高聚物膠凝堆石料技術(shù)及其抗震性能

劉漢龍，費(fèi) 康，楊 貴，劉 平（.河海大學(xué)土木與交通學(xué)院，江蘇南京 20098；2.重慶大學(xué)土木工程學(xué)院，重慶 400045；3.揚(yáng)州大學(xué)巖土工程研究所，江蘇揚(yáng)州 22527）

?

高聚物膠凝堆石料技術(shù)及其抗震性能

劉漢龍1，2，費(fèi) 康1，3，楊 貴1，劉 平1
（1.河海大學(xué)土木與交通學(xué)院，江蘇南京 210098；2.重慶大學(xué)土木工程學(xué)院，重慶 400045；
3.揚(yáng)州大學(xué)巖土工程研究所，江蘇揚(yáng)州 225127）

摘要：為提高壩體堆石料的整體性及強(qiáng)度、改善土石壩的抗震性能，在分析高土石壩地震危害和抗震措施的基礎(chǔ)上，提出加固壩頂和壩坡淺層等局部位置的高聚物膠凝堆石料技術(shù)，通過靜、動(dòng)三軸試驗(yàn)分析高聚物對(duì)堆石料的改性作用。試驗(yàn)結(jié)果表明，摻加高聚物之后材料的黏聚力大幅增加，動(dòng)彈性模量略有提高，殘余變形明顯減小，顯現(xiàn)良好的抗震性能。某典型高土石壩的數(shù)值計(jì)算分析結(jié)果表明，采用高聚物膠凝堆石料技術(shù)進(jìn)行加固后，壩坡地震過程中的最小抗滑安全系數(shù)增加約10%，大壩的抗震穩(wěn)定性得到提高。

關(guān)鍵詞：高聚物膠凝堆石料；土石壩；抗震性能；抗剪強(qiáng)度；動(dòng)彈性模量；殘余變形

土石壩結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、選材容易、對(duì)地形和地質(zhì)條件的適應(yīng)性好，是目前世界各國(guó)高壩建設(shè)所采用的主流壩型[1]。我國(guó)目前已建、在建及擬建的150 m以上的大壩大多采用土石壩壩型[2]，如糯扎渡、雙江口和兩河口大壩等。這些高土石壩大多處于我國(guó)西部地震活動(dòng)性強(qiáng)的地區(qū)，若大壩抗震能力不足，工程失事后將造成極大的生命財(cái)產(chǎn)損失和生態(tài)環(huán)境破壞，因此加強(qiáng)高土石壩的抗震性能研究十分必要。

高聚物是指由許多相同的、簡(jiǎn)單的結(jié)構(gòu)單元通過共價(jià)鍵重復(fù)連接而成的高分子量化合物。近年來，以聚氨酯為代表的非水反應(yīng)類高聚物在水利、土木、交通等工程領(lǐng)域的防滲加固和地基處理工程中得到了越來越多的應(yīng)用[3-4]。由于高聚物具有良好的材料特性，若將其作為膠凝材料對(duì)土石壩壩頂區(qū)堆石體進(jìn)行改性，可以提高壩體堆石料的整體性和強(qiáng)度，改善變形條件，從而達(dá)到提高土石壩抗震性能的目的。本文在總結(jié)土石壩地震危害和抗震措施的基礎(chǔ)上，對(duì)采用高聚物膠凝堆石料改善大壩抗震性能的技術(shù)原理、加固效果等進(jìn)行研究。

1 土石壩地震危害和抗震措施

1. 1 土石壩地震危害

從目前已有的大量實(shí)測(cè)資料來看，土石壩的地震危害類型主要有滑坡失穩(wěn)、震陷、壩基或筑壩料液化。下面主要針對(duì)前兩種破壞進(jìn)行概述。

a.滑坡失穩(wěn)。現(xiàn)有的研究表明，土石壩的抗震性能較好。但由于鞭梢效應(yīng)高土石壩壩頂附近的地震響應(yīng)比壩體底部大得多，在地震作用下，壩頂區(qū)堆石體松動(dòng)、滾落，甚至壩坡出現(xiàn)淺層滑動(dòng)破壞[5-6]。紫坪鋪混凝土面板堆石壩在汶川地震中壩頂出現(xiàn)堆石松動(dòng)，河床壩段在約845 m高程位置處砌石護(hù)坡局部松動(dòng)且向壩坡外移動(dòng)[7]。數(shù)值計(jì)算和振動(dòng)臺(tái)試驗(yàn)也表明地震中壩體安全與壩頂區(qū)堆石體的穩(wěn)定關(guān)系密切[8]，大壩遭遇強(qiáng)震而發(fā)生破壞時(shí)，破壞將首先從大壩頂部開始，破壞面位置一般在壩頂及上、下游兩側(cè)壩面淺層。

