心墙堆石坝的水力劈裂分析
心墙水力劈裂的总应力法分析
Ｈｙ ｒ ｕ ｉ ｒ ｃ ｕ ｉ ｇ Ａｎ ｌ ｓ ｆＣｏ ｅ Ｗ ａ ｌ ｙ Ｔ ｔ ｌＳ ｒ ｓ ｅ ｈ ｄ ｄ ａ ｌ Ｆ ａ ｔ ｒｎ ａ ｙ ｉ ｏ ｒ ｃ ｓ ｌ ｂ ０ ａ ｔ ｅ ｓ Ｍ ｔ ｏ
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Ａｂｓｒ ｃｔ ｔ ａ ：Ａｓａ ｌ ｒｅｒｐｏｅ ｐｒ ｓ ｕ ｅ ｉ ｘｉｔｎｔｄｍ＇ ｏ ｓｒ ｃ ｉｎ ｈ ｏ ｅ ｒ ｍｅｅ ｓｏ ａｉｅ ｏ ｃ ｎ ｏｉ ａｅ ａ ｇ ｒ ｅ ｓ ｒ ｓｅ ｓｅ ｉ ｃ ｎ ｔｕ ｔｏ ，ｔｅ ｍ ｄ ｌｐａ ａ ｔｒ ｂｔ ｎ ｄ ｆ ｍ ｏ ｓ ｌｄ ｔｄ—ｄ ａｎｅ ｎｇ ｒ ｒｉ ｄ ｔｓ ｏ ｈｅ ｈ ｄｒｕｌｃ ｆａ ｔ ｒｎｇ ｃ ｌ ｕａ ｉｎ ｏ ｏ ｅ ｗａｌａ ｅ ｎｏ ｐｐ ｉａ ｌ ｎｄ ｈ ｓ ｉ ｌｔ ｆｈｙ ｒ ｕ ｉ ｒ ｃｕｒｎ ｌ ｂ ｅ ｔｆｒ ｔ ｙ ａ ｉ ＇ｃ ｕ ｉ ａ ｃ ｌｔｏ ｆｃ ｒ ｌ ｒ ｔａ ｌｃ ｂ ｅ ａ ｔｅ ｐｏ ｓｂｉ ｙ ｏ ｄ ａ ｌｃ ｆａ ｔ ｉ ｇ ｗｉｌ ｅ ｉ ｉ
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石坝水库坝体劈裂灌浆探讨
石坝水库坝体劈裂灌浆探讨石坝水库位于我国某省的一个偏远地区，是当地重要的水利工程，主要用于灌溉和供水。
近期石坝水库的坝体出现了劈裂现象，引起了人们的关注。
为了解决这一问题，工程专家们进行了劈裂灌浆探讨，希望通过灌浆技术来修复石坝水库的坝体，保障水库的安全和稳定。
本文将对石坝水库坝体劈裂灌浆探讨进行分析和讨论。
一、石坝水库坝体劈裂现象的原因石坝水库的坝体劈裂现象主要是由于长期受到水压和水土浸泡的影响，导致坝体内部的裂缝扩大和加剧。
地震、风化、渗漏等因素也可能会加速坝体的劈裂。
这些因素的综合作用导致了石坝水库的坝体出现了裂缝和劈裂现象，严重影响了水库的安全性和稳定性。
二、灌浆技术介绍灌浆技术是一种用于修复建筑物结构裂缝的技术，其原理是通过对裂缝进行注浆，填充材料来修复和加固结构以达到强化和密封的目的。
灌浆材料一般选择高强度、耐腐蚀、不收缩的材料，例如聚合物改性水泥浆、环氧树脂浆等。
三、劈裂灌浆探讨1. 灌浆目的通过对石坝水库的坝体进行灌浆修复，可以填充和加固裂缝，提高坝体的整体强度和稳定性，减少水土浸泡的影响，降低坝体的劈裂风险，确保水库的安全和持续运行。
2. 灌浆方案专家们通过对石坝水库劈裂情况进行了详细的勘察和分析，提出了一套科学的灌浆方案。
首先是对裂缝情况进行分类和评估，确定灌浆的位置和数量；然后选择适当的灌浆材料和灌浆工艺，进行灌浆施工；最后对灌浆后的效果进行评估和监测，确保灌浆修复的效果符合设计要求。
3. 灌浆施工控制在进行灌浆施工时，需要控制好灌浆材料的浓度、流动性和流速，确保灌浆材料能够充分填充裂缝并达到预期效果。
还需要注意灌浆层与坝体表面的黏附性和密封性，保证灌浆修复层与坝体形成良好的结合，防止灌浆层脱落和渗漏。
四、灌浆修复效果评估灌浆施工完成后，需要对修复效果进行评估和监测。
可以通过超声波检测、钻芯取样、应力监测等手段来对灌浆修复层进行质量检测，评估灌浆效果。
同时还需要对灌浆后的坝体进行长期的监测和观察，确保灌浆修复的效果能够长期稳定。
粘土心墙土石坝水力劈裂发生条件的分析
０
４ ０ ０
