丹巴水電站右1#壩段壩基穩(wěn)定二維地質(zhì)力學(xué)模型驗(yàn)證性破壞試驗(yàn)

楊庚鑫，楊寶全 ，張 林 ，陳 媛，陳建葉

（1.國(guó)電大渡河水電開發(fā)有限公司，四川 成都 610000；2.四川大學(xué) 水利水電學(xué)院，四川 成都 610065；3.水力學(xué)與山區(qū)河流開發(fā)保護(hù)國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，四川 成都 610065）

1 研究背景

大渡河流域的一大批水電站工程相繼進(jìn)入規(guī)劃、設(shè)計(jì)和建設(shè)階段，如丹巴水電站、金川水電站、雙江口水電站和沙坪水電站等[1]，這些水電站均建設(shè)在高山峽谷、高地應(yīng)力和高地震烈度區(qū)，壩基中往往存在深厚覆蓋層、斷層、節(jié)理裂隙和破碎帶等復(fù)雜地質(zhì)構(gòu)造，使得壩基穩(wěn)定問題成為目前大渡河流域水電開發(fā)中最為關(guān)心的問題。壩基穩(wěn)定性分析的主要方法有剛體極限平衡法、有限元法和地質(zhì)力學(xué)模型試驗(yàn)法等。剛體極限平衡法通過分析壩基巖體在破壞時(shí)的平衡來求得安全系數(shù)，概念清晰，計(jì)算簡(jiǎn)單，并且具有長(zhǎng)期工程實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)[2-3]；有限元法突出的優(yōu)點(diǎn)是適應(yīng)性強(qiáng)，能解決各種非線性、非均勻和復(fù)雜邊界等問題，通過分析壩基巖體和軟弱帶的屈服區(qū)和點(diǎn)安全等，來研究壩基的穩(wěn)定性[4-5]；地質(zhì)力學(xué)模型是按照一定的相似原理對(duì)工程進(jìn)行縮尺研究的試驗(yàn)方法[6-13]，能夠較準(zhǔn)確地反映出地質(zhì)構(gòu)造與工程結(jié)構(gòu)的空間關(guān)系，模擬壩基巖體、上部結(jié)構(gòu)的破壞全過程，得到地基的極限承載能力，通過分析破壞機(jī)理，得出模型的穩(wěn)定安全系數(shù)，進(jìn)行工程的安全性評(píng)價(jià)。

丹巴水電站將是國(guó)內(nèi)首座建在深厚覆蓋層上壩高超過40 m的閘壩，壩址區(qū)以深厚覆蓋層為主，壩基穩(wěn)定問題十分突出。本文采用二維地質(zhì)力學(xué)模型破壞試驗(yàn)方法，對(duì)地質(zhì)條件最為復(fù)雜的右1#壩段進(jìn)行地基穩(wěn)定性研究，在模型中模擬1#壩段及其基礎(chǔ)覆蓋層的結(jié)構(gòu)特征和力學(xué)特性，同時(shí)對(duì)深層、淺層固結(jié)灌漿及回填層等加固方案進(jìn)行模擬，通過超載法破壞試驗(yàn)獲得壩與地基變形分布特征，揭示破壞形態(tài)與破壞機(jī)理，提出壩與地基在各階段的超載安全系數(shù)，綜合評(píng)價(jià)右1#壩段的安全性，以期為工程后期的設(shè)計(jì)、施工和加固處理方案的優(yōu)化提供依據(jù)。