b.震陷。堆石等筑壩料在循環(huán)荷載作用下將產(chǎn)生塑性體積應(yīng)變和塑性剪切應(yīng)變，宏觀表現(xiàn)為壩頂震陷和水平永久變形[9]。若震陷過大，大壩存在庫(kù)水漫頂?shù)奈ｋU(xiǎn)，水平變形過大往往意味著滑坡破壞，此外，永久變形會(huì)使壩體產(chǎn)生縱、橫向裂縫從而破壞壩體剛性建筑物之間的連接，增加滲漏破壞和滑坡的風(fēng)險(xiǎn)。如汶川地震中，紫坪鋪面板堆石壩的主要地震危害是永久變形過大，壩頂出現(xiàn)明顯震陷，震后壩頂豎向殘余變形為744. 3 cm，占?jí)胃叩?. 47%，隨后在余震作用下震陷又有所增加。大壩的殘余變形造成面板與壩體脫開，面板出現(xiàn)了擠壓破壞。根據(jù)實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)，壩體上部產(chǎn)生的殘余沉降占整個(gè)變形的大部分，高程820～850 m之間的壓縮沉降是高程760～790m之間變形的6倍左右[10]。因此，壩頂以下的淺層區(qū)域應(yīng)是土石壩抗震設(shè)計(jì)的關(guān)鍵部位。

1. 2 土石壩抗震措施分析

針對(duì)土石壩滑坡失穩(wěn)和震陷，學(xué)者們提出了一系列的抗震措施[11-12]，主要可分為以下幾類：

a.構(gòu)造措施。包括增加壩頂寬度，增設(shè)馬道，放緩壩坡，適當(dāng)增加壩頂超高，在壩頂區(qū)選用抗剪強(qiáng)度較高的材料，提高壓實(shí)控制標(biāo)準(zhǔn)等。增加壩頂寬度、增設(shè)馬道、放緩壩坡和壩頂選用強(qiáng)度較高的材料主要是為了避免壩頂附近出現(xiàn)滑坡的可能。增加壩頂超高是為了防止大壩震陷過大。提高壓實(shí)控制標(biāo)準(zhǔn)可增大材料的密實(shí)度，減小振動(dòng)過程中出現(xiàn)的孔隙水壓力，提高抗剪強(qiáng)度，并且筑壩料壓實(shí)后殘余應(yīng)變勢(shì)也會(huì)降低，從而減小殘余變形和裂縫。

b.壓重護(hù)坡措施。為了防止壩體出現(xiàn)滑坡失穩(wěn)，可在上、下游壩腳采用大塊石壓重，設(shè)置壓重平臺(tái)。上、下游坡面也可設(shè)置干砌石及大石塊加重護(hù)坡，防止壩面堆石體被震落而危及大壩安全。我國(guó)的瀑布溝、長(zhǎng)河壩、小浪底大壩都在上、下游坡面設(shè)置了大塊石護(hù)坡。

c.加筋措施。加筋措施是指在壩頂以下局部范圍（通常是1/5～1/4壩高）內(nèi)采用現(xiàn)澆混凝土框格梁、土工格柵加筋等方法，通過加筋材料和壩體材料的相互作用提高壩體堆石材料的整體性和穩(wěn)定性。研究表明，這類方法可提高地震過程中壩體的穩(wěn)定性，防止堆石體在振動(dòng)過程中的松動(dòng)、滑移以及滑動(dòng)，尤其是聯(lián)合采用加筋與釘結(jié)技術(shù)可有效防止壩坡的表層和深層滑動(dòng)[8]。同時(shí)，若采用釘結(jié)護(hù)面板，壩坡的穩(wěn)定性將高于一般堆石壩，因此可降低對(duì)壩坡坡度和壩頂寬度的額外要求，從而節(jié)省土石方量。目前加筋措施已在冶勒、糯扎渡等土石壩工程中得到了成功應(yīng)用。

