非线性有限元变形影响土石坝对地质条件要求相对较低，在深覆盖层上直接修筑土石坝可以减少覆盖层开挖，节省工程投资。目前对建造在深厚覆盖层上的土石坝模拟计算中，坝基影响范围只取至覆盖层底部，覆盖层以下的基岩作为刚性体考虑，但实际工程情况并不完全相同。当覆盖层以下是变形模量很小的软岩时，坝体以及防渗结构可能产生更大的沉降和变形, 这将影响防渗系统的可靠性。由于国内很少有这方面的工程实例介绍，故本文采用西霞院河床段土石坝作为计算模型，应用
2、邓肯模型对坝体、坝基进行三维有限元计算，分析坝基深层存在软岩对土石坝坝体变形的影响以及对防渗系统的影响。1 工程概况西霞院工程建于小浪底大坝下游16公里处的黄河干流上，坝址位于吉利区和孟津县白鹤镇之间，属于低山丘陵区。工程的开发任务是以反调节为主，结合发电，兼顾灌溉、供水综合利用。工程布置采用土石坝，坝长约2600m，坝体采用砂卵石坝壳复合土工膜防渗斜墙，坝基防渗采用砼防渗墙。坝址地形呈宽阔U型河谷，宽约3km。河床两侧分布高漫滩及级阶地。坝址处两岸河漫滩表层为2m7m的新近沉积的砂壤土、砂层等，结构松散，靠近两岸级阶地其上部多分布有粉质壤土。河漫滩下部为砂砾石层，一般厚20m28m，中等密实
3、状态。砂砾石层下部基岩由上第三纪砂岩与粘土岩互层组成，饱和抗压强度平均值为，属极软岩类岩体。2 计算模型及材料参数 计算模型西霞院土石坝坝顶高程，最大坝高，坝顶宽8米，上游边坡，下游边坡12坝，上游设壤土铺盖与斜墙相连进行防渗。计算工况：上游水位，下游水位。取100m河床段作深部软岩对坝体变形的影响分析，河床段剖面示意图见图1。 图1 河床段最大剖面图 计算参数选择坝基由表部松散粉细砂、中部砂砾石层及下部上第三系基岩地层组成。表部松散粉细砂，厚，粉细砂上部为砂壤土，厚，下部为砂层，厚，结构疏松；地层中部为砂砾石层，厚20m；地层下部为软岩，厚30m，弹性模量只有500Mpa。坝体及坝基EB模型
4、计算参数见表1。表1 EB模型计算参数参数 材料土粒比重KN/m3CKN/m3(O)KnRfKbmKurnur坝体压实砂砾0325502201100地基砂砾石Q40325002001000地基砂砾石Q30326002401200砼防渗墙C15E=22000MPa, =软 岩E=500MPa, =接 触 面参 数CKN/m3(O)K1nRf防渗墙与砂层01830000防渗墙与砂砾层02236000 单元剖分及计算坐标空间模型坐标系建立顺河向为X轴，指向下游为正；竖直向为Y轴，竖直向上为正；坝轴线为Z轴，指向河谷中心为正，指向左岸为负。土坝的有限元计算网格见图。整个结构共剖分单元5208个，结点总
5、数6315个。图2 有限元计算网格图 荷载分级情况在有限元模拟分析中，结合施工顺序共分十级加荷。第一级为坝基砂卵石层；第二级为河槽段截流围堰体；第三级为围堰防渗墙及第一级坝身；第四及至第七级为坝身；第八级分别为复合土工膜及上游面混凝土护坡；第九级为上游校核洪水及相应的下游水位。3 计算结果及分析 对坝体变形的敏感性分析4 结论当坝基覆盖层以下存在变形模量较小的软岩时，会增大坝体和防渗结构的变形和沉降，从而影响防渗系统的可靠性。在防渗体设计及计算过程中应考虑软岩的影响，而不能采取以往分析只考虑到覆盖层底部，而把软岩基岩作为完全刚性地基考虑。由于水的力学作用和物理化学作用的相互影响，使得坝基软岩软
6、化和受力变形情况更为复杂。本文只是对低土石坝进行分析，对于高土石坝坝基存在深层软岩的情况，应根据实际工程情况作更深入的研究。参考文献1束一鸣、朱晟，软硬岩相同地基上面板二、三维比较，河海大学学报，19962姜弘道，水工结构工程与岩土工程的现代计算方法及程序，河海大学出版社，1992Deformation Effect of Soft Rocks in Deep-Level to Embankment Dam AbstractIn this paper, the deformation of Xixiayuan embankment dam is calculated by 3-D nonlinear FEM. Deformation effect of soft rocks in deep-level to embankment dam is analyzed.Key Words: embankment dam deformation effect soft rocks 3-D nonlinear FEM