2 工程概況及地質(zhì)構(gòu)造分析

丹巴水電站位于四川省甘孜藏族自治州丹巴縣境內(nèi)，是大渡河干流水電規(guī)劃“三庫(kù)22級(jí)”的第8級(jí)電站。丹巴閘壩壩高42 m，總庫(kù)容約0.5億m3，總裝機(jī)1196.6 MW。壩址區(qū)為深厚覆蓋層，其成因復(fù)雜，主要以沖洪積、泥石流堆積和堰塞河湖相沉積為主，從河床覆蓋層自下而上大致可分為5層：第①層漂（塊）卵（碎）石層；第②層粉土、粉砂層；第③層漂（塊）卵（碎）礫石層；第④層沖洪積與泥石流堆積層；第⑤層砂卵礫石層。其中第④層局部出露地表，第⑤層分布于河床表部，連續(xù)但厚度較小。這些覆蓋層地基變形模量較低，地基壓縮性大，這樣的地質(zhì)條件會(huì)使壩與地基產(chǎn)生較大的不均勻沉降，對(duì)壩體應(yīng)力產(chǎn)生不良的影響，降低壩與地基的整體穩(wěn)定性，并對(duì)工程的安全性造成不利影響，因此需對(duì)地基進(jìn)行加固處理。工程設(shè)計(jì)中對(duì)覆蓋層地基初步的加固處理方案為：閘室及兩岸擋水壩基礎(chǔ)覆蓋層防滲采用混凝土防滲墻，為滿足覆蓋層基礎(chǔ)承載要求，挖除淺表部的第⑤層和第④層，回填有級(jí)配要求的石渣料，并進(jìn)行深、淺層的固結(jié)灌漿，淺層固灌深度15 m，深層固灌最大深度70 m。閘址部位覆蓋層地質(zhì)剖面如圖1所示。

圖1 閘址部位覆蓋層地質(zhì)剖面

3 地質(zhì)力學(xué)模型破壞試驗(yàn)方法

3.1 模型相似理論地質(zhì)力學(xué)模型試驗(yàn)是一種非線性的破壞試驗(yàn)[14-15]，必須要符合破壞試驗(yàn)的相似條件，尤其是考慮到需要模擬出壩基巖體（土）特性以及其中的斷層、破碎帶、剪切帶及節(jié)理裂隙等，其相似要求更為復(fù)雜，不僅要滿足工程結(jié)構(gòu)及巖體（土）模型與原型之間在線彈性階段的相似要求，還要滿足破壞階段的相似要求，即：（1）壩體、壩基巖體（土）及主要地質(zhì)構(gòu)造的幾何條件滿足相似要求；（2）模型材料的變形模量、抗拉強(qiáng)度、抗壓強(qiáng)度與原型相似，材料的應(yīng)力與應(yīng)變關(guān)系滿足相似；（3）主要的地質(zhì)構(gòu)造面、覆蓋層地基的抗剪斷強(qiáng)度f(wàn)′與c′滿足相似；（4）施加在模型上的自重、水沙荷載需要與原型保持相似。具體需要滿足以下相似關(guān)系：

當(dāng)Cγ=1時(shí)，則有：

式中：CE、Cγ、CL、Cσ、Cδ及CF分別為變形模量、容重、幾何尺寸、應(yīng)力、位移及荷載的相似比；Cμ、Cε、Cf及Cc分別為泊松比、應(yīng)變、摩擦系數(shù)及凝聚力的相似比。

結(jié)合壩址區(qū)河床的地形特點(diǎn)、壩基主要地質(zhì)特點(diǎn)、右1#擋水壩段的結(jié)構(gòu)特征和模型槽要求等多種因素綜合分析，確定幾何比尺CL=100，模型尺寸為1.73 m×0.23 m×1.08 m（順河向×橫向×高度），相當(dāng)于原型工程173 m×23 m×108 m范圍。根據(jù)模型相似原理，確定容重比Cγ=1，變形模量比CE=100。根據(jù)相似關(guān)系研制模型材料，建立右1#壩段的二維地質(zhì)力學(xué)模型。這里需要說明的是，重力壩二維地質(zhì)力學(xué)模型方法能直觀地展示大壩與地基的破壞過程、破壞形態(tài)，獲得大壩與壩基的變形分布特征，是研究重力壩抗滑穩(wěn)定問題的重要方法，但由于其未能考慮橫河向的約束，壩基揚(yáng)壓力一般也只能通過等效模擬的方法進(jìn)行考慮[16]，未能考慮地震荷載等，因此其具有一定的局限性，由試驗(yàn)獲得的成果評(píng)定的壩基安全性總體偏于安全，但其成果可以作為工程設(shè)計(jì)中的重要參考。