2 高聚物膠凝堆石料技術(shù)原理

根據(jù)對(duì)土石壩地震危害和抗震措施的分析可以發(fā)現(xiàn)，壩頂區(qū)是土石壩抗震的關(guān)鍵部位，強(qiáng)震過程中若壩頂區(qū)堆石體松動(dòng)、咬合力喪失，將在上、下游壩坡頂部發(fā)生淺層滑動(dòng)。基于這一認(rèn)識(shí)，若能對(duì)壩頂局部的堆石料進(jìn)行改性，使其具備更大的黏聚力，將起到較好的抗震效果。曾有學(xué)者嘗試以水泥作為膠凝材料，加入適量水后與堆石拌和，得到類似素混凝土或結(jié)石材料[13]。國(guó)外也有類似的技術(shù)，將河床砂礫以及開挖棄渣加入水泥、粉煤灰膠凝材料和水進(jìn)行簡(jiǎn)易拌和而成膠凝砂礫石[14-15]。摻加水泥后，堆石體的強(qiáng)度提高明顯，靜力條件下不易破壞；但其剛度也有較明顯的增加，將會(huì)進(jìn)一步放大壩頂?shù)牡卣鸱磻?yīng)，而且材料硬化后變脆，抵抗變形的能力下降，不利于高壩的抗震。若能采用柔韌性、抗裂性能較好的膠凝材料，使得堆石料改性后強(qiáng)度提高明顯，剛度變化不大，則可望明顯改善大壩的抗震性能。

高聚物是一種較好的膠凝材料，研究表明固化后的高聚物具有以下特點(diǎn)：①密度處于150～300 kg/ m3之間，是一種輕質(zhì)材料；②力學(xué)性能優(yōu)良，強(qiáng)度隨固化密度的增大而提高，常用注漿密度范圍內(nèi)的抗壓強(qiáng)度約為4～10 MPa，抗拉強(qiáng)度可達(dá)2～4 MPa，具有很好的柔韌性，適應(yīng)變形的能力遠(yuǎn)強(qiáng)于水泥；③防水抗?jié)B性能較好，滲透系數(shù)約為10-8m/ s；④環(huán)保耐久，為非水敏感性材料，長(zhǎng)期不干縮、不變質(zhì)，對(duì)環(huán)境無污染，在表面刷涂料、乳膠漆等涂層保護(hù)，可有效防止材料老化，使用壽命超過50 a，具有耐稀酸、耐稀堿、耐油等優(yōu)點(diǎn)。

由于高聚物具有以上良好的材料特性，可將其作為膠凝材料對(duì)堆石體進(jìn)行改性，即在壩體填筑完成后，通過高壓注漿系統(tǒng)和注漿導(dǎo)管將雙組份高聚物材料注入壩頂及壩坡以下的局部范圍，材料發(fā)生化學(xué)反應(yīng)后漿體材料體積膨脹并形成泡沫狀固體，從而在相應(yīng)部分形成高聚物膠凝堆石區(qū)，通過高聚物填充孔隙、膠結(jié)堆石粗顆粒的作用達(dá)到增強(qiáng)材料整體性、提高強(qiáng)度、改善變形性能，以及提高大壩強(qiáng)抗震能力的目的。

3 高聚物膠凝堆石料力學(xué)性能

3. 1 靜力性能

為研究高聚物對(duì)材料靜力性能的影響，采用中三軸儀（試樣尺寸100 mm×200 mm）進(jìn)行堆石料和高聚物膠凝堆石料試樣固結(jié)排水剪切試驗(yàn)。試驗(yàn)所采用堆石的平均粒徑d50為5 mm，不均勻系數(shù)Cu為21. 9，曲率系數(shù)Cc為2. 53，高聚物質(zhì)量比（高聚物與堆石料質(zhì)量之比）Rp為4%。

