1種改進(jìn)的流變模型在層狀覆蓋層壩基上的應(yīng)用*

王 璠，毛海濤,，侍克斌，王曉菊

(1.新疆農(nóng)業(yè)大學(xué) 水利與土木工程學(xué)院，新疆 烏魯木齊 830052；2.山西農(nóng)業(yè)大學(xué) 城鄉(xiāng)建設(shè)學(xué)院，山西 太原 030000)

0 引言

河谷中的第四紀(jì)松散沉積物主要成分為顆粒粒徑較大的漂卵礫石、塊碎石以及粉細(xì)砂等，粗粒土分布相對(duì)更加廣泛，且呈強(qiáng)弱相間的層狀分布，深度從幾十米到幾百米不等。在這類地基上建壩，地基承載力不足、穩(wěn)定性難以滿足要求、基礎(chǔ)沉降和不均勻沉降過(guò)大等是常見(jiàn)問(wèn)題。除了施工措施原因外，忽略整體覆蓋層尤其是粗粒土層的流變性也是原因之一。

土石料的流變模型中主要有Maxwell模型[1]、Burgers模型[2]、Kelvin模型[3]、Bingham模型[4]、理想黏彈塑性體[5]、西原模型[6]等。這些模型通過(guò)基本元件的“串聯(lián)”和“并聯(lián)”來(lái)描述巖土介質(zhì)的流變特性，建立巖土應(yīng)力-變形-時(shí)間的本構(gòu)模型，能反應(yīng)巖土線性黏彈塑性性質(zhì)，但不能表達(dá)巖土的加速蠕變特性；元件模型元件越多，模型越復(fù)雜，參數(shù)就越多，模型數(shù)值計(jì)算就越困難[7]。在以往研究巖土變形的流變模型中，H-K模型能較全面地反應(yīng)巖土彈性、蠕變、松弛變形特性，如蔡新等[8]采用流變學(xué)理論，選取Maxwell模型和H-K模型模擬單一巖土料的流變特性，探討土石料流變特性對(duì)土石壩應(yīng)力、位移的影響；李習(xí)平等[9]采用非線性擬合方法，比較了H-K模型和Burgers模型的擬合值與實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的關(guān)系，驗(yàn)證了H-K模型研究地基流變的適用性；胡剛等[10]將空區(qū)頂板-礦柱體系簡(jiǎn)化為彈性矩形薄板H-K流變力學(xué)模型，來(lái)分析空區(qū)處理對(duì)圍巖及地表的影響規(guī)律。但H-K模型對(duì)于單一巖土體的流變研究具有優(yōu)勢(shì)，而對(duì)性狀各異的多層土模擬結(jié)果往往與實(shí)際有較大出入，覆蓋層地基大多由多層巖土體組成，需要研究適合其變形的多層土流變模型。

綜上，本文對(duì)H-K模型進(jìn)行改進(jìn)，研究新的計(jì)算模型以適應(yīng)層狀覆蓋層的特點(diǎn)，并以青灣壩為例，采用Comsol建立層狀覆蓋層上大壩流變及流固耦合數(shù)值模型，結(jié)合實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)以確定模型的準(zhǔn)確性，進(jìn)而全面評(píng)價(jià)層狀覆蓋層流變對(duì)壩體、壩基以及主要結(jié)構(gòu)的影響，以期為深厚覆蓋層上大壩的穩(wěn)定計(jì)算提供支持。

1 層狀覆蓋層流變模型

1.1 單一土層的H-K模型

H-K模型從其元件構(gòu)造上能直觀地識(shí)別彈性和黏彈性變形分量，其數(shù)學(xué)表達(dá)式能客觀地描述蠕變、應(yīng)力松弛及穩(wěn)定變形等。

該模型由1個(gè)彈模為E1的彈性元件(H)和Kelvin(K)體串聯(lián)而成如圖1(a)，其變形隨時(shí)間的關(guān)系如圖1(b)所示。在應(yīng)力σ作用下，應(yīng)力-應(yīng)變關(guān)系如式(1)所示：

圖1 H-K的蠕變模型Fig.1 H-K creep model

(1)