3.2 超載法破壞試驗(yàn)超載法試驗(yàn)是地質(zhì)力學(xué)模型試驗(yàn)中最常用的一種試驗(yàn)方法，其主要考慮了大壩上游水荷載出現(xiàn)超載情況對(duì)大壩與地基整體穩(wěn)定的影響，長(zhǎng)期以來為人們所接受和采用，在工程實(shí)踐中得到普遍應(yīng)用。超載法的超載方式有三角形超載法（增大上游水容重）和梯形超載法（加高上游水位）兩種，兩種超載方式如圖2所示?？紤]到在實(shí)際工程運(yùn)行中，上游水位不會(huì)無限加高，而汛期洪水對(duì)壩體的瞬時(shí)沖擊會(huì)導(dǎo)致上游壩面應(yīng)力出現(xiàn)超載情況，所以三角形超載較階梯超載更符合工程實(shí)際，同時(shí)也便于在試驗(yàn)中加載。因此，目前在超載試驗(yàn)中通常按三角形荷載進(jìn)行超載。本文試驗(yàn)采用三角形超載法對(duì)上游水荷載進(jìn)行超載，以研究右1#壩段壩基的穩(wěn)定性問題。

圖2 水壓力超載方式

文獻(xiàn)[17-18]中，通過緊水灘、龍羊峽、二灘、李家峽、拉西瓦、小灣、溪洛渡、錦屏一級(jí)和楊房溝等多個(gè)高拱壩工程的地質(zhì)力學(xué)模型超載法試驗(yàn)研究，提出了基于3K理論的大壩安全度評(píng)價(jià)方法，即采用水壓力超載系數(shù)K1、K2、K3綜合評(píng)價(jià)大壩穩(wěn)定性，其中，K1為起裂超載安全系數(shù)，由壩踵開始出現(xiàn)裂縫時(shí)的水壓力超載系數(shù)確定；K2為非線性變形超載安全系數(shù)，由下游壩面開始出現(xiàn)裂縫時(shí)的水壓力超載系數(shù)確定；K3為極限承載能力超載安全系數(shù)，由壩與壩基喪失承載能力時(shí)水壓力超載系數(shù)確定。超載法試驗(yàn)技術(shù)和評(píng)價(jià)指標(biāo)已引入工程設(shè)計(jì)與規(guī)范中，應(yīng)用廣泛。本文也參考該評(píng)價(jià)指標(biāo)進(jìn)行丹巴水電站右1#壩段的穩(wěn)定性評(píng)價(jià)。

3.3 壩體與壩基覆蓋層、加固層的模擬丹巴水電站右1#壩段工程最大的特點(diǎn)是基礎(chǔ)的深厚覆蓋層，壩體與地基的變形模量差異大，因此本文模型試驗(yàn)重點(diǎn)模擬壩基內(nèi)回填料（天然區(qū)）、回填料（固結(jié)灌漿區(qū)）、③-1（天然區(qū)）、③-1（淺層固結(jié)灌漿區(qū)）、③-1（深層固結(jié)灌漿區(qū)）、③透（天然區(qū)）、③透（淺層固結(jié)灌漿區(qū)）、③透（深層固結(jié)灌漿區(qū)）、碎塊石（崩積相）天然區(qū)、碎塊石（崩積相）深層固結(jié)灌漿區(qū)，共10個(gè)地質(zhì)區(qū)域，如圖3所示。