８０ １ Ｏ １ ０ ２ ０ ２ ０ ２ ０ ０ ２ ０ ６ ０ ００ ４ ０ ８０
估量其 中某一因素的影响程度． 很显然 ，要分析某一 因素的影响 ，就必须假定其它因素不变 ，当我们考虑 泊松比 ｖ 对水力劈裂的影响时 ， 就假定弹模 Ｅ以及其它因素不变 ； 同样 ，当我们考虑弹模 Ｅ的影响时，就 假定泊松比 ｖ 以及其它因素不变． 这样考虑后 ， 土的非线性问题可简化为线性问题 ， 讨论邓肯双曲线的 Ｅｖ － 模型也就成 了讨论线弹性形式的 ｖ 模型【 ｌ 】 ． 般心墙材料的压缩性比坝壳的高 ，因此心墙竖 向变形能力 比坝壳大 ，心墙与坝壳刚度差异使得坝壳 限制了心墙的这种变形 ，这样就产生了两者之间的“ 拱效应” ，从而导致心墙承受的部分荷载向坝壳传递 ， 应力也相应发生重分布， 结果心墙应力下降． 当心墙与坝壳刚度差异愈大， 拱效应作用就愈 明显 ， 心墙应力
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图 ｌ坝 体 ｌ 的标 准截 面 图
图 ２坝体 ２的标 准截 面 图
２ 心墙泊松 比与坝壳与心墙的况 下 的计 算结 果 ． 在
在讨论心墙泊松 比 ｖ 变化时 ，假设坝壳 的泊松 比 ｖ 不变 ，且取值为 ０ ５ ． ，并假设坝壳的弹性模量 ３
分析．
第一个大坝模型的坝高为 １０ ６ ｍ，心墙坡度为 ０ ，正常蓄水位 ｌ０ ． ４ ５ ｍ，坝壳弹模 为 ３ ０ ａ ０ ＭＰ ，坝壳 泊松比 为 ０ ５ 第二个大坝模型的坝高为 ２０ ．． ３ ０ｍ，心墙坡度为 ０ ，正常蓄水位 １０ ． ６ ８ｍ，坝壳弹模 Ｅ 为 ｓ
１０ ａ ５ＭＰ ，坝壳泊松比 为 ０ ５ ． ，如图 ｌ ２ ３ 和 所示． 因为心墙泊松比 ｖ 常用的取值范围为 Ｏ ５到 ０ ５ 。 ． ２ ． ，所 以本文的讨论也只针对该范围，由于在设计时 ４
有关堆石坝沥青混凝土心墙裂缝处理的分析与探讨
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８２ ・
黑 龙 江 水 利 科 技 Ｈ ｉ ｎ ｊ ｎ ｃ ｎ ｅａ ｄＴ ｃ ｎ ｌ ｙ ｏ ｔｒ ｏ ｓｒ ａ ｅｌ ｇ ａ ｇＳ ｉ ｃ ｎ ｅ ｈ ｏ ｇ ｆ ｅ ｎ ｖ ｃ ｏ ｉ ｅ ｏ Ｗａ Ｃ ｅ ｍ ｙ
２０ 年第 ３ ０２ 期
№ ３２ ．０
文 章 编 号 ：０７ ７９ （ Ｉ ）３ Ｏ８ —０ １０ — ５６Ｘ ） ０ 一 Ｏ２ ２ ２
有关堆石坝沥青混凝土心墙裂缝处理 的 分 析 与 探 讨
党立英 潘秀峰 张来 文 ， ，
（． １ 黑龙江省呼玛县 团结 水 电站续建工程管理处 ， 黑龙江 呼玛 １５０ ； ． ６１０２ 黑龙江省水利水 电勘 测设计研 究）
２２ 裂缝的危害 。当时临近汛期 ， 坝体填 筑还 未达 到渡 汛拦 ． 而 洪高程 （ 沥青心墙最低 处 ４ 裂缝 高 程为 ２０９ｍ， ２． ０ 而要 求 的百年 渡汛拦 洪高程 为 ２ ０ｍ） ２ ０ 。裂 缝不 处理 完 沥青 心墙 无 法升 高 ， ５． 直接 影响坝体 的填筑 升高和渡汛 。 临近汛期 ， 随时都 可能突降暴雨使库 区水位升 高 ， 由于发 电 引水 隧洞正处于施工 期不 能提前 泄 流腾空 库 容 ， 只 能靠 溢洪 故 道泄流（ 溢洪道底坎 高程为 ２９０ｍ）随时存在 着抗洪 抢 险的可 １． ０ ， 能， 故对 ４ 裂缝处理 时间要 求十分紧迫 。 ２３ 裂缝处理 的特点 。溢洪道 自５月 ９日早 ７ ． 时开始溢 流 ， 月 ５ １ １日库水位达 ２９９ ｍ １．１ 。所 以裂 缝 处理 是 在上 游 有水 压力作 用 下进行施工 ， 大增加 了处理难 度。 大 ３ 工 程 处 理 措 施 方 案 的 确 定