式中：E1，e1分別為H彈簧體及Kelvin 體的彈性模量，Pa；η1為Kelvin 體的黏性系數(shù)，m2·s-1；σ是應(yīng)力，Pa；而總應(yīng)變?chǔ)?εH+εK，其中εH，εK分別為H彈簧體及Kelvin體的應(yīng)變。

1)當(dāng)?σ/?t=0，即應(yīng)力σ不隨時(shí)間變化，由初始應(yīng)變?chǔ)?=σ/E1可得，如式(2)所示：

(2)

由公式(2)可知，應(yīng)變隨時(shí)間持續(xù)遞增(t→∞時(shí)，ε→σ/E1+σ/e1)，其應(yīng)變速率由起始時(shí)的最大值逐漸趨近于零。

2)當(dāng)?ε/?t=0，即應(yīng)變?chǔ)挪浑S時(shí)間變化，由初始應(yīng)力σ0=E1ε可得，如式(3)所示：

(3)

由公式(3)可知，應(yīng)力隨時(shí)間增大而減小(t→∞時(shí)，σ→E1e1ε/(E1+e1))。

上述分析可知，H-K是時(shí)間上的衰減模型。模型中關(guān)鍵參數(shù)為E1，e1，η1，可通過(guò)室內(nèi)外巖土體流變?cè)囼?yàn)獲得。此外，還與泊松比μ，滲透系數(shù)k等有關(guān)。對(duì)于層狀覆蓋層，各層巖土體特性差異較大，蠕變變形也各不相同，采用H-K模型不能較好反應(yīng)覆蓋層整體蠕變特性。

1.2 多層土H-KS模型的建立

在層狀壩基中將每層土作為1個(gè)單元，考慮各層之間存在力的傳遞，各土層性質(zhì)不同，因此，可將每層土視為1個(gè)H-K體，各層總體為串聯(lián)關(guān)系如圖2(a)所示。由H-K體串聯(lián)得層狀壩基模型如圖2(b)。

由于模型元件構(gòu)造復(fù)雜不利于分析計(jì)算，結(jié)合模型中各元件所代表的含義，將圖2(b)中各層不隨時(shí)間變化的彈性模量E1、E2、…，Ei合并為模型整體彈性模量E，關(guān)系如式(4)所示：

圖2 多土層壩基串聯(lián)模型Fig.2 Multi-soil dam foundation series model

(4)

式中：E為彈性模量，Pa；Ei對(duì)應(yīng)各層巖土變形初期的彈性模量，Pa。

得到簡(jiǎn)化后的模型如圖3，其中E為與時(shí)間因素?zé)o關(guān)的整體變形模量，各層與時(shí)間因素相關(guān)的蠕變模型不變化。

圖3 簡(jiǎn)化后層狀土層串聯(lián)模型Fig.3 Simplified series model of layered soil

簡(jiǎn)化后形成層狀壩基流變計(jì)算新模型(以下簡(jiǎn)稱H-KS模型)，在通過(guò)試驗(yàn)獲取參數(shù)方面，該模型因試驗(yàn)次數(shù)減少而降低了誤差，提高了計(jì)算結(jié)果精度。

總應(yīng)變?chǔ)舤等于各H-K元件的應(yīng)變之和，表達(dá)如式(5)所示：

(5)

式中：ε1、ε2、…、εn分別為對(duì)應(yīng)各層巖土的變形量，m。

將式(2)代入式(5)得方程，如式(6)所示：

(6)

式中：σ為恒定應(yīng)力，Pa；t為加載時(shí)間，s；Ei對(duì)應(yīng)各層巖土變形初期的彈性模量，Pa；ηi對(duì)應(yīng)各層黏彈變形的黏滯系數(shù)，m2·s-1。

聯(lián)立式(4)和式(6)可得到模型的變形方程，如式(7)所示：

(7)