圖3 壩基覆蓋層、加固層情況及位移監(jiān)測(cè)點(diǎn)布置

丹巴右1#壩段模型壩坯澆筑的加重料采用重晶石粉，膠結(jié)劑用少量石膏粉，稀釋劑為水，摻適量的添加劑，體形依據(jù)原型壩體設(shè)計(jì)，配合比根據(jù)壩體混凝土材料的設(shè)計(jì)力學(xué)指標(biāo)選定。壩體采用整體澆筑的方式，先制作矩形的模具用混合料澆筑成壩坯，待干燥后根據(jù)設(shè)計(jì)體型對(duì)壩體進(jìn)行精修，當(dāng)壩基砌筑到建基面時(shí)，進(jìn)行安裝、定位，根據(jù)大壩與基礎(chǔ)的抗剪斷強(qiáng)度將壩體粘接到壩基上。各類壩基模型材料的物理力學(xué)參數(shù)見表1。壩址區(qū)各類覆蓋層、加固層的物理力學(xué)參數(shù)根據(jù)相似關(guān)系換算得到，并從力學(xué)相似的角度開展材料試驗(yàn)，選配模型材料，分別研制了壩體、覆蓋層、透水層和加固層等模型材料。各類壩基材料采用以重晶石粉為主，高標(biāo)號(hào)機(jī)油為膠結(jié)劑，根據(jù)覆蓋層材料不同，摻入一定量的添加劑等，按不同配合比制成散粒狀混合料，再烘烤干燥并存儲(chǔ)備用。模型壩基制作時(shí)，依據(jù)覆蓋層、固結(jié)灌漿層、回填層等的結(jié)構(gòu)采用從下往上分層夯填方式制作。

表1 右1#壩段覆蓋層物理力學(xué)參數(shù)建議值（原型）

3.4 模型荷載組合及量測(cè)系統(tǒng)丹巴右1#壩段承受的主要荷載有水壓力、淤沙壓力、壩體自重、滲透壓力、溫度荷載和地震荷載等。鑒于本文為二維地質(zhì)力學(xué)靜力模型，而滲壓目前只能采用等效模擬，因此本文模擬主要考慮的荷載組合為自重+水、沙壓力，原型巖體（土）和壩體自重由模型材料容重相似來實(shí)現(xiàn)，上游水平荷載（包括壩體及壩基防滲墻）按照上游水、沙荷載分布形式分層分塊，并選用小噸位液壓千斤頂加荷，油壓千斤頂用WY-300/Ⅴ型五通道自控油壓穩(wěn)壓裝置供壓。因?yàn)槟Ｐ驮囼?yàn)難以準(zhǔn)確模擬溫度場(chǎng)，故溫度荷載按當(dāng)量荷載近似模擬。

本文地質(zhì)力學(xué)模型試驗(yàn)主要有兩大量測(cè)系統(tǒng)，即壩體與地基外部變位量測(cè)和壩體應(yīng)變量測(cè)系統(tǒng)。結(jié)合丹巴水電站右1#壩段的地質(zhì)條件和空間分布關(guān)系，在壩頂、壩體坡度變坡處、下游覆蓋層表面及防滲墻上游處共布置了11個(gè)表面變位測(cè)點(diǎn)。壩體應(yīng)變采用電阻應(yīng)變片進(jìn)行監(jiān)測(cè)量測(cè)數(shù)據(jù)，壩體建基面處布置有5個(gè)應(yīng)變測(cè)點(diǎn)，壩體其他部位（壩頂和壩體變坡處）共布置有8個(gè)應(yīng)變測(cè)點(diǎn)，每個(gè)測(cè)點(diǎn)貼3張電阻應(yīng)變片，分別為水平向、豎向及45°向。模型位移點(diǎn)和應(yīng)變監(jiān)測(cè)點(diǎn)布置如圖3、圖4所示。

