小浪底土石壩心墻拱效應(yīng)分析

喻和平　江雄　張聰　曹磊　曹婷

摘要：結(jié)合小浪底大壩監(jiān)測資料，基于有效應(yīng)力算法，采用一個能表征心墻拱效應(yīng)強(qiáng)弱的評價指標(biāo)，對大壩心墻拱效應(yīng)進(jìn)行計算。結(jié)果表明：施工期拱效應(yīng)系數(shù)變化較穩(wěn)定，豎向范圍內(nèi)壩體上部的拱效應(yīng)比下部顯著，同一高程拱效應(yīng)系數(shù)中間部位最小，向上游和向下游逐漸增大，土壓力呈馬鞍形分布，心墻中部附近土壓力最?。贿\(yùn)行期同一高程拱效應(yīng)從上游到下游依次減弱，拱效應(yīng)系數(shù)主要受庫水位和土體固結(jié)排水因素的影響，短期內(nèi)受庫水位影響大，長期則受土體固結(jié)排水的影響，拱效應(yīng)系數(shù)的變化與庫水位變化正相關(guān)，從總體趨勢看，拱效應(yīng)系數(shù)在緩慢減小；所有測點拱效應(yīng)系數(shù)均大于零，說明壩體處于安全狀態(tài)。

關(guān)鍵詞：拱效應(yīng)系數(shù)；土石壩心墻；填筑高程；庫水位；小浪底大壩

水利工程中，土石壩心墻填筑料與壩殼料相比存在不同的壓縮性，不同材料間沉降量和沉降時間的差異。使得心墻和壩殼交接處產(chǎn)生剪應(yīng)力。而剪應(yīng)力的存在會阻止心墻繼續(xù)沉降，此時壩殼處類似于一個拱腳，因而產(chǎn)生心墻拱效應(yīng)。產(chǎn)生拱效應(yīng)時，壩殼處所受壓應(yīng)力增大，下部繼續(xù)沉陷，心墻將產(chǎn)生拉應(yīng)力區(qū)，若產(chǎn)生的拉應(yīng)力超過心墻介質(zhì)的抗拉強(qiáng)度時，就會產(chǎn)生裂縫，危及壩體安全。目前，隨著國內(nèi)越來越多土石壩尤其是高土石壩的建設(shè)，如何合理評估其心墻拱效應(yīng)是十分重要且復(fù)雜的問題。小浪底大壩是國內(nèi)已建成的斜心墻高堆石壩，對其拱效應(yīng)進(jìn)行分析研究具有重要意義。本文基于小浪底大壩施工、運(yùn)行期的心墻應(yīng)力監(jiān)測資料。分別探討大壩施工期和運(yùn)行期心墻拱效應(yīng)特征，以期對高土石壩心墻拱效應(yīng)理論、高土石壩的運(yùn)行及管理提供借鑒。

1工程概況

小浪底水庫位于河南省洛陽市北40 km處的黃河干流上，水庫最高運(yùn)用水位275 m，設(shè)計總庫容126.5億m3，壩體總填筑量5 184.7萬m3，壩基總開挖量770萬m3。攔河大壩為壤土斜心墻堆石壩，壩體斜心墻防滲料主要由粉質(zhì)黏土組成，防滲墻頂端設(shè)有高塑性土區(qū)，壩殼由堆石體構(gòu)成。設(shè)計最大壩高154 m，右岸深槽實際施工最大壩高達(dá)160 m，壩頂長度為1 667 m，壩頂寬度15 m，壩底最大寬度864 m，上下游壩坡分別為1：2.6（下部1：3.5）和1：1.75，河床段壩基處于深厚砂礫石之上，砂礫覆蓋層厚70-80 m。1991年9月，小浪底水利樞紐前期工程開工，1994年9月主體工程開工，1997年10月28日實現(xiàn)大河截流，1999年年底第一臺機(jī)組發(fā)電，2001年12月31日全部竣工，總工期11 a。