式中：E為彈性模量，Pa。

壩基沉降除了受巖土體流變作用外，還受流固耦合效應(yīng)的影響。因此，壩基沉降需要將流變與流固耦合模型聯(lián)合計(jì)算。

2 流固耦合模型

2.1 滲流偏微分方程

描述多孔介質(zhì)飽和流體流動(dòng)的達(dá)西定律質(zhì)量守恒建立流體的連續(xù)性方程[11]，如式(8)所示：

(8)

式中：ρ為液體密度，kg·m-3；u為達(dá)西速度，m/d；ε?(ρεp)/?t為多孔存儲(chǔ)項(xiàng)，m/d；Qm為液體源匯項(xiàng)，m/d。

其中多孔存儲(chǔ)項(xiàng)表達(dá)如式(9)所示：

(9)

式中：S為多孔介質(zhì)存儲(chǔ)系數(shù)；P為水頭，m。

達(dá)西速度表達(dá)如式(10)所示：

(10)

式中：k為滲透率，md；μ為液體動(dòng)力黏度，N·s·m-2；Pf為孔隙壓力，Pa；g為重力加速度，m·s-2；D為位置水頭，m。

Qm為液體源匯項(xiàng)，由于孔隙空間的膨脹率(?εvol/?t)增加，使液體的體積分?jǐn)?shù)增加，從而引起液體匯，如式(11)所示：

(11)

式中：αB為Biot系數(shù)；εvol為多孔介質(zhì)體應(yīng)變。

將式(9)～(11)代入式(8)可由質(zhì)量守恒方程得式如式(12)所示：

(12)

式中：H為總水頭，m。

2.2 固體骨架變形方程

孔隙彈性將多孔介質(zhì)中流體流動(dòng)及顆粒變形聯(lián)系起來(lái)，得到應(yīng)力、應(yīng)變和孔隙壓力的本構(gòu)關(guān)系，由Biot理論可得流體含量增量、體積應(yīng)變和孔隙壓力的本構(gòu)關(guān)系[12]，聯(lián)立如式(13)所示：

(13)

式中：σ是柯西應(yīng)力張量，Pa；C為彈性矩陣；ε是應(yīng)變張量；αB是Biot系數(shù)；Pf是流體孔隙壓力，Pa；I為單位矩陣；ζ為多孔介質(zhì)中流體含量的變化值，m3。

固體顆粒的體積變化Pm的表達(dá)式如式(14)所示：

Pm=-Ksεvol+αBPf

(14)

式中：Ks為固體的彈性模量，Pa。

2.3 耦合的實(shí)現(xiàn)

采用COMSOL多場(chǎng)耦合來(lái)實(shí)現(xiàn)流固耦合，其具體流程如圖4所示。該流程能完成某一時(shí)刻的數(shù)值模擬，下一個(gè)時(shí)刻，應(yīng)力張量可作為1個(gè)附加的各項(xiàng)同性項(xiàng)參與計(jì)算[13]，并視為下一時(shí)刻的1個(gè)初始應(yīng)力，則該時(shí)刻總的初始應(yīng)力為Pt1，其表達(dá)如式(15)所示：

圖4 壩基沉降過(guò)程數(shù)值模擬流程Fig.4 Numerical simulation procedure of dam foundation settlement process

Pt1=Pt0+σ

(15)

式中：Pt1、Pt0分別為t1及t0時(shí)刻的初始應(yīng)力，Pa；σ為t0時(shí)刻計(jì)算的應(yīng)力張量，Pa。

整個(gè)耦合過(guò)程在每一個(gè)時(shí)間段內(nèi)反復(fù)迭代求解，直到沉降完成為止。

此外，為了解壩基各層流變對(duì)其應(yīng)力應(yīng)變及滲流的影響，將常用的非流變模型—分層總和法結(jié)合流固耦合模型(以下簡(jiǎn)稱HSM模型)與本模型計(jì)算結(jié)果進(jìn)行對(duì)比分析。