圖4 壩體應(yīng)變測(cè)點(diǎn)布置

4 模型試驗(yàn)成果分析

模型試驗(yàn)的超載步驟為，首先將荷載逐步加載至一倍正常荷載，測(cè)試在正常工況下壩與地基的工作狀態(tài)，然后對(duì)上游水荷載按0.2P0（P0為正常工況下的水荷載）進(jìn)行分級(jí)超載，直至壩與地基發(fā)生大變形、出現(xiàn)整體失穩(wěn)趨勢(shì)，則停止加載，終止試驗(yàn)。試驗(yàn)中記錄各級(jí)荷載下的測(cè)試數(shù)據(jù)，觀測(cè)壩與地基的變形特征、破壞過程和破壞形態(tài)。通過試驗(yàn)獲得以下主要試驗(yàn)成果：壩與地基表面位移dP與超載系數(shù)KP關(guān)系曲線；壩體應(yīng)變?chǔ)苔排c超載系數(shù)KP關(guān)系曲線；壩與地基最終破壞形態(tài)。

4.1 壩體位移分布特征壩體順河向位移如圖5所示。由圖5可以看出，壩體位移符合常規(guī)，順河向總體向下游位移，其中以壩頂位移較大，從上至下順河向位移依次減小。順河向位移最大值出現(xiàn)在壩頂?shù)?#測(cè)點(diǎn)，在正常蓄水位工況下，位移值為6.4 cm（原型值，下同）。隨著超載系數(shù)的逐步增加，壩體順河向位移也逐漸增大，當(dāng)Kp＜1.6之前，曲線斜率保持一定；在Kp=1.6時(shí)，曲線發(fā)生轉(zhuǎn)折，隨后單位加載步長(zhǎng)內(nèi)的位移增值明顯；在Kp=2.0之后，曲線增長(zhǎng)幅度進(jìn)一步加大，出現(xiàn)了分散跡象。

壩體豎直向位移如圖6所示。從圖6可以看出，豎直向位移以沉降為主，其中沉降最大的測(cè)點(diǎn)為靠近壩趾處的7#點(diǎn)，沉降約7.6 cm，但沉降值整體上與順河向位移相比略微偏小。壩體沉降從下至上依次減小，在超載系數(shù)Kp=1.6之前，沉降值隨著加載系數(shù)的增加而逐步增大；在Kp＞1.6之后位移曲線開始放量遞增，斜率減小，單位步長(zhǎng)增加率加大；當(dāng)Kp=2.2之后，曲線出現(xiàn)分散狀，表明此時(shí)大壩出現(xiàn)整體失穩(wěn)的趨勢(shì)。

以上分析表明，壩體變位主要以向下游的順河向位移和豎直向的沉降為主；從量值分析來看，在正常蓄水位情況下，壩體的沉降位移值（7.6 cm）大于順河向位移（6.4 cm），說明受到壩基深厚覆蓋層的影響，壩體主要以沉降位移為主；隨著超載系數(shù)的增加，順河向位移和沉降位移逐漸增大，且逐漸呈現(xiàn)出順河向位移大于豎直向沉降位移的現(xiàn)象，且最終順河向位移明顯大于沉降位移。

4.2 下游覆蓋層表面位移分布特征覆蓋層順河向位移如圖7所示。從圖7可以看出，首先從順河向位移來看，最大順河向出現(xiàn)在壩趾處的14#測(cè)點(diǎn)，在正常蓄水位工況下，14#測(cè)點(diǎn)位移值為2.2 cm；隨著加載系數(shù)的增加，在Kp=1.6之后曲線發(fā)生明顯轉(zhuǎn)折，位移放量增長(zhǎng)。而其它測(cè)點(diǎn)的位移值則相對(duì)較小，大約在Kp=1.6之后才出現(xiàn)順河向位移值，且位移呈現(xiàn)向下游的遞減趨勢(shì)。

