韓朝軍，楊家修，湛正剛，慕洪友，程瑞林

(中國電建集團(tuán)貴陽勘測設(shè)計研究院有限公司，貴州 貴陽 550081)

0 引 言

近20年來，隨著瀑布溝(186 m)、糯扎渡(261.5 m)、長河壩(240 m)、兩河口(295 m)、雙江口(314 m)等一批大型水電工程的開工建設(shè)，我國高心墻堆石壩筑壩技術(shù)邁入國際領(lǐng)先水平?？偨Y(jié)這些高壩工程的建設(shè)條件，其突出特點是河谷狹窄、岸坡陡峻、“V”或“U”形河谷兩岸不對稱且多變坡，部分工程壩基為深厚覆蓋層。圖1統(tǒng)計了國內(nèi)外壩高在150 m以上的高心墻堆石壩河谷寬高比情況，除了奧羅維爾、小浪底外，其他工程的河谷寬高比均在1.18～3.27。其中，奇科森壩(261 m)是目前世界上建在復(fù)雜河谷地形上最為典型的工程實例，其心墻兩岸幾乎接近垂直，左岸坡最陡處坡比為1∶0.1；中國在建世界最高的雙江口壩(314 m)，心墻基礎(chǔ)左岸開挖坡比為1∶1.25，右岸開挖坡比為1∶0.7，也屬于建設(shè)在不對稱河谷上的典型工程。

圖1 典型高心墻堆石壩河谷寬高比統(tǒng)計

河谷狹窄、不對稱岸坡及岸坡突變等復(fù)雜地形條件對堆石壩安全將產(chǎn)生不利影響，這是工程建設(shè)長期關(guān)注的核心關(guān)鍵問題。眾多學(xué)者開展了相關(guān)研究工作，朱晟、鄧剛等[1- 4]研究了河谷地形對面板堆石壩應(yīng)力變形的不利影響，揭示了峽谷地區(qū)面板變形及擠壓破壞的內(nèi)在機(jī)理；張澤禎[5]結(jié)合國外典型工程實例，對高土石壩與基礎(chǔ)接合面的若干問題作了詳細(xì)的闡述與分析；于玉貞[6]研究了不同河谷地形條件下三維效應(yīng)對心墻堆石壩壩坡穩(wěn)定的影響規(guī)律。但針對復(fù)雜河谷地形對土石壩安全影響研究，國內(nèi)外可借鑒的成果仍然較少，尤其缺乏系統(tǒng)性的理論研究和認(rèn)知。從工程建設(shè)角度考慮，由復(fù)雜地形帶來的不利安全問題仍是工程界重點關(guān)注的問題之一。因此，開展復(fù)雜地形條件下土石壩心墻安全關(guān)鍵問題研究，把握工程建設(shè)核心關(guān)鍵技術(shù)，對指導(dǎo)工程實踐、制定合理安全防控措施以及推動科學(xué)技術(shù)進(jìn)步均具有重要意義。

鑒于此，本文結(jié)合國內(nèi)外最新研究成果，在總結(jié)了復(fù)雜地形條件下土石壩心墻應(yīng)力變形特性及心墻安全關(guān)鍵問題的基礎(chǔ)上，重點探討了心墻與陡峻岸坡之間的剪切滲流安全、岸坡突變引起的壩肩橫向張拉開裂、狹窄河谷心墻應(yīng)力安全及變形穩(wěn)定等問題，揭示了問題的形成原因及作用機(jī)理，并給出了工程安全防控的一般建議，研究結(jié)論可為類似工程建設(shè)提供借鑒。

1 問題的提出

1.1 復(fù)雜地形下堆石壩心墻應(yīng)力變形特性

國家“十二五”期間，結(jié)合“高心墻堆石壩變形特性與控制技術(shù)研究”科研課題，筆者[7]研究了岸坡陡緩、不對稱性、岸坡突變等復(fù)雜地形條件對堆石壩心墻應(yīng)力變形特性的影響，得出的主要結(jié)論為：