3 工程應(yīng)用

3.1 工程概況

青灣均質(zhì)土壩最大壩高50 m，壩長(zhǎng)200 m，水庫(kù)正常蓄水高度45 m。上下游坡度均為1∶2。壩基覆蓋層約80 m，根據(jù)顆粒組成及物理力學(xué)性質(zhì)等差異，可將其自下而上分為5層：1)以粗粒為主的冰水積含漂卵礫石層，厚11.5 m；2)以細(xì)粒為主的堰塞堆積粉細(xì)砂層，厚13 m；3)以粗粒為主的沖積含漂砂卵礫石層，厚17 m；4)以細(xì)粒為主的堰塞堆積粉細(xì)砂層，厚15 m；5)以中粗粒為主的沖洪堆積含漂砂卵礫石層，厚25 m。覆蓋層各土層的物理力學(xué)參數(shù)見(jiàn)表1。

表1 壩體及各層巖土物理力學(xué)屬性Table 1 Physical and mechanical properties of dam body and each layer of rock and soil

3.2 建模計(jì)算

在Comsol中通過(guò)自動(dòng)劃分網(wǎng)格，得到1 086個(gè)域單元，239個(gè)邊界元，求解自由度為7 069個(gè)，具體見(jiàn)圖5。模型底部和兩側(cè)設(shè)置為固定約束且為不透水邊界；上游側(cè)為透水邊界，大壩上下游水位分別為45 m和0 m，淹沒(méi)在水位以下的上游河谷及壩面設(shè)置為總水頭邊界，其它邊界設(shè)置為潛在出滲邊界。

圖5 大壩數(shù)值模型網(wǎng)格剖分單元Fig.5 Grid division unit of dam numerical model

為了監(jiān)測(cè)壩基沉降、應(yīng)力和滲流等相關(guān)指標(biāo)，大壩設(shè)置了完整的監(jiān)測(cè)系統(tǒng)。為監(jiān)測(cè)壩基沉降，在基建面及截水槽底部共設(shè)置5組水管式沉降儀；壩體位移監(jiān)測(cè)包括水平和沉降2項(xiàng)，分別在壩底面、高度為20 m和35 m水平面安裝沉降和水平位移設(shè)備；在滲流監(jiān)測(cè)方面，壩體內(nèi)部設(shè)置測(cè)壓管并在壩后設(shè)置量水堰。此外，還在壩軸線(斷面2)、截水槽底部等重要部位設(shè)置應(yīng)變及滲壓計(jì)等，大壩監(jiān)測(cè)點(diǎn)布置如圖6。

圖6 壩體監(jiān)測(cè)系統(tǒng)布置Fig.6 Layout of dam monitoring system

4 結(jié)果分析

4.1 大壩沉降分析

4.1.1 覆蓋層各土層沉降

采用HSM及H-KS模型分別對(duì)大壩沉降進(jìn)行計(jì)算，其結(jié)果如圖7所示。

圖7 2種工況下沉降等直線Fig.7 Contour lines of settlement under two working conditions

由圖7可知，H-KS模型計(jì)算的沉降量總體上高于前者。壩基各土層的變形增量自上至下分別為11.3，2.5，17.8，4.3，22.5 mm。對(duì)比發(fā)現(xiàn)，以粗粒土為主的1)，2)，3)土層沉降增量較大，占總沉降量的88.4%，單位厚度增量分別為1.0，1.1，0.9 mm/m。其中5)層厚度較大且位于底部，其變形總量也相應(yīng)較大，占總增量的38.5%；細(xì)粒土為主的土層2)，4)總體變形較小，沉降單位厚度增量?jī)H為0.2，0.3 mm/m。由此可見(jiàn)，考慮流變后的沉降不僅與各土層的性質(zhì)有關(guān)，還與其厚度及所在位置相關(guān)。

4.1.2 結(jié)果驗(yàn)證

為驗(yàn)證計(jì)算結(jié)果的準(zhǔn)確性，結(jié)合圖6中壩基沉降監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)對(duì)比結(jié)果如表2所示，并以斷面1位置為例繪制對(duì)比圖如圖8。

表2 壩基各層沉降量對(duì)比Table 2 Comparison on settlement of each layer of dam foundation mm

圖8 大壩監(jiān)測(cè)斷面1處沉降對(duì)比Fig.8 Comparison on settlement of dam monitoring section 1