圖5 壩體順河向位移δx-Kp關(guān)系曲線

圖6 壩體豎直向位移δy-Kp關(guān)系曲線

覆蓋層豎直位移變化曲線如圖8所示。由圖8可以看出，在正常蓄水位工況下，臨近壩趾處產(chǎn)生豎直向下的位移，13#點(diǎn)的豎直向位移值為2.8 cm（原型），而遠(yuǎn)離壩趾處覆蓋層表面出現(xiàn)了抬起現(xiàn)象。在超載階段，隨著超載系數(shù)的增加，當(dāng)Kp＜1.6時(shí)，位移值均相對(duì)較??；Kp≥1.6時(shí)，位移值開始增大。其中以臨近壩趾處豎直向下的位移值較大，遠(yuǎn)離壩趾處豎直向上的位移值則較小。

圖7 覆蓋層順河向位移δx—Kp關(guān)系曲線

圖8 覆蓋層豎直向位移δy—Kp關(guān)系曲線

綜上所述，從方位上來看，覆蓋層表面大都產(chǎn)生了向下游的順河向位移；臨近壩趾處產(chǎn)生了豎直向位移，遠(yuǎn)離壩趾處則出現(xiàn)了抬起現(xiàn)象。從量值大小來看，除14#測(cè)點(diǎn)以外，豎直向位移與順河向位移值相差不大；從位移分布規(guī)律上來看，臨近壩趾處順河向位移大于遠(yuǎn)離壩趾處，臨近壩趾處產(chǎn)生了豎直向下的位移，遠(yuǎn)離壩趾處產(chǎn)生了豎直向上的位移。

4.3 壩體應(yīng)變分布特征壩體應(yīng)變主要以壓應(yīng)變?yōu)橹?，上游壩面轉(zhuǎn)角處有局部拉應(yīng)變的出現(xiàn)。從壩體應(yīng)變?chǔ)?與超載系數(shù)Kp關(guān)系曲線可以看出（圖9，圖10所示），在Kp=1.2時(shí)，曲線開始出現(xiàn)波動(dòng)和轉(zhuǎn)折，除了上游部位測(cè)點(diǎn)為拉應(yīng)變之外，其它測(cè)點(diǎn)均表現(xiàn)出受壓的特點(diǎn)；在Kp=1.2～1.6時(shí)，壩與地基接觸面的應(yīng)變?cè)鲩L(zhǎng)較快，其中以7#測(cè)點(diǎn)附近壓應(yīng)變值最大；在Kp=1.6～2.0時(shí)，大部分曲線增長(zhǎng)明顯，而7#、13#測(cè)點(diǎn)的壓應(yīng)變也迅速變大；到Kp=2.0～2.4之后，曲線出現(xiàn)反轉(zhuǎn)現(xiàn)象，表明壩體出現(xiàn)了應(yīng)力釋放，壩體開裂，模型出現(xiàn)整體失穩(wěn)趨勢(shì)。

4.4 破壞過程及形態(tài)綜合考慮試驗(yàn)現(xiàn)場(chǎng)觀測(cè)記錄、壩體與基礎(chǔ)覆蓋層的外部位移和應(yīng)變特征，判定壩基的破壞發(fā)展過程。模型破壞過程歸納為以下幾個(gè)特征：（1）正常工況Kp＝1.0時(shí)，壩與地基工作狀態(tài)正常，產(chǎn)生了較小的表面位移值及接觸面的相對(duì)位移值，未發(fā)生開裂；隨著超載倍數(shù)的增加，位移值逐漸增大；（2）超載至Kp＝1.2時(shí)，位移曲線出現(xiàn)拐點(diǎn)，位移值明顯增大，增幅加大?；A(chǔ)覆蓋層回填料（天然區(qū)）出現(xiàn)微裂紋；（3）超載至Kp＝1.6～1.8時(shí)，位移曲線再次出現(xiàn)拐點(diǎn)或者發(fā)生波動(dòng)，測(cè)點(diǎn)位移的變化幅度進(jìn)一步增大?；A(chǔ)覆蓋層回填料（天然區(qū)）裂紋逐漸擴(kuò)展，回填料（固結(jié)灌漿區(qū)）出現(xiàn)微裂紋；（4）超載至Kp＝2.0～2.4時(shí)，壩體、上游防滲墻及基礎(chǔ)表面的位移值迅速增大，壩體位移也出現(xiàn)非常明顯的波動(dòng)和拐點(diǎn)；建基面嚴(yán)重開裂，下游基礎(chǔ)覆蓋層部分隆起，形成裂縫；覆蓋層內(nèi)裂隙區(qū)出現(xiàn)明顯的開裂紋路。