(1)岸坡越陡，心墻與岸坡之間的剪切作用越強(qiáng)；當(dāng)岸坡坡度達(dá)到1∶0.5時，豎向剪切變形顯著增大；岸坡越緩、河谷越寬，心墻受力條件越好，也更利于心墻與岸坡之間的剪切變形控制；從經(jīng)濟(jì)性角度考慮，岸坡開挖以優(yōu)先適應(yīng)原始地形條件為宜；狹窄河谷需重點關(guān)注心墻應(yīng)力降低、后期變形收斂問題。

(2)岸坡是否存在不對稱性，對心墻總變形影響不大，但陡岸側(cè)心墻拱效應(yīng)增強(qiáng)、心墻與岸坡接觸剪切變形進(jìn)一步增大，緩岸側(cè)心墻頂部易因不均勻沉降出現(xiàn)橫向張拉裂縫問題。

(3)對于“內(nèi)傾型”變坡(即下緩上陡)，需重點關(guān)注上部豎向剪切變形過大帶來的剪切滲流安全問題；對“外傾型”變坡(即上緩下陡)，需重點關(guān)注變坡附近的不均勻沉降問題，以及由此帶來的壩肩橫向張拉裂縫問題，如圖2所示。

圖2 外傾型變坡心墻頂部拉應(yīng)力分布(單位：高程m，應(yīng)力kPa)

1.2 問題分析

分析導(dǎo)致上述問題產(chǎn)生的原因，主要有以下3個方面：①河床中部沉降大于兩岸，若左右岸不對稱明顯，或岸坡突變過大，二者之間的變形梯度就會在緩岸坡或突變部位頂部增大，若拉應(yīng)力超過心墻的抗拉強(qiáng)度時，就會發(fā)生裂縫。②狹窄河谷心墻拱效應(yīng)增強(qiáng)，使心墻豎向應(yīng)力降低，嚴(yán)重時就會導(dǎo)致心墻底部應(yīng)力小于墻前水壓力，無法滿足防滲要求，誘發(fā)心墻發(fā)生水力破壞(水力劈裂或水力擊穿)。③若岸坡過于陡峻，心墻與岸坡之間將發(fā)生較大的非連續(xù)接觸變形且隨時間持續(xù)發(fā)展，應(yīng)力條件也將發(fā)生改變，成為誘發(fā)接觸滲透破壞發(fā)生的薄弱部位。

1.3 奇科森壩的啟示

奇科森壩[8]位于墨西哥南部的格里哈爾瓦河上，工程于1974年開工，1980年建成，心墻堆石壩最大壩高261 m。壩址地形屬狹窄河谷，2/3壩高的下部心墻兩岸幾乎接近垂直，左岸坡最陡坡比為1∶0.1，右岸有一埡口，大壩心墻縱剖面如圖3所示，其中，T為Tejeria料，取最優(yōu)含水量；C為La Costilla料，比最優(yōu)含水量低0.8%；W為La Costilla料，比最優(yōu)含水量高2%～3%。

圖3 奇科森壩縱剖面(上游立視)示意(單位:m)

為了適應(yīng)上述特殊地形條件，大壩設(shè)計解決了3項關(guān)鍵技術(shù)問題：①心墻與壩肩接觸層的相互作用；②心墻與反濾接觸層的相互作用；③在左岸坡突變處有可能產(chǎn)生拉應(yīng)力區(qū)。問題①、②均會使心墻底部應(yīng)力降低。

該工程首先考慮了沿兩岸壩肩自200 m高程到壩頂鋪設(shè)寬4 m的軟弱土條帶，如圖4a所示。經(jīng)三維有限元計算，心墻底部總垂直應(yīng)力為3.0 MPa，達(dá)到了相應(yīng)水壓力的1.5倍，但在220～300 m高程之間靠近壩肩處出現(xiàn)總垂直應(yīng)力低于水壓力的情況，該區(qū)域有可能發(fā)生水力劈裂問題。為了改善奇科森壩的應(yīng)力狀態(tài)，提出了6個比較方案，如圖4所示，最終從垂直應(yīng)力對稱分布和應(yīng)力強(qiáng)度角度考慮，確定了方案f為最終設(shè)計方案。同時，在橫剖面上在高程310 m到壩頂?shù)男膲头礊V層之間鋪設(shè)一條軟粘土材料，以減小該區(qū)內(nèi)的相互作用。