由表2和圖8可知，H-KS模型計(jì)算的沉降量在各土層及整體上均與實(shí)測(cè)值更接近，而HSM模型計(jì)算結(jié)果與實(shí)測(cè)值誤差較大。說(shuō)明H-KS模型計(jì)算結(jié)果與實(shí)際沉降更吻合。對(duì)于該粗細(xì)相間的層狀壩基，各層土的沉降量在2種算法下也不盡相同。其中，HSM模型在1)，3)，5)粗粒土層中計(jì)算誤差較大，如SG1處誤差分別為27%，10.6%，16.1%；而細(xì)粒土層2)，4)計(jì)算結(jié)果誤差相對(duì)較小，誤差僅為為0.89%和2.6%；此外，H-KS模型在各土層的沉降計(jì)算誤差均在5%以內(nèi)。

綜上，HSM模型在流變性較小的細(xì)粒土沉降計(jì)算中基本符合實(shí)際，但在粗粒土層壩基沉降計(jì)算方面與實(shí)際有較大出入，而考慮流變的H-KS模型計(jì)算結(jié)果與實(shí)際沉降基本吻合。

4.2 應(yīng)力分析

壩基巖土流變對(duì)大壩整體強(qiáng)度會(huì)有一定影響，尤其是粗細(xì)相間的層狀壩基，各土層流變對(duì)大壩應(yīng)力的影響尚不明確，需要進(jìn)一步探索。

4.2.1 應(yīng)力整體分布

2種模型下的大壩應(yīng)力分布如圖9所示。

圖9 應(yīng)力分布等值線Fig.9 Contour lines of stress distribution

由圖9可知，H-KS模型計(jì)算總體應(yīng)力水平高于前者，壩體和壩基應(yīng)力分布均是自上而下逐漸增大，并在壩基底部出現(xiàn)應(yīng)力極值，分別為0.937，1.32 MPa。受壩基流變的影響，壩體整體應(yīng)力水平有所增長(zhǎng)，但增量率較小。值得注意的是，壩踵和壩趾處的應(yīng)力均有明顯增大，增量達(dá)到0.027，0.03 MPa。

4.2.2 覆蓋層各土層應(yīng)力變化

取壩軸線處各層應(yīng)力計(jì)算結(jié)果如圖10，需要說(shuō)明的是，由于壩軸線處的截水槽將1)層全部替換，替換后土料和均質(zhì)土壩一致，為細(xì)粒黏性土，因此該處計(jì)算結(jié)果不反應(yīng)原來(lái)的粗粒土。

圖10 壩軸線處覆蓋層各層應(yīng)力變化Fig.10 Change in stress of each layer of overburden at dam axis

由圖10對(duì)比發(fā)現(xiàn)，以粗粒土為主的3)，5)層應(yīng)力增量明顯高于以細(xì)粒土為主的1)，2)，4)層。自上而下各層的應(yīng)力增量分別約為0.03，0.06，0.1，0.07，0.17 MPa。其中，性質(zhì)單一、顆粒最細(xì)的1)層(截水槽處)應(yīng)力差別最小，誤差在1.2%，2)，4)土層應(yīng)力增長(zhǎng)也較小，均在5.75%左右；而5)層差別最大，總體應(yīng)力水平增長(zhǎng)率約為15.2%?？梢?jiàn)，在流變性大的粗粒土層應(yīng)力方面增量也較大，而在流變性較小的細(xì)粒土層應(yīng)力增量相對(duì)較小，說(shuō)明土層流變性影響著應(yīng)力變化。

4.2.3 應(yīng)力結(jié)果驗(yàn)證

結(jié)合壩體監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)，取圖6中壩體中壩軸線位置應(yīng)力監(jiān)測(cè)值與2種模型計(jì)算結(jié)果進(jìn)行對(duì)比如圖11所示。