圖1給出了不同圍壓σc下堆石料和高聚物膠凝堆石料的偏應(yīng)力軸向應(yīng)變關(guān)系曲線。試驗(yàn)結(jié)果表明，摻加高聚物后，從剪切初始到結(jié)束高聚物膠凝堆石料的偏應(yīng)力軸向應(yīng)變曲線均高于相同圍壓下堆石料的偏應(yīng)力軸向應(yīng)變曲線，其原因在于高聚物膠凝材料填充了堆石料孔隙并將堆石料顆粒黏結(jié)在一起，增大了顆粒重排列的阻力，減少了顆粒破碎的發(fā)生幾率，約束了堆石料的變形，因而使堆石料抗剪性能提高。另一方面，高聚物膠凝堆石料偏應(yīng)力的峰值大于相同圍壓條件下堆石料偏應(yīng)力的峰值，高聚物膠凝材料對(duì)提高堆石料的抗剪性能是有利的[16]。

圖1高聚物膠凝堆石料靜力偏應(yīng)力軸向應(yīng)變關(guān)系曲線

高聚物膠凝堆石料和堆石料的非線性強(qiáng)度包線見圖2。試驗(yàn)結(jié)果表明，與堆石料相似，高聚物膠凝堆石料的強(qiáng)度仍可按Mohr-Columb強(qiáng)度準(zhǔn)則確定。高聚物膠凝材料加固前后的堆石料強(qiáng)度包線基本平行，表明高聚物能有效提高材料的黏聚力，對(duì)摩擦角無明顯影響。根據(jù)表1中的線性強(qiáng)度準(zhǔn)則擬合結(jié)果，摻加高聚物后材料的黏聚力增大為原來的7. 5倍。若考慮堆石料的摩擦角隨圍壓的變化，則可采用Duncan等[17]建議的非線性強(qiáng)度準(zhǔn)則對(duì)強(qiáng)度包線進(jìn)行擬合，相關(guān)結(jié)果也列于表1中，表中c為黏聚力，φ為內(nèi)摩擦角，φ0為試驗(yàn)圍壓為1個(gè)大氣壓時(shí)的內(nèi)摩擦角，Δφ為內(nèi)摩擦角增量。非線性強(qiáng)度準(zhǔn)則的擬合結(jié)果同樣表明，高聚物的加入大幅度提高了堆石料的黏聚力，本次試驗(yàn)中提高了103 kPa，內(nèi)摩擦角隨高聚物的加入略有提高，但提高幅度不大。

圖2 高聚物膠凝堆石料非線性強(qiáng)度包線

表1 高聚物膠凝堆石料靜力強(qiáng)度指標(biāo)

3. 2 動(dòng)力性能

圖3 高聚物膠凝堆石料動(dòng)彈性模量試驗(yàn)結(jié)果

圖3（a）是圍壓σc＝300 kPa、固結(jié)比Kc＝1. 5條件下中等動(dòng)三軸試驗(yàn)得到的高聚物膠凝堆石料骨干曲線。由圖3可知，摻加高聚物后（Rp＝4%），材料的骨干曲線要高于未摻加高聚物的情況，但兩者的形狀是類似的，均可使用雙曲線擬合，Hardin模型等常用的本構(gòu)關(guān)系仍然適用。

圖3（b）給出了高聚物膠凝材料加固前、后堆石料的動(dòng)彈性模量衰減曲線和阻尼比變化曲線，結(jié)果表明摻加高聚物后，堆石料的動(dòng)彈性模量有所提高，阻尼比有所下降。但彈性模量變化的幅度要明顯小于強(qiáng)度的變化。根據(jù)試驗(yàn)結(jié)果，摻加高聚物后材料的最大動(dòng)彈性模量約提高了20%；當(dāng)剪應(yīng)變較大時(shí)，高聚物對(duì)材料動(dòng)彈性模量的影響已很小。這表明高聚物膠凝堆石料在顯著提高材料強(qiáng)度（黏聚力）的同時(shí)，仍然保持了較好的適應(yīng)變形的能力。

圖4（a）和（b）分別是圍壓σc＝300 kPa、固結(jié)比Kc＝1. 5時(shí)不同動(dòng)應(yīng)力水平下殘余剪切應(yīng)變和殘余體積應(yīng)變隨振次的變化關(guān)系。試驗(yàn)結(jié)果表明，由于堆石料粗顆粒之間的高聚物起到了膠凝作用，減小了顆粒與顆粒之間的滑移變形，殘余剪切應(yīng)變大幅度減小，約為堆石料的5%。同樣，殘余體積應(yīng)變也有較大幅度的減小，高聚物膠凝堆石料動(dòng)應(yīng)力為40%圍壓、加載30循環(huán)周次的殘余體積應(yīng)變約為0. 09%，而堆石料的殘余體積應(yīng)變則為0. 51%。隨著動(dòng)應(yīng)力水平Rd的增加，高聚物膠凝堆石料的殘余應(yīng)變有所增加，但增加的幅度小于堆石的增幅。綜上可知，采用高聚物膠凝堆石料可以顯著減小地震作用下壩體的永久變形。