圖4 奇科森壩改善岸坡應(yīng)力的6種接觸黏土鋪設(shè)方案

奇科森壩至今已安全運行39年，其成功經(jīng)驗啟示，通過研究合理設(shè)計接觸粘土的部位、厚度、填筑壓實指標(biāo)及含水率，可有效改善心墻應(yīng)力條件，解決復(fù)雜地形條件下心墻與岸坡的變形不協(xié)調(diào)問題。

為了避免復(fù)雜地形對堆石壩心墻安全的不利影響，我國現(xiàn)行碾壓式土石壩設(shè)計規(guī)范規(guī)程對堆石壩心墻建基面開挖提出了明確要求，例如：①與土質(zhì)防滲體連接的岸坡開挖，巖石岸坡不宜陡于1∶0.5；②岸坡上緩下陡時，變坡角應(yīng)小于20°；③在鄰近心墻與岸坡1～3 m范圍內(nèi)(高壩采用大值)的接觸面，應(yīng)填筑黏粒含量高、塑性好的接觸粘土，其含水率略高于最優(yōu)含水率(1%～4%)，且在填土前應(yīng)用粘土漿抹面；④土質(zhì)防滲體與岸坡連接處附近，宜擴(kuò)大防滲體斷面并加強(qiáng)反濾層保護(hù)。

2 心墻與陡峻岸坡剪切滲流安全問題

1976年壩高92 m的美國Teton壩失事，工程界高度重視土石壩心墻與基礎(chǔ)連接的重要性，提出了在基巖與心墻之間設(shè)置墊層混凝土和接觸黏土的設(shè)計理念。但心墻與混凝土材料性質(zhì)相差較大，二者之間存在典型的非連續(xù)接觸問題，在界面兩側(cè)常會出現(xiàn)較大的剪應(yīng)力并發(fā)生位移不連續(xù)現(xiàn)象，從而導(dǎo)致十分復(fù)雜的應(yīng)力變形性態(tài)[9]。因此，長期以來人們對土石壩心墻與岸坡之間的接觸滲透穩(wěn)定心存擔(dān)憂，尤其是高壩，認(rèn)為心墻與岸坡之間的大剪切變形有可能誘發(fā)接觸滲透破壞問題。基于最新研究成果，筆者認(rèn)為工程實踐中需結(jié)合接觸面剪切滲流試驗、工程實際運行條件等，對上述問題作更深入客觀分析。

2.1 剪切滲流試驗成果分析

RM高心墻堆石壩河谷寬高比1∶2.1，是狹窄河谷上的典型工程。為研究大剪切變形條件下堆石壩心墻與岸坡之間的滲流安全問題，開展了直剪滲透試驗、三軸剪切滲流試驗和旋轉(zhuǎn)連續(xù)剪切滲透試驗。試驗結(jié)果表明，在常規(guī)圍壓條件下，接觸粘土的滲透系數(shù)隨軸變和剪應(yīng)變的增大而減小，并最終趨于穩(wěn)定，表現(xiàn)出對接觸滲透穩(wěn)定有利的一面。當(dāng)粘粒含量為15%、垂直應(yīng)力為50 kPa時，直剪滲透試驗測得的接觸面臨界坡降最小為106.5，當(dāng)垂直應(yīng)力超過500 kPa時，臨界坡降超過240。三軸剪切滲流試樣的軸向應(yīng)變達(dá)到18%時，接觸粘土的滲透系數(shù)降低1～2個數(shù)量級。當(dāng)旋轉(zhuǎn)連續(xù)剪切滲透試驗的剪切變形最大達(dá)到3 m時，水力坡降最大達(dá)到300，試樣仍未發(fā)生滲透破壞。另外，雙江口[10]、兩河口[11]等工程接觸土料的大剪切變形滲流試驗均得到了上述類似的規(guī)律，其中長河壩[12]考慮在有反濾層保護(hù)下，高塑性粘土與混凝土面的接觸沖刷臨界坡降可達(dá)到82.2。由此可見，雖然心墻與岸坡之間的接觸粘土出現(xiàn)了較大的剪切變形，但接觸帶仍具有較高的防滲抗?jié)B能力，不會產(chǎn)生接觸滲透穩(wěn)定問題。

