喻和平 江雄 張聰 曹磊 曹婷
摘要:結合小浪底大壩監(jiān)測資料,基于有效應力算法,采用一個能表征心墻拱效應強弱的評價指標,對大壩心墻拱效應進行計算。結果表明:施工期拱效應系數(shù)變化較穩(wěn)定,豎向范圍內(nèi)壩體上部的拱效應比下部顯著,同一高程拱效應系數(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??;運行期同一高程拱效應從上游到下游依次減弱,拱效應系數(shù)主要受庫水位和土體固結排水因素的影響,短期內(nèi)受庫水位影響大,長期則受土體固結排水的影響,拱效應系數(shù)的變化與庫水位變化正相關,從總體趨勢看,拱效應系數(shù)在緩慢減?。凰袦y點拱效應系數(shù)均大于零,說明壩體處于安全狀態(tài)。
關鍵詞:拱效應系數(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)生剪應力。而剪應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。產(chǎn)生拱效應時,壩殼處所受壓應力增大,下部繼續(xù)沉陷,心墻將產(chǎn)生拉應力區(qū),若產(chǎn)生的拉應力超過心墻介質(zhì)的抗拉強度時,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,如何合理評估其心墻拱效應是十分重要且復雜的問題。小浪底大壩是國內(nèi)已建成的斜心墻高堆石壩,對其拱效應進行分析研究具有重要意義。本文基于小浪底大壩施工、運行期的心墻應力監(jiān)測資料。分別探討大壩施工期和運行期心墻拱效應特征,以期對高土石壩心墻拱效應理論、高土石壩的運行及管理提供借鑒。
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,水庫最高運用水位275 m,設計總庫容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,防滲墻頂端設有高塑性土區(qū),壩殼由堆石體構成。設計最大壩高154 m,右岸深槽實際施工最大壩高達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年年底第一臺機組發(fā)電,2001年12月31日全部竣工,總工期11 a。