圖4 高聚物膠凝堆石料殘余變形特性

4 高聚物膠凝堆石料抗震技術(shù)效果分析

4. 1 工程概況

某典型心墻堆石壩壩體分區(qū)如圖5所示，壩高291 m，正常蓄水位281 m，上、下游邊坡均為1：2。建議在壩頂區(qū)1/5壩高范圍內(nèi)進(jìn)行高聚物注漿，高聚物質(zhì)量比為4%。采用二維動(dòng)力有限元法分析高聚物膠凝堆石對(duì)大壩抗震性能的影響[18-19]。靜力計(jì)算采用E-B模型，動(dòng)力計(jì)算采用等效線性模型進(jìn)行計(jì)算，模型參數(shù)如表2和表3所示。表中K為模量系數(shù)；n為動(dòng)模量指數(shù)；Rf為破壞應(yīng)力比；ρ為密度；k1，k2為動(dòng)模量系數(shù)?；鶐r水平輸入加速度峰值為0. 29 g，豎直方向加速度取水平方向的2/3，加速度時(shí)程曲線和反應(yīng)譜如圖6所示，其中地震波A為某工程的場(chǎng)地波，地震波B為EI-Centro波。動(dòng)剪切模量和阻尼比隨剪應(yīng)變的關(guān)系按沈珠江模型確定，分別如式（1）、式（2）所示：其中式中：G為動(dòng)剪切模量；γd為動(dòng)剪應(yīng)變；Pa為大氣壓；σ為平均應(yīng)力。

式中：λ為阻尼比；λmax為最大阻尼比；-γd為歸一化動(dòng)剪應(yīng)變。

圖5 土石壩壩體分區(qū)示意圖

表2 靜力計(jì)算參數(shù)

圖6 地震波加速度時(shí)程曲線和反應(yīng)譜

高土石壩永久變形計(jì)算采用沈珠江殘余變形模型[20]，計(jì)算參數(shù)見表4，殘余體積應(yīng)變?chǔ)舦r和殘余剪應(yīng)變?chǔ)胷的增量形式如下所示：式中：c1、c2、c3、c4、c5為永久變形計(jì)算試驗(yàn)擬合參數(shù)；Sl為應(yīng)力水平；N為加載周數(shù)。

表4 永久變形計(jì)算參數(shù)

4. 2 結(jié)果分析

a.加速度分布。圖7為地震波A作用下水平向加速度分布示意圖，不同地震波工況下的地震反應(yīng)規(guī)律基本一致，動(dòng)力響應(yīng)及穩(wěn)定性計(jì)算結(jié)果見表5。從圖7和表5可以看出，高聚物加固前后壩體加速度分布規(guī)律基本一致，即加速度反應(yīng)隨著高程的增大而增大，在壩頂達(dá)到最大值。高聚物膠凝堆石區(qū)的加速度響應(yīng)小于加固前的情況，特別是在壩頂部位降低相對(duì)較為明顯，最大值由原來的5. 4m/ s2降低為5. 0 m/ s2，降低了約8%。這主要是由于壩頂堆石體注漿后動(dòng)剪切模量增大，在地震荷載作用下堆石體抵抗變形的能力增強(qiáng)，加速度響應(yīng)有所降低。

圖7 土石壩水平向加速度分布（單位：m/ s2）

表5 壩體動(dòng)力響應(yīng)及穩(wěn)定性計(jì)算結(jié)果

b.永久變形分析。圖8為地震波A作用下土石壩永久變形分布示意圖，不同地震波工況下的地震反應(yīng)規(guī)律基本一致，豎向永久變形最大值見表5。從圖8可以看出，高聚物加固前后壩體豎向永久變形分布規(guī)律基本一致，加固后壩體整體永久變形有所降低，隨著高程增大加固前后永久變形差異逐漸增大，向下游的順河向永久變形最大值位于下游堆石頂部，分別為0. 89m和0. 85 m；豎向永久變形最大值均位于下游堆石體頂部，分別為1. 20 m和1. 15 m，最大值降低約4. 2%。加固前后永久變形差異不大，這主要是由于加固區(qū)范圍較小。