2.2 工程實際運行條件

糯扎渡工程最大壩高261.5 m，壩頂高程821.5 m，截至2014年8月底，心墻填筑至808.56 m，上游最高水位蓄至791.79 m。通過施工期埋設(shè)的8支剪變形計監(jiān)測，心墻與岸坡之間的剪切變形值在16.99～72.50 mm，最大剪切變形發(fā)生于左岸817.53 m高程，剪切變形總體表現(xiàn)為上部陡峻岸坡大，下部緩坡小的特點。心墻與岸坡剪切變形監(jiān)測布置如圖5所示。

圖5 糯扎渡壩心墻與岸坡剪切變形監(jiān)測布置(單位：m)

在心墻距岸坡墊層混凝土面水平距離3 m處，表1給出了軸向變形監(jiān)測點測得的累積軸向相對變形值。由表1可知，心墻與岸坡之間的最大相對軸向位移在181.77～326.63 mm，最大相對變形表現(xiàn)出頂部和底部小、中部高程大的規(guī)律。心墻與岸坡之間80%以上的剪切變形量主要在施工期完成，實際蓄水引起的剪切變形量并不大。

表1 糯扎渡壩心墻與岸坡間累積軸向相對變形實測值[13]

注：河床接觸粘土底高程571.2 m，心墻頂高程820.5 m。

為降低蓄水帶來的不利影響，工程建設(shè)可通過優(yōu)化筑壩材料設(shè)計、合理設(shè)置接觸粘土厚度、預(yù)埋粘土灌漿管、加寬心墻延長滲徑、提高壓實標(biāo)準(zhǔn)及降低初期蓄水速率等工程措施加以解決。鑒于當(dāng)前在模擬心墻與岸坡之間剪切變形方面，有限元計算結(jié)果與監(jiān)測值存在較大差異，且現(xiàn)有高壩監(jiān)測技術(shù)易發(fā)生儀器損壞、數(shù)據(jù)異常等現(xiàn)象，心墻與岸坡之間的剪切變形問題有待進(jìn)一步深入研究。

3 岸坡突變引起壩肩橫向張拉開裂問題

3.1 壩肩橫向張拉問題發(fā)生機(jī)理

由于受地形條件的限制，土石壩的壩肩坡度往往會發(fā)生變化，形成壩肩變坡，或稱“岸壁突變”，主要表現(xiàn)為“內(nèi)傾型”和“外傾型”兩種情況。根據(jù)一般工程經(jīng)驗，存在外傾型壩肩變坡的土石壩心墻在固結(jié)過程中易產(chǎn)生不均勻沉降、橫向裂縫，嚴(yán)重時蓄水后會誘發(fā)水力破壞[14-16]。近些年相關(guān)研究[17-19]也驗證了上述現(xiàn)象。針對此問題，前蘇聯(lián)H.H.羅扎諾夫認(rèn)為[20]，壩肩橫向裂縫是土石壩裂縫中最危險的情況。筆者通過研究認(rèn)為，引起壩肩橫向張拉問題的根源可從以下3個方面解釋：

(1)基巖凸出變坡位置主應(yīng)力偏轉(zhuǎn)。在基巖凸出存在變坡點的位置，若水庫蓄水速率過快，會在靠近上游的心墻水平面上出現(xiàn)一個有效小主應(yīng)力小于零的區(qū)域，尤其在心墻與岸坡接觸面附近，受蓄水后主應(yīng)力偏轉(zhuǎn)的影響，上下游水流方向與小主應(yīng)力作用面方向正交，形成了容易發(fā)生水力破壞(滲透破壞)的薄弱面[19]。