圖11 壩軸線處壩體應(yīng)力變化Fig.11 Change in stress of dam body at dam axis

由圖11可知，壩軸線處壩體應(yīng)力自上而下變化規(guī)律不同，自壩頂向下16m應(yīng)力值隨高度基本無(wú)變化，甚至出現(xiàn)變小趨勢(shì)，本模型應(yīng)力值與實(shí)測(cè)值吻合且大于HSM模型計(jì)算結(jié)果；16～26 m處應(yīng)力與高度呈非線性變化，應(yīng)力由0.18 MPa增至0.23 MPa，2模型計(jì)算結(jié)果均與實(shí)測(cè)值能較好吻合；26 m至壩底應(yīng)力與高度基本呈線性變化，擬合線性關(guān)系分別為：y=-91.1x+43.7、y=-74.8x+40.2，HSM隨著高度下降，偏差逐漸加大，H-KS模型計(jì)算結(jié)果與監(jiān)測(cè)值基本一致。因此，本模型的正確性得到驗(yàn)證，相對(duì)于傳統(tǒng)模型優(yōu)勢(shì)顯著。

4.3 壩體變形和應(yīng)力變化原因分析

綜合4.1～4.2計(jì)算結(jié)果，將2種模型得到的壩體應(yīng)力、變形極值對(duì)比如表3。

表3 壩體應(yīng)力變形極值對(duì)比Table 3 Comparison on extreme values of dam stress and deformation

H-KS模型壩體最大沉降較前者增大15.7%，最大應(yīng)力值也增大10%。分析其原因，主要是覆蓋層各層持續(xù)的流變變形對(duì)壩體產(chǎn)生的影響。巖土體變形可分為2個(gè)階段：外力變形階段和流變變形階段。其中，外力變形階段大壩在施工碾壓過(guò)程中，主要受到上部碾壓作用壓迫，顆粒棱角逐漸破碎、發(fā)生位移，孔隙被填充和壓密。這一過(guò)程隨外力碾壓功的增加，壩基料孔隙逐漸壓密，但上部碾壓功影響有限，本階段巖土料變形并沒(méi)有徹底完成，大壩填筑完成后，壓縮也基本結(jié)束。流變變形階段的施工外力影響完畢，該階段變形主要是在自重及水荷載作用下的進(jìn)一步變形，顆粒之間孔隙逐漸減小并密實(shí)，這是一個(gè)隨時(shí)間推移變形逐漸趨于穩(wěn)定的過(guò)程。顯然，壩體的變形受到壩基覆蓋層變形的影響，傳統(tǒng)的HSM模型僅計(jì)算了外力變形階段，忽略了流變變形階段，故而壩體變形相對(duì)較小，這與實(shí)際情況是不相符的。H-KS模型計(jì)算結(jié)果相對(duì)偏大，但更加符合實(shí)際壩體的變形情況。

4.4 滲流分析

除了上述應(yīng)力場(chǎng)的變化，覆蓋層中巖土體流變也影響著滲流場(chǎng)的改變，也是1個(gè)流固耦合過(guò)程。

4.4.1 大壩孔隙水壓力分布

分別計(jì)算HSM、H-KS模型得到大壩孔隙壓力分布如圖12所示。

圖12 孔隙水壓力等值線Fig.12 Contour lines of pore water pressure

由圖12可知，H-KS模型計(jì)算的各層土體孔壓均小于前者，其中流變性大的粗粒層1)，3)，5)孔壓減小量較大，平均減小量分別為0.039 MPa，0.043 MPa，0.06 MPa；而流變性較小的細(xì)粒料層2)，4)孔壓減小量相對(duì)較小，僅為0.013 MPa和0.015 MPa?？梢?jiàn)巖土體流變對(duì)粗細(xì)土層的影響也不同，以5)，2)層為例，前者減小約50.6%，而后者僅減小2.48%。分析其原因，主要是各層土在流變效應(yīng)下，土骨架被壓縮而孔隙體積減小，使原來(lái)由孔隙水承擔(dān)的部分壓力轉(zhuǎn)由土骨架承擔(dān)，孔隙水壓力減小。其中，粗粒土相對(duì)細(xì)粒土流變性較大，其孔隙水壓力減小量也更大。顯然，顆?？紫扼w積的變化加速了流固耦合過(guò)程，使壩基滲流場(chǎng)與應(yīng)力場(chǎng)趨于穩(wěn)定的時(shí)間變短。

