Page 128 - 水利学报2021年第52卷第2期

表 2 若干防渗墙工程实例最大垂直应力值 （单位：MPa）
竣工期 运行期 竣工期 运行期
上游防渗墙 中部防渗墙
压应力 拉应力 压应力 拉应力 压应力 拉应力 压应力 拉应力
梅溪 -4.2 0.5 -5.0 0.7 下板地 （PC） -7.9 - -10.1 -
察汗乌苏 -6.6 0.3 -10.5 0.5 Arminou （PC） -15.7 0.3 -17.2 0.7
汉坪嘴 -18.2 1.1 -20.3 1.2 Taleghan -20.4 1.2 -23.5 0.9
苗家坝 -16.1 1.7 -17.5 1.8 瀑布沟 -21.7 - -23.2 -

6 防渗墙开裂破坏分析

防渗墙建设最关注的核心问题是施工缺陷和建设与运行过程中防渗墙的受力开裂。施工缺陷和
开裂将恶化渗流控制系统，引起渗漏损失。已有观测结果表明，防渗墙实例可能存在施工缝、骨料
分离、混凝土夹杂土壤、防渗墙空洞等多种形式的施工缺陷 ［27］ 。施工方法和材料选择不当是引起防
渗墙的施工缺陷的主要原因。
当防渗墙的压应力或者拉应力超过材料允许强度时，防渗墙可能产生开裂或失效破坏。Rice
等 ［10］ 发现在上下游侧面的孔隙水压力差作用下上部坝基防渗墙就可能产生开裂，其中防渗墙和基岩
的接触部位是最可能产生开裂的位置。表 3 收集了 7 个防渗墙工程实例的失效或开裂信息。结果表
明，心墙坝防渗墙的失效模式主要为压缩破坏，失效部位主要发生在防渗墙底部。防渗墙承受的摩
阻力和上部垂直土压力是引起防渗墙内部过大压缩应力的主要原因。Yu 等 ［21］ 分析中部坝基防渗墙的
拉伸损伤特性发现，中部坝基防渗墙主要可能在顶部两侧尖端部位产生一定的拉伸损伤区域，但是
拉伸损伤因子较小，往往不足以引起开裂破坏。
表 3 混凝土防渗墙失效或开裂的若干典型实例
名称 年度 坝型 墙体材料 防渗墙深度/m 存在的问题 产生的原因
Arminou 1999 DC PC 18 垂直缝侵蚀和开裂 内部侵蚀
册田 1989 DC OC 39 防渗墙底部裂缝 压应力压缩破坏
Manic3 1976 DC OC 131 蓄水期与基岩接触部位挤压破坏 过大摩阻力及压缩效应
沙湾 2000 DC OC 64 蓄水过程底部渗透破坏 施工不当
Kezier 1998 DI OC 40 蓄水期顶部开裂 向下游方向弯曲变形
Ravi 1968 DI OC 13.4 蓄水期底部剪切盒拉伸破坏 纵向挠曲变形
牛头山 1989 CFRD OC 62.5 顶部局部开裂和破坏 弯曲变形和拉应力
由表 3 可知，面板堆石坝和斜墙坝坝基防渗墙的主要失效模式为拉伸或剪切失效，开裂部位主
要发生在防渗墙与基岩接触的顶部或底部。防渗墙弯曲变形和覆盖层向中间变形引起的防渗墙两岸
拉应力是造成上游坝基防渗墙拉伸或剪切失效的主要原因。上述结果与 Brown 等 ［14］ 认为在弯曲作用
下防渗墙水力开裂更加可能发生在上游坝基防渗墙中的结论是一致的。此外，Arminou 塑性混凝土防
渗墙也观测到垂直缝侵蚀和开裂，但是该防渗墙开裂是由材料内部侵蚀造成的，一般而言塑性混凝
土防渗墙工程实例较少产生结构性开裂失效。

7 结论

本文基于 43 个防渗墙工程实例对防渗墙水平位移、顶部沉降、覆盖层和防渗墙相对沉降及应力
和开裂等力学性状开展统计研究。同时分析了防渗墙位置、墙体材料、地基变形特性和河谷形状等
因素对墙体力学性状的影响。本文获得的主要结论如下：（1）坝体施工期防渗墙一般弯向上游，产生
向上游的位移，而蓄水期向下游变形，最大变形发生在顶部中间部位。中部坝基防渗墙竣工期产生
较大的沉降变形，蓄水期同时发生较大的水平位移；而上游坝基防渗墙竣工期和蓄水期主要产生水

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