(2)不均勻變形引起剪切、張拉開裂區(qū)。朱俊高等[21]研究了300 m級弧形直心墻超高堆石壩應(yīng)力變形特性得出，堆石壩心墻內(nèi)部的應(yīng)力水平并不高，應(yīng)力水平較高的區(qū)域主要出現(xiàn)在兩壩肩處，如圖6所示。努列克壩離心機(jī)模型試驗揭示[22]，在鄰近峽谷岸坡的心墻頂部出現(xiàn)了拉伸區(qū)，而在心墻中部(沿壩軸向)為壓縮區(qū)，如圖7所示；在沉降值按比例變化的情況下，拉伸區(qū)和壓縮區(qū)的位置不變，僅隨峽谷形狀的改變而變化；當(dāng)拉伸應(yīng)變達(dá)到7×10-5時，壩肩有裂縫出現(xiàn)，換算至原型壩的裂縫深度為9～10 m。筆者曾研究了Cougar壩、El Infiernillo壩、小浪底等多個工程壩頂裂縫產(chǎn)生的機(jī)理及成因[23]，并通過三維有限元數(shù)值分析方法加以驗證得出，土石壩壩頂裂縫產(chǎn)生的根本原因是土體承受的應(yīng)力應(yīng)變超過其抗拉強(qiáng)度或抗剪強(qiáng)度后發(fā)生的3種破壞，即張拉破壞、張拉-剪切復(fù)合破壞和剪切破壞；直接原因是壩頂不均勻沉降及其持續(xù)發(fā)展；蓄水作用、濕化和流變變形是壩頂不均勻沉降的關(guān)鍵影響因素；在蓄水及長期運行過程中，土石壩壩頂?shù)膽?yīng)力變形將經(jīng)歷一個復(fù)雜的變化過程，此過程蓄水速率和高水位對壩頂變位的影響最為敏感。因此，從剪切及張拉破壞機(jī)理角度分析，在心墻與岸坡接觸的壩肩部位，因變形的不協(xié)調(diào)性產(chǎn)生剪切破壞區(qū)、張拉開裂區(qū)或脫空區(qū)，形成了容易發(fā)生水力破壞(滲透破壞)薄弱帶。

圖6 雙江口壩心墻縱剖面剪應(yīng)力水平分布[21]

圖7 努列克壩心墻縱剖面拉應(yīng)力分布示意[22]

(3)低圍壓剪脹條件下，粘土滲透系數(shù)增大。RM、雙江口、兩河口等工程接觸剪切滲流試驗均沒考慮更低圍壓的情況。王剛[24]、雷紅軍[25]等通過試驗進(jìn)一步揭示，在50～100 kPa以下的更低圍壓條件下，土料剪切變形的初期滲透系數(shù)會反向增大1～2個數(shù)量級，之后趨于穩(wěn)定，其主要原因是土體在低圍壓剪切存在較強(qiáng)的剪脹性。在實際工程中，低圍壓區(qū)域主要分布在心墻頂部20～30 m范圍內(nèi)的土體，該部位施工期變形并不大，但后期變形明顯，加之庫水位往復(fù)循環(huán)，防滲體應(yīng)力變形條件將變得十分復(fù)雜，是較易誘發(fā)心墻水力破壞或發(fā)生接觸滲透破壞的薄弱環(huán)節(jié)，工程建設(shè)應(yīng)引起重視。

值得說明的是，在Sherard[14]、Lo[15]等分析認(rèn)為是心墻水力劈裂的工程實例中，水力破壞絕大多數(shù)發(fā)生在壩頂附近，并且均在很小水頭作用下出現(xiàn)。因此，上述對壩肩橫向張拉開裂機(jī)理的分析，一定程度上也進(jìn)一步揭示了這一現(xiàn)象。

3.2 張拉裂縫發(fā)生條件的進(jìn)一步驗證

為了進(jìn)一步探討RM高土石壩壩肩橫向張拉裂縫的發(fā)生條件，采用高土石壩張拉裂縫三維有限元-無單元耦合方法開展了裂縫預(yù)測分析研究，結(jié)果如表2所示。計算結(jié)果表明，大壩竣工運行5年后，在右壩肩有橫向張拉區(qū)域出現(xiàn)，大致分布在距右壩端20 m范圍內(nèi)，但無橫向裂縫出現(xiàn)。進(jìn)一步的敏感性分析表明，不斷增大壩體后期流變效應(yīng)的影響，當(dāng)壩頂最大沉降1.25 m時(方案3)，右岸壩肩開始出現(xiàn)橫向張拉裂縫，最大裂縫寬度2 cm，裂縫深度3.0 m；當(dāng)壩頂沉降3.32 m，超高最大壩高的1%時，最大裂縫寬度10 cm，裂縫深度6.0 m。