圖9 壩體中上部典型測(cè)點(diǎn)的應(yīng)變?chǔ)?—Kp關(guān)系曲線

圖10 壩與地基接觸面典型測(cè)點(diǎn)的應(yīng)變?chǔ)?—Kp關(guān)系曲線

通過模型超載破壞試驗(yàn)，模型破壞區(qū)域主要出現(xiàn)在壩體與基礎(chǔ)接觸部位上，建基面嚴(yán)重開裂，下游基礎(chǔ)覆蓋層部分隆起，形成裂縫，下游壩趾與壩基接觸面裂縫開裂明顯；回填料（天然區(qū)）、回填料（固結(jié)灌漿區(qū)）出現(xiàn)貫穿裂縫，覆蓋層內(nèi)裂隙區(qū)出現(xiàn)明顯的開裂紋路；壩體從上游面折坡處出現(xiàn)裂縫，裂縫向壩體內(nèi)部擴(kuò)展，但未開裂至下游壩面。該開裂破壞形態(tài)符合重力壩的受力特性，超載過程中，壩踵出現(xiàn)拉剪破壞區(qū)，壩趾出現(xiàn)壓剪破壞區(qū)，由于壩基為覆蓋層或加固層散粒體，最終壩體沿建基面出現(xiàn)整體滑移破壞趨勢(shì)。

4.5 超載安全系數(shù)針對(duì)壩與地基整體失穩(wěn)破壞的特點(diǎn)，本文采用突變理論以及水壓力超載系數(shù)3K理論對(duì)丹巴水電站右1#壩段的超載法模型試驗(yàn)進(jìn)行安全系數(shù)的判定。超載安全系數(shù)的評(píng)價(jià)依據(jù)主要根據(jù)不同試驗(yàn)階段結(jié)果綜合評(píng)定。

本文超載法破壞試驗(yàn)，在正常工況下對(duì)上游水荷載逐級(jí)進(jìn)行超載，當(dāng)超載系數(shù)Kp=1.2時(shí)，下游壩體與壩基接觸面發(fā)生初裂；當(dāng)超載系數(shù)Kp=1.6～1.8時(shí)，壩基固結(jié)灌漿區(qū)和天然區(qū)域發(fā)生開裂，并沿建基面往下游發(fā)展；當(dāng)超載系數(shù)Kp=2.0～2.4時(shí)，壩體拉應(yīng)力區(qū)發(fā)生開裂，并逐步發(fā)展出現(xiàn)貫通趨勢(shì)，壩與地基呈現(xiàn)出整體失穩(wěn)的趨勢(shì)。根據(jù)試驗(yàn)成果綜合分析得出，丹巴水電站右1#壩段超載法試驗(yàn)安全系數(shù)為：起裂超載安全系數(shù)K1=1.2，非線性變形超載安全系數(shù)K2=1.6～1.8，極限超載安全系數(shù)K3=2.0～2.4。由于目前地質(zhì)力學(xué)模型試驗(yàn)安全系數(shù)還沒有明確的判定標(biāo)準(zhǔn)，參考《水閘設(shè)計(jì)規(guī)范》（SL265—2001），試驗(yàn)所得右1#壩段的安全系數(shù)（K2=1.6～1.8）大于規(guī)范允許值（K≥1.3），說明閘壩與閘基是穩(wěn)定的。且正常運(yùn)行工況下，壩段最大的沉降變位為7.6 cm，未超過15 cm，滿足規(guī)范要求，因此閘基加固處理方案（挖除閘基覆蓋層中的第④和⑤層，回填砂礫石料并碾壓密實(shí)，并進(jìn)行深、淺層的固結(jié)灌漿，淺層固灌深度15 m，深層固灌最大深度70 m）是可行的。但從模型破壞過程來看，當(dāng)超載系數(shù)Kp＝1.2時(shí)，基礎(chǔ)覆蓋層回填料（天然區(qū)）已經(jīng)出現(xiàn)微裂紋（初裂）。最終，壩體與基礎(chǔ)接觸部位上開裂破壞嚴(yán)重，下游基礎(chǔ)覆蓋層部分隆起，形成裂縫，回填料區(qū)出現(xiàn)貫穿裂縫，覆蓋層內(nèi)裂隙區(qū)出現(xiàn)明顯的開裂紋路。而且對(duì)于閘壩工程，各壩段之間的不均勻沉降是設(shè)計(jì)中關(guān)心的重要問題，本文試驗(yàn)未能獲得該成果，這也是二維模型試驗(yàn)的局限性，因此壩基加固效果及加固方案的優(yōu)化需進(jìn)一步開展三維模型試驗(yàn)加以研究。