圖8 土石壩豎向永久變形分布（單位：m）

c.壩坡穩(wěn)定性分析。圖9給出了地震波A作用下大壩加固前后地震過程中的危險(xiǎn)滑弧位置及對(duì)應(yīng)的最小安全系數(shù)Fs，不同地震波工況下的地震反應(yīng)規(guī)律基本一致，最小安全系數(shù)見表5。從圖9可以看出，由于加固后壩頂附近的動(dòng)力響應(yīng)有所下降，而高聚物膠凝堆石的黏聚力遠(yuǎn)高于純堆石，加固后穩(wěn)定安全系數(shù)由原來的1. 94增加到2. 13，提高了約10%，且最危險(xiǎn)滑弧深度和范圍明顯增加，減小了壩面發(fā)生淺層破壞的可能，如果進(jìn)一步提高高聚物含量，或在壩坡淺層也采用高聚物膠凝材料，大壩的抗震穩(wěn)定性還將進(jìn)一步提高。

圖9 加固前后土石壩危險(xiǎn)滑弧位置

5 結(jié) 論

a.壩頂及壩坡淺層是土石壩抗震設(shè)計(jì)中的關(guān)鍵部位，提高這些區(qū)域材料的整體性是提高大壩抗震能力的重要措施。

b.高聚物具有良好的材料性能，可將其作為膠凝材料對(duì)堆石料進(jìn)行改性。改性后的堆石料的強(qiáng)度特性仍符合Mohr-Columb強(qiáng)度準(zhǔn)則，摻加高聚物后，堆石料的黏聚力明顯增加，摩擦角變化很小。

c.加入高聚物后，堆石料的動(dòng)彈性模量增加，阻尼比減小。高聚物對(duì)動(dòng)彈性模量的影響在動(dòng)應(yīng)變水平較低時(shí)相對(duì)顯著，兩者之間的差異約為20%；當(dāng)動(dòng)應(yīng)變較大時(shí)，高聚物對(duì)材料動(dòng)彈性模量的影響已很小。

d.高聚物的膠凝作用減小了顆粒與顆粒之間的滑移變形，動(dòng)荷載作用之下的殘余應(yīng)變大幅度減小，殘余應(yīng)變隨加載循環(huán)周次、動(dòng)應(yīng)力水平增加的幅度也小于純堆石料的情況。

e.某典型高土石壩的數(shù)值計(jì)算結(jié)果表明，在壩頂局部區(qū)域采用高聚物膠凝堆石料后，壩頂?shù)姆逯导铀俣认陆盗?%，壩坡淺層的抗滑安全系數(shù)增加了10%，壩體豎向永久變形有所降低，最大值降低約4. 2%。

參考文獻(xiàn)：

[ 1 ]豐土根，楊貴.高土石壩抗震性態(tài)分析與災(zāi)害對(duì)策研究[J].災(zāi)害學(xué)，2010，25（3）：42-48.（FENG Tugen，YANG Gui. Seismic performance analysis and disaster countermeasures of high earth-rock dams[J]. Journal of Catastrophology，2010，25（3）：42-48.（in Chinese））

[ 2 ]朱晟.土石壩地震危害與抗震安全[J].水力發(fā)電學(xué)報(bào)，2012，30（6）：40-51.（ZHU Sheng. Earthquake-induced damage and aseismic safety of earth-rock dam[J]. Journal of Hydroelectric Engineering，2012，30（6）：40-51.（in Chinese））

[ 3 ]徐建國(guó)，王復(fù)明，鐘燕輝，等.靜動(dòng)力荷載下土石壩高聚物防滲墻受力特性分析[J].巖土工程學(xué)報(bào)，2012，34 （9）：1699-1704.（XU Jianguo，WANG Fuming，ZHONG Yanhui，et al. Stress analysis of polymer diaphragm wall for earth-rock dams under static and dynamic loads [ J]. Chinese Journal of Geotoechnical Engineering，2012，34 （9）：1699-1704.（in Chinese））