為了防止壩頂橫向裂縫發(fā)生，工程設(shè)計除了嚴(yán)格壩體變形控制外，建議在高土石壩左右壩肩易發(fā)生裂縫區(qū)域，采用接觸粘土代替礫石土料，在堆石區(qū)與岸坡接觸部位采用過渡料填筑；另外必要時還可采取預(yù)埋灌漿管、提高壩頂壓實標(biāo)準(zhǔn)、降低水庫初期蓄水速率等工程措施，進(jìn)一步降低高壩大庫蓄水運行風(fēng)險。

表2 RM高土石壩竣工后壩頂后期變形敏感性分析

4 狹窄河谷心墻應(yīng)力安全及變形穩(wěn)定問題

4.1 狹窄河谷對心墻水力破壞影響分析

通常認(rèn)為，土石壩心墻拱效應(yīng)除了受心墻與壩殼堆石區(qū)模量差影響外，還與河谷地形的強(qiáng)約束作用密切有關(guān)，尤其以狹窄河谷最為明顯，當(dāng)心墻承受的實際豎向應(yīng)力降低至理論土壓力的40%～50%以下(約墻前水壓力值)，有可能使心墻內(nèi)部出現(xiàn)水平裂縫，誘發(fā)水力劈裂，從而危害大壩安全。

圖8給出了考慮和不考慮岸坡約束條件下，某高土石壩心墻拱效應(yīng)系數(shù)沿高程的分布。由圖8可知，在沒有岸坡約束時，心墻拱效應(yīng)系數(shù)最小值為0.464，有岸坡約束時最小值為0.416，二者最大相差僅10%，由此說明狹窄河谷帶來岸坡強(qiáng)約束作用，對心墻應(yīng)力的影響并不顯著。

圖8 受岸坡約束影響的心墻拱效應(yīng)系數(shù)對比

長期以來，對心墻發(fā)生水力劈裂可能性的判別，通常采用總應(yīng)力法或有效應(yīng)力法準(zhǔn)則。圖9為奇科森壩心墻縱剖面豎向應(yīng)力分布。根據(jù)總應(yīng)力判別準(zhǔn)則，奇科森壩有限元計算的心墻底部應(yīng)力為2.5 MPa，略小于墻前水壓力2.57 MPa，底部有發(fā)生水力破壞的風(fēng)險，但實踐證明奇科森壩運行安全。

圖9 奇科森壩心墻縱剖面豎向應(yīng)力[8](單位：高程m，應(yīng)力MPa)

對于RM高土石壩而言，基于土石壩流固耦合計算方法，計算得到的心墻拱效應(yīng)系數(shù)最小值為0.416，按照總應(yīng)力法判別結(jié)果，在心墻距壩底3/4高部位有發(fā)生水力破壞的風(fēng)險；按有效應(yīng)力法判別，計算得到的心墻有效小主應(yīng)力均大于0，不會發(fā)生心墻水力破壞問題。針對此問題，國內(nèi)學(xué)者[26-28]作了大量研究，近來研究指出[29]，心墻固結(jié)過程中由于滲透系數(shù)減小引起的高孔隙水壓力問題，對心墻應(yīng)力將產(chǎn)生顯著影響。

針對上述問題，采用多場耦合分析方法[7]，考慮心墻滲透系數(shù)的非線性變化特性(取k0=1.2×10-7cm/s，α=0.925)，定義拱效應(yīng)系數(shù)為豎向總應(yīng)力(σ′y+u)與理論土壓力γwH的比值，計算得到壩軸線上心墻拱效應(yīng)系數(shù)沿高程分布如圖10所示。由圖10可知，考慮心墻滲透系數(shù)變化后，心墻拱效減弱。其要原因是實際工程土體受剪切固結(jié)的影響，心墻料滲透性降低，超靜孔壓明顯提高，導(dǎo)致心墻總應(yīng)力增加。因此，在工程建設(shè)中，建議數(shù)值模擬應(yīng)綜合考慮上述多因素作用，客觀評價狹窄河谷對心墻安全帶來的不利影響。

