胶结砾质土心墙坝应力变形及裂缝扩展研究

心墙拱效应是威胁超高心墙堆石坝安全的一个重要因素.通常采用心墙掺砾来减弱拱效应,但即便是掺砾情况下超高砾质土心墙堆石坝往往仍存在较大的心墙拱效应,且过多掺砾易形成渗流通道,不利于大坝防渗.考虑向砾质土中加入固化剂来制备胶结砾质土心墙料,以提高其变形模量,减弱心墙拱效应.以西南某高堆石坝为例,对不同固化剂掺量下胶结砾质土心墙堆石坝开展应力变形有限元数值模拟,分析胶结砾质土心墙坝的应力、变形等性态;同时,采用扩展有限元法(XFEM)分别对心墙上、中、下3个部位预设的裂缝进行正常蓄水期及水位超坝顶两种工况下的裂缝扩展模拟,以分析固化剂掺量对胶结砾质土心墙裂缝扩展的影响.结果表明:心墙固化剂掺量的增加可有效减弱大坝心墙拱效应,改善心墙抗水力劈裂性能;坝体应力水平及位移变化率均随着固化剂掺量的增加而减小,在一定程度上避免坝体因剪应力过大或变形不协调而发生破坏;心墙上部预设裂缝更易发生扩展,固化剂的掺加可有效抑制心墙裂缝的扩展,避免形成渗流通道.可见,胶结砾质土可为超高堆石坝心墙坝料选择提供一种新的可能.

心墙胶结砾质土力学性能及耐久性试验研究

如何有效改善心墙拱效应是高心墙堆石坝建设中亟需解决的重要问题。通常采用砾质土以提高心墙的变形模量,但对于300 m级高坝,砾质土心墙拱效应仍较为明显,而更多掺砾,可能会导致心墙防渗性能下降。本文研究常见的三种固化剂掺加下胶结砾质土作为高心墙坝料的可行性,分析了固化剂类型和掺量对胶结砾质土力学性能和耐久性能的影响,利用扫描电镜分析了不同胶结砾质土性能差异的原因。试验结果表明,HAS~?胶结砾质土表现出了更高的抗压抗拉强度、更大的变形模量和更好的韧性,且抗渗性和抗冻性最优,致密性高。故将HAS胶结砾质土作为高心墙坝料,可在不增加掺砾的情况下提高心墙的变形模量,有助于降低心墙拱效应,为超高心墙堆石坝心墙坝料选择提供一种新的可能。