[ 4 ]邊學(xué)成，程翀，王復(fù)明，等.高速鐵路路基沉降高聚物注漿修復(fù)后動(dòng)力性能及長(zhǎng)期耐久性的試驗(yàn)研究[J].巖土工程學(xué)報(bào)，2014，36（3）：562-568.（BIAN Xuecheng，CHENG Chong，WANG Fuming，et al. Experimental study on dynamic performance and long-term durability of highspeed railway subgrade rehabilitated by polymer injection technology [ J ]. Chinese Journal of Geotechnical Engineering，2014，36（3）：562-568.（in Chinese））

[ 5 ]楊星，劉漢龍，余挺，等.高土石壩地震危害與抗震措施評(píng)述[J].防災(zāi)減災(zāi)工程學(xué)報(bào)，2009，29（5）：583-590. （YANG Xing，LIU Hanlong，YU Ting，et al. Review on seismic disasters and aseismic measures of high earth and rockfill dams [ J]. Journal of Disaster Prevention and Mitigation Engineering，2009，29（5）：583-590.（in Chinese））

[ 6 ]李宏恩，李錚，何勇軍.水庫(kù)工程病險(xiǎn)成因典型實(shí)例分析[J].水利水電科技進(jìn)展，2014，34（6）：66-69.（LI Hongen，LI Zheng，HE Yongjun. Typical case study on danger cause of reservoir engineering [J]. Advances in Science and Technology of Water Resources，2014，34 （6）：66-69.（in Chinese））

[ 7 ]陳生水，霍家平，章為民.“5·12”汶川地震對(duì)紫坪鋪混凝土面板壩的影響及原因分析[J].巖土工程學(xué)報(bào)，2008，30（6）：795-801.（CHEN Shengshui，HUO Jiaping，ZHANG Weimin. Analysis of effects of“5. 12”Wenchuan earthquake on Zipingpu concrete face rockfill dam[J]. Chinese Journal of Geotechnical Engineering，2008，30 （6）：795-801.（in Chinese））

[ 8 ]孔憲京，鄒德高，鄧學(xué)晶，等.高土石壩綜合抗震措施及其效果的驗(yàn)算[J].水利學(xué)報(bào)，2006，37（12）：1489-1495.（KONG Xianjing，ZOU Degao，DENG Xuejing，et al. Comprehensive earthquake resistant measure of high earth-rockfill dams and effectiveness verification [ J]. Journal of Hydraulic Engineering，2006，37（12）：1489-1495.（in Chinese））

[ 9 ]劉漢龍，費(fèi)康.考慮殘余體應(yīng)變的土石壩地震永久變形分析[J].巖土力學(xué)，2013，34（6）：1687-1695.（LIU Hanlong，F(xiàn)EI Kang. Analysis of earthquake induced permanent deformation of rockfill dam considering residual volumetric strain[J]. Rock and Soil Mechanics，2013，34 （6）：1687-1695.（in Chinese））

[10]章為民，王年香，顧行文，等.土石壩壩頂加固的永久變形機(jī)理及其離心模型試驗(yàn)驗(yàn)證[J].水利水運(yùn)工程學(xué)報(bào)，2011（1）：22-27.（ZHANG Weimin，WANG Nianxiang，GU Xingwen，et al. Deformation mechanism study of top reinforcement of the earth-rock-fill dam and its verification by the centrifuge model test[J]. Hydroscience and Engineering，2011（1）：22-27.（in Chinese））

[11]劉漢龍.土動(dòng)力學(xué)與土工抗震研究進(jìn)展綜述[J].土木工程學(xué)報(bào)，2012，45（4）：148-164.（LIU Hanlong. A review of recent advances in soil dynamics and geotechnical earthquake engineering [ J ]. China Civil Engineering Journal，2012，45（4）：148-164.（in Chinese））

[12] GAZETAS G，DAKOULAS P. Seismic analysis and design of rockfill dams：state-of-the-art[J]. Soil Dynamics and Earthquake Engineering，1992，11（1）：27-61.

[13]唐新軍，陸述遠(yuǎn).膠結(jié)堆石料的力學(xué)性能初探[J].武漢水利電力大學(xué)學(xué)報(bào)，1997，30（6）：15-18.（TANG Xingjun，LU Shuyuan. Preliminary research on mechanical behaviors of cemented rockfill material[J]. Journal Wuhan University of Hydraulic and Electrical Engineering，1997，30（6）：15-18.（in Chinese））

[14] HIROSE T，F(xiàn)UJISAWA T，YOSHIDA H. Concept of CSG and its material properties[C] / / Proceedings of the 4th International Symposium on Roller Compacted Concrete Dams. Madrid：[s. n. ]，2003：465-473.