圖10 考慮滲透系數(shù)變化的心墻拱效應(yīng)系數(shù)分布

4.2 狹窄河谷對心墻后期變形影響分析

圖11為奇科森壩后期變形增量實測值[30]。由圖11可知，自1981年至2010年，奇科森壩后期變形最大值約50 cm，發(fā)生在心墻頂部；竣工后心墻與岸坡之間最大剪切變形在5～10 cm，且自心墻底部至頂部呈增大趨勢，這與壩體后期變形特性有關(guān)；心墻變形梯度最大的區(qū)域主要發(fā)生在心墻與岸坡臨近部位，且岸坡越陡，變形梯度越大。

圖11 奇科森壩竣工后心墻變形增量[30]

根據(jù)周偉等[31]研究結(jié)論，由于拱效應(yīng)的存在，狹窄河谷中的堆石壩初期變形速率會受到一定程度的抑制，壩體達(dá)到變形穩(wěn)定的時間較長。因此，工程建設(shè)中對于狹窄河谷的心墻堆石壩，一方面可適當(dāng)提高心墻頂部的填筑標(biāo)準(zhǔn)，可在心墻中部填筑模量相對較高的礫石土，以減小后期變形量，加速壩體盡早達(dá)到變形穩(wěn)定狀態(tài)；另一方面在心墻兩壩肩附近采用高塑性接觸黏土填筑，減小壩肩發(fā)生橫向裂縫的可能性。

5 結(jié) 論

本文基于國內(nèi)外最新研究成果，探討了復(fù)雜地形條件下土石壩心墻安全關(guān)鍵問題的形成原因及作用機(jī)理，揭示了工程建設(shè)需進(jìn)一步深入研究的方向，得到的主要研究結(jié)果如下：

(1)受岸坡陡緩、不對稱性、岸坡突變等復(fù)雜地形條件的不利影響，工程建設(shè)需重點關(guān)注心墻與陡峻岸坡剪切滲流安全問題、岸坡突變引起壩肩橫向張拉開裂問題，以及狹窄河谷心墻應(yīng)力安全及變形穩(wěn)定問題。

(2)對于陡峻河谷地形條件，雖然心墻與岸坡之間的接觸粘土出現(xiàn)了較大的剪切變形，但接觸帶仍具有較高的防滲抗?jié)B能力，不會產(chǎn)生接觸滲透穩(wěn)定問題?？紤]到心墻與岸坡之間80%以上的剪切變形量主要在施工期完成，實際蓄水后對結(jié)構(gòu)安全影響的有害變形量并不大。

(3)受主應(yīng)力偏轉(zhuǎn)、不均勻變形以及低圍壓土體剪脹性的影響，在心墻頂部20～30 m范圍內(nèi)的土體，蓄水后應(yīng)力變形條件將變得十分復(fù)雜，是較易誘發(fā)心墻發(fā)生水力破壞或接觸滲透破壞的薄弱環(huán)節(jié)，工程建設(shè)應(yīng)引起重視。

(4)在工程建設(shè)中，數(shù)值模擬宜綜合考慮心墻滲透系數(shù)變化對心墻應(yīng)力的影響，客觀評價狹窄河谷對心墻安全帶來的不利影響。

(5)復(fù)雜地形修建心墻堆石壩，除了嚴(yán)格壩體變形控制措施外，建議在高土石壩左右壩肩易發(fā)生裂縫區(qū)域，采用接觸粘土代替礫石土料，在堆石區(qū)與岸坡接觸部位采用過渡料填筑；適當(dāng)提高心墻頂部的填筑標(biāo)準(zhǔn)，可在心墻中部填筑模量相對較高的礫石土，以減小后期變形量，加速壩體盡早達(dá)到變形穩(wěn)定狀態(tài)；采取預(yù)埋灌漿管、降低水庫初期蓄水速率等工程措施，可進(jìn)一步降低高壩大庫蓄水運行風(fēng)險。