4.4.2 滲流結(jié)果驗(yàn)證

大壩滲流量實(shí)測(cè)結(jié)果與2模型計(jì)算結(jié)果對(duì)比如表4所示。

表4 壩后滲流總量對(duì)比Table 4 Comparison of total seepage amount behind dam

由表4可知，滲流穩(wěn)定后采用HSM模型計(jì)算的滲流量比實(shí)測(cè)值增加了0.08 m3/s，增量為21.6%；采用H-KS模型計(jì)算的滲流量比實(shí)測(cè)值減少了0.03 m3/s，減小率為8.1%，與實(shí)測(cè)結(jié)果更吻合。

5 討論

5.1 深厚覆蓋層考慮流變的重要性

研究表明[14]，我國(guó)西南山區(qū)河谷覆蓋層自下而上分為1)含泥砂卵碎石層(Ⅰ)；2)漂卵石、含泥砂碎塊石、粉細(xì)砂互層(Ⅱ)；3)現(xiàn)代河流漂卵石層(Ⅲ)共3大層，覆蓋層中粗粒含量相對(duì)細(xì)粒占比要大得多。本文反映了由于粗粒土流變性較大[15]，大壩運(yùn)行后其變形、應(yīng)力、滲透性等變化主要受到粗粒土流變的影響。常規(guī)計(jì)算方法忽略了覆蓋層流變尤其是粗粒土流變的影響，結(jié)果與實(shí)際情況不相符。忽略覆蓋層流變會(huì)導(dǎo)致土石壩沉降等變形超過(guò)預(yù)期，壩體內(nèi)部因不均勻沉降出現(xiàn)裂縫、結(jié)構(gòu)脫落甚至破壞，影響壩體的安全穩(wěn)定。深厚覆蓋層上大壩的出險(xiǎn)加固難度相對(duì)較大，前期的設(shè)計(jì)和壩基處理若未考慮其流變性，也會(huì)為后期留下隱患。因此，在深厚覆蓋層上建壩，科學(xué)對(duì)待壩基的流變性并采取合理的工程措施是至關(guān)重要的。

5.2 流變對(duì)流固耦合的影響

計(jì)算結(jié)果表明，考慮壩基流變相比不考慮流變模型的沉降量增加了約75 mm，也就是說(shuō)考慮了壩基流變性后，巖土體的實(shí)際孔隙壓縮較快且會(huì)更小，其滲透性更加弱化，增強(qiáng)了壩基的滲透穩(wěn)定性。若不考慮流變，流固耦合過(guò)程和時(shí)間會(huì)更長(zhǎng)，最終結(jié)果也有一定偏差。所以說(shuō)，流變加速了流固耦合，縮短了流固耦合時(shí)間，滲流計(jì)算結(jié)果更加符合實(shí)際情況，為滲流控制與分析提供更合理的理論支持。

6 結(jié)論

1)對(duì)于巖性、物理力學(xué)性質(zhì)差異較大的層狀覆蓋層壩基，采用H-KS流變模型能較好反應(yīng)大壩應(yīng)力、變形和滲流實(shí)際情況，與監(jiān)測(cè)值對(duì)比，誤差在5%以內(nèi)，模型在模擬層狀壩基方面具有明顯的優(yōu)勢(shì)。

2)H-KS模型計(jì)算結(jié)果相比不考慮流變模型的應(yīng)力、變形分別增大了10%和15.7%，部分增量會(huì)影響到大壩結(jié)構(gòu)的安全穩(wěn)定，應(yīng)予以重視。

3)流變會(huì)導(dǎo)致大壩整體滲透性降低，粗細(xì)粒層孔隙水壓力分別減小了約50%和2.5%，加速了流固耦合過(guò)程，對(duì)于重新評(píng)估大壩的滲透性有重要參考意義。

4)由于流變性不同，深厚覆蓋層中粗粒土層對(duì)變形、應(yīng)力和滲流方面影響最大，細(xì)粒土的貢獻(xiàn)相對(duì)較?。怀伺c巖性相關(guān)之外，還與土層所處位置、厚度等相關(guān)。