[15] LONDE P，LINO M. The faced symmetrical hardfill dam：a new concept for RCC[J]. International water power＆dam construction，1992，44（2）：19-24.

[16]劉平，劉漢龍，肖楊，等.高聚物膠凝堆石料靜力特性試驗(yàn)研究[J].巖土力學(xué)，2015，36（3）：749-754.（LIU Ping，LIU Hanlong，XIAO Yang，et al. Experimental study on mechanical properties of the PFA-reinforced rockfill materials[J]. Rock and Soil Mechanics，2015，36（3）：749-754.（in Chinese））

[17] DUNCAN J M，BYRNE P，WONG K S，et al. Strength，stress-strain and bulk modulus parameters for finite element-analysis of stress and movements in soil masses [R]. California：University of California，Berkeley，1978.

[18] YANG Gui，LIU Kunlin，LIU Yanchen. Research on the maximum anti-seismic capability of high earth rock-fill dam under strong earthquake [ J]. Disaster Advances，2013，6（Sup1）：9-15.

[19]徐精明，張麟.地震動(dòng)反應(yīng)譜對(duì)土石壩二維地震反應(yīng)的影響[J].河海大學(xué)學(xué)報(bào)（自然科學(xué)版），2007，35（3）：305-308.（XU Jingming，ZHANG Lin. Influence of input seismic load response spectrum on 2D seismic response of earth-rock dams[J]. Journal of Hohai University（Natural Sciences），2007，35（3）：305-308.（in Chinese））

[20]沈珠江，徐剛.堆石料的動(dòng)力變形特性[J].水利水運(yùn)科學(xué)研究，1996，6（2）：143-150.（SHEN Zhujiang，XU Gang. Deformation behavior of rock materials under cyclic loading[J]. Hydro-Science and Engineering，1996，6（2）：143-150.（in Chinese））

Use of polyurethane foam adhesive-reinforced rockfill material to improve seismic behavior of earth-rockfill dam/ /

LIU Hanlong1，2，F(xiàn)EI Kang1，3，YANG Gui1，LIU Ping1（1. College of Civil and Transportation Engineering，Hohai University，Nanjing 210098，China；2. College of Civil Engineering，Chongqing University，Chongqing 400045，China；3. Institute of Geotechnical Engineering，Yangzhou University，Yangzhou 225127，China）

Abstract：In order to improve the integrity and strength of rockfill material as well as the seismic stability of earth-rockfill dams，a new technique of using polyurethane foam adhesive（PFA）-reinforced rockfill material to reinforce the shallow zone beneath the dam crest and slope，based on analysis of seismic disasters and aseismic measures of high earth-rockfill dams，is presented. The effects of PFA on the mechanical behavior of rockfill material were studied through static and dynamic triaxial tests. The test results show that PFA significantly increases the cohesion of rockfill material，slightly increases the dynamic elastic modulus of rockfill material，and significantly reduces the residual strain of rockfill material. The PFA-reinforced rockfill material show good seismic behavior. The numerical results regarding a high earth-rockfill dam show that，after use of the proposed technique，the minimum safety factor against sliding during an earthquake is increased by 10%，indicating that the seismic stability of the dam is improved.

Key words：PFA-reinforced rockfill materials；earth-rockfill dam；seismic behavior；shear strength；dynamic elastic modulus；residual strain

收稿日期：（2014 10 29 編輯：駱超）

作者簡(jiǎn)介：劉漢龍（1964—），男，教授，博士，主要從事堤壩工程與樁基工程等研究。E-mail：hliuhhu@163. com

基金項(xiàng)目：長(zhǎng)江學(xué)者和創(chuàng)新團(tuán)隊(duì)發(fā)展計(jì)劃資助（IRT1125）；江蘇省自然科學(xué)基金（BK20141279）；水文水資源與水利工程科學(xué)國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室開放研究基金（2012491111）

中圖分類號(hào)：TU411

文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A

文章編號(hào)：1006 7647（2016）01 0060 06