Page 127 - 水利学报2021年第52卷第2期

由于部分坝体重量荷载通过河谷拱效应传递给两岸，V 型河谷防渗墙承受的垂直应力总体也较小。实
测防渗墙应力基本在材料允许应力范围之内，垂直应力分布规律与已有研究结果基本一致 ［23，31-32］ 。
为了分析面板堆石坝防渗墙的力学性状，作者基于线弹性模型对苗家坝面板堆石坝常规混凝土
防渗墙开展了考虑防渗墙与覆盖层接触效应的三维有限元数值分析 ［23］ 。数值模拟真实考虑防渗墙和
坝体的建设过程及蓄水过程。图 13（a）为苗家坝面板堆石坝防渗墙小主应力分布。为了分析和对比不同
位置防渗墙的拉应力结果和分布规律。本文选取文献［21］中计算获得的某中部坝基防渗墙实例的小主
应力分布进行比较，如图 13（b）所示。该中部坝基防渗墙实例的建设信息与苗家坝工程具有较好的相似
性。由图 13 可知，苗家坝面板堆石坝防渗墙上游面竣工期主要承受压应力，但是在下游面两岸和底部
与基岩接触部位出现拉伸区域，承受一定的拉应力。竣工期防渗墙大小主应力均随深度的增加而增
加，最大值分别为 20 和 1.9 MPa，未超过材料的允许强度。蓄水期防渗墙弯向下游变形，下游面主要
承受压应力，而在上游面两岸和底部与基岩接触部位出现拉伸区域，承受一定的拉应力。蓄水期防渗
墙最大大小主应力值分别为 22 和 2.0 MPa。这些应力结果表明，在受约束的弯曲变形和防渗墙高弹性
模型作用下，上游坝基常规混凝土防渗墙竣工期和蓄水期均承受一定的拉应力。上述应力分布结果与
中部坝基防渗墙的应力分布存在明显差异。如图 13（b）所示，竣工期和蓄水期中部坝基防渗墙均主要承
受压应力，只在竣工期上游面和蓄水期下游面两岸顶部尖端部位存在一定的拉伸区域。

拉伸区域
拉应力为正
竣工期下游面 蓄水期上游面

（a） 苗家坝面板堆石坝防渗墙小主应力分布

拉伸区域
拉应力为正

竣工期上游面 蓄水期下游面
（b） 某中部坝基防渗墙小主应力分布 ［21］
图 13 典型防渗墙小主应力分布 （单位：MPa）
表 2 为防渗墙实例垂直应力的最大实测值。上游坝基防渗墙竣工期和蓄水期均存在较大的拉应
力，而中部坝基防渗墙主要处于受压状态，只在蓄水期可能产生较小的拉应力。上游坝基防渗墙的拉
应力主要由侧土压力和孔隙水压力引起的弯曲效应引起，而中部坝基防渗墙压应力主要由外荷载引起
的压缩效应引起。此外，下板地和 Arminous 塑性混凝土防渗墙拉压应力总体小于 Taleghan 和瀑布沟常
规混凝土防渗墙相应拉压应力，表明与常规混凝土防渗墙相比塑性混凝土防渗墙应力相对较小。
本文收集的防渗墙实例均未经历地震荷载的作用，因此无法基于实例数据讨论防渗墙的动力响
应特性。如今越来越多防渗墙修建在高烈度和深厚覆盖层地基中，因此研究防渗墙的动力响应至关
重要。周小溪等 ［30］ 采用动力时程分析方法计算了设计地震荷载作用下金平大坝防渗墙的动力响应，
结果表明地震作用引起的动位移分布与静力位移分布规律基本一致，但动力位移明显较小；防渗墙
最大加速度响应发生在顶部中间部位，顺河向加速度较其他方向较大。万宇豪等 ［31］ 发现地震荷载可
能在防渗墙中引起动态侧向拉应力并且由中间向两岸逐渐增大，同时在防渗中部引起动态垂直压应
力并向两岸逐渐减小。一般而言，由于防渗墙位于覆盖层中，其动力加速度和位移响应均不是非常
明显，地震荷载不会显著改变防渗墙的应力状态。
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