处理 。
处理过程 中沥青混凝 土 心墙 的稳 定性 。处理 原 则是 ： 以补救措 施确保原 设计沥青混凝 土 心墙 的厚 度 和连 续性 ， 保证 其 防渗 效 果不 变。 ４ 具体 处理措施 ４ １ 处理方法 。在 ４条裂缝 中， ． 施工 难 度最 大 的当属 ４ 裂缝 。 以下要重点介绍 ４ 裂缝处理 的过程 。 首先用 Ｓ ＷＹ ０ Ｄ ６ 挖掘 机将心墙上 下游 的过 渡带碎 石料挖 除 至 高程 ２９０ｍ（ １． ０ 当时 库 区水 位 ２８７ｍ） １． ０ 。裂 缝 上 游 上 口挖 宽 ７８ 裂缝 下游上 口挖 ８０ 呈梯 形槽 。然后 用 大锤扁 铲 延下 游 ．ｍ， ．０ 裂缝拆 除混凝土块 ， 缝 两侧 分别保 证 ７ｃ 裂 ０ｍ宽 以上 （ 裂缝 方 向 是 向左侧 山体处倾 斜 ） 当混 凝土块 拆 除到 ２９０ｍ高程后 ， 。 １． ０ 再 用挖 掘机 向下挖深 １ ０ 并立 即用 ６ｒ ． ｍ， ５ ０ ｍ厚 木板 配合 圆木分别 ａ 在 ２９０ ２８０ｍ处做支撑 ， １．０ １．０ 以防沥青 混凝 土心墙 体受 上游 水 压 力与碎石体压力 产生破坏 。 当拆除到高程 ２７５ｍ时 ， １． ３ 找到 了尖 灭点 ， 度达 ３３ｍ， 深 ．７ 裂 缝 宽度平均 ２ｒ ０ ｍ。在 尖灭点 以下再 拆 除 ３ 混凝 土块 ， ａ 层 以保证 在裂缝周 围有 ７ ｃ ０ｍ有效结合 面 。 在 ２８９ｍ 处 裂 缝 分 为 两 条 支 缝 。 当 时 上 游 水 位 为 １． ０ ２８７ｍ， １．０ 裂缝尖灭 点高程 为 ２７５ｍ。在上 游水 压力 的作 用 下 ， １．３ 延 裂缝处不断喷水 。临时 采用 棉花 塞缝 的方法 进行 堵漏 处理 ， 但 是裂缝处仍然渗 水。水 位 以上 沥青 心墙 裂缝 两侧 贴油 毡 纸 ， 裂缝 内用沥青配渣 油加热后浇筑 ， 以封堵 。 加 ４２ 处理工 艺 。在裂缝 下 游延 原设 计 沥青混 凝 土心 墙贴 ２ｃ ． ０ｍ 厚 ， ０ｍ长 的沥青混凝 土墙 。４ 裂缝 处理必须在无渗水 并且干 ｌｃ ｄ 燥 的情况下进行 。要将 心 墙裂 缝 弥补上 ， 满 足规 范和 设计 防 并 渗要求。经研究 ： 最后 确 定采 用 ２ｒ 厚 钢 板制 成 １０×４ｃ ｎｎ １ ３ｍ的 截 水槽 ， 在截水槽 下部焊接一 根 长 ５ｃ １５英寸 的钢 管 ， 在 ０ｍ， ． 并 端 口配置螺栓封堵 用。用两只喷灯 同时烤截 水槽边缘 。待截 水 槽周 边沥青混凝土 变软时 ， 用两把 大锤 同时砸截 水槽 ， 使其周边 镶嵌 在沥青混 凝 土心 墙 面上 。截 水槽 把渗 水 裂缝 完 全 包 容在 内， 利用钢管将截水 槽 内渗水 导 出。截 水槽 上下 两端 用 圆木支 撑 到山体上 ， 防止在浇筑沥青混凝 时截水槽松动渗 水。
土石坝心墙水力劈裂机制研究_朱俊高
第28卷第3期 岩 土 力 学 V ol.28 No.3 2007年3月 Rock and Soil Mechanics Mar. 2007收稿日期：2005-04-21 修改稿收到日期：2005-10-13 作者简介：朱俊高，男，1964年生，博士，教授，博导，主要从事土体本构关系、土石坝设计理论及计算方法等研究工作。