5 結(jié)論和建議

（1）結(jié)合丹巴水電站右1#壩段的壩體結(jié)構(gòu)，壩基的地形、地質(zhì)特征、覆蓋層、深層淺層固結(jié)灌漿和回填層的分布狀況，建立了二維地質(zhì)力學(xué)模型，試驗(yàn)中模擬了壩體、壩基覆蓋層等不良地質(zhì)構(gòu)造及加固方案，運(yùn)用超載法對(duì)模型進(jìn)行了破壞試驗(yàn)。根據(jù)試驗(yàn)成果綜合分析得出，丹巴水電站右1#壩段超載法試驗(yàn)安全系數(shù)為：起裂超載安全系數(shù)K1=1.2，非線性變形超載安全系數(shù)K2=1.6～1.8，極限超載安全系數(shù)K3=2.0～2.4。參考閘壩規(guī)范，右1#壩段的安全系數(shù)（K2=1.6～1.8）大于規(guī)范允許值（K≥1.3），說明壩與壩基是穩(wěn)定的。

（2）壩體應(yīng)變、位移及壩基覆蓋層的表面位移總體分布規(guī)律。壩體總體呈現(xiàn)出向下游及向下沉降的位移規(guī)律，正常工況下順河向位移值為6.4 cm（原型值），而豎直向位移以沉降為主，壩趾處則沉降較大，最大的沉降約為7.6 cm（原型值），最大沉降量未超過15 cm，滿足規(guī)范要求。沉降值大于順河向位移，說明受到壩基深厚覆蓋層的影響，壩體主要以沉降位移為主；超載過程中，壩體位移逐漸增大，且呈現(xiàn)順河向位移大于沉降位移；覆蓋層表面大部產(chǎn)生了向下游的順河向位移；臨近壩趾處產(chǎn)生了豎直向下的豎直向位移，遠(yuǎn)離壩趾處則出現(xiàn)了抬起現(xiàn)象；壩體應(yīng)變主體上以壓應(yīng)變?yōu)橹?，上游壩體拐角處體現(xiàn)出了局部的拉應(yīng)變。

（3）模型破壞形態(tài)。模型破壞區(qū)域主要出現(xiàn)在壩體與基礎(chǔ)接觸部位上，建基面嚴(yán)重開裂，下游基礎(chǔ)覆蓋層部分隆起，形成裂縫；回填料（天然區(qū)）、回填料（固結(jié)灌漿區(qū)）出現(xiàn)貫穿裂縫，覆蓋層內(nèi)裂隙區(qū)出現(xiàn)明顯的開裂紋路?？紤]到在本文模型試驗(yàn)中未考慮橫河向的變形約束、地基覆蓋層的強(qiáng)度折減效應(yīng)等不利因素，其試驗(yàn)成果有一定的局限性。