E-mail:zhujungao@文章编号：1000－7598－(2007) 03－0487－06土石坝心墙水力劈裂机制研究朱俊高1, 2，王俊杰3，张 辉4（1.河海大学 岩土工程研究所，南京 210098；2.河海大学 岩土工程水利部重点实验室，南京 210098；3.重庆交通大学 河海学院 岩土工程研究所，重庆 400074；4.同济大学，上海 200092）摘 要：心墙的水力劈裂问题是土质心墙坝建设中亟需解决但尚未很好解决的重要岩土工程问题。
从心墙受力变形方面探讨了水力劈裂发生、发展的机制。
研究认为：水库蓄水初期是水力劈裂的危险期；完全均质的心墙内不会发生水力劈裂；“裂缝或局部的缺陷”及“迅速蓄水的初期”是土石坝心墙发生水力劈裂的两个重要条件，水力劈裂发生的根本原因是局部高水力梯度的存在。
最后，对上述机制进行了简单的试验验证。
为进一步研究水力劈裂发生的判定、水力劈裂计算模拟指出了研究方向与思路。
关 键 词：土石坝；水力劈裂；机制；稳定渗流 中图分类号：TV 641 文献标识码：AStudy on mechanism of hydraulic fracturing in core of earth-rockfill damZHU Jun-gao1, 2, WANG Jun-jie 3, ZHANG Hui 4(1. Institute of Geotechnical Engineering, Hohai University, Nanjing 210098, China;2. Water Resources Ministry Key Laboratory of Geotechnical Engineering, Hohai University, Nanjing 210098, China;3. Institute of Geotechnical Engineering,College of River & Ocean Engineering, Chongqing Jiaotong University, Chongqing 400074, China; 4. Tongji University, Shanghai 200092, China)Abstract: The problem of hydraulic fracturing in core of earth-rockfill dam is an important and unsolved geotechnical problem. In this paper, the mechanism to induce and propagate hydraulic fracturing is investigated based on analyzing loading and deformation in the core. It is indicated that the incipient impounding period is the most dangerous one during which the hydraulic fracturing may occur easily in the core; and that the hydraulic fracturing does not take place in a core with perfect homogeneous soil. The cracks or local serious weaknesses in the core and the incipient impounding period are two important conditions to induce the hydraulic fracturing; and the essential cause to induce the hydraulic fracturing is the existence of local high hydraulic gradient. Finally, a simple test is performed to validate the above mechanism. The suggestion to further study on the criteria, numerical simulation to the hydraulic fracturing are presented.Key words: earth-rockfill dam; hydraulic fracturing; mechanism; steady seepage1 引 言土石坝因其对地质条件要求相对较低而得到设计人员的青睐，尤其是在深厚覆盖层的坝址处，修建适应性较强的土石坝不仅是可行的，有时甚至是唯一的选择。
土石坝水力劈裂的发生机理及处理办法
埋 隧洞 相 继 开 工 建 设 ． 在 水 坝 工 程 中土 石 坝 的建 设 数 量 一 直 居
由于 土 石 坝 水 力 劈 裂 过 程 是 一 个 非 稳 定 渗 流 的 过 程 ， 同 时 也 是 一 个 土力 学 和 断 裂力 学 问题 ，同 时该 问 题 影 响 因 素 较 多 ， 分 析该 问题 应 该 考 虑 各 种 影 响 因 素 的作 用 。 如 何 考 虑 水 力劈 裂各 种 因 素 的作 用 ， 可 利 用 目前 比较 流 行 的 有 限元 法 ． 有 限元法具有 操作简单 。 能 够 考 虑 各 种 材 料 之 间 的 接 触 以及 复 杂 材 料 属 性 和 适 应 多 种 边 界 条 件 等 优 势 。 有 限单 元 法 在 处 理 高 土 石 坝 等 方 面 已发 挥 越 来 越 重 要 的作 用 。
沿 轴线产生劈 裂 。 注入的浆体将 充满劈 裂裂隙 ， 当 浆 体 形 成 强
度 的时候 ， 将 形 成 防渗 帷 幕 。 防渗 帷 幕 对 抑 制 裂 隙 发 展 可 以起 到积极的作用 。
数 较 低 的粘 土 ， 而 碎 石 土 和 粘 性 土 的模 量 差 别 较 大 ， 在 土 石 坝
使 用期 间 ， 心墙 的变形将会 大于坝壳料 的变形 ， 也 即坝 壳 料 会 对 心 墙 有 一 个 向 上 的 拉 力 ，而 这 个 拉 力 也 将 使 心 墙 产 生 裂 隙 。 这 种 坝 壳 料 与 心 墙 的 相 互 作 用 成 为 ”拱 效 应 ” ，土石 坝 坝 体 越
湿度 的作用 ， 也促使心 墙产生裂 隙 ， 同 时 由 于 心 墙 材 料 属 于 弹
塑性材料 ， 在施工完成后 ， 土 石 坝 中各 种 材 料 ， 由 于 固结 、 蠕变 、
石坝水库坝体劈裂灌浆探讨
石坝水库坝体劈裂灌浆探讨一、石坝水库坝体劈裂问题的成因和危害1.成因石坝水库坝体劈裂的成因有很多，在工程实践中主要有以下几种原因：一是地震等自然灾害的影响；二是水库建设过程中不当的施工技术或者设计不合理导致的问题；三是水库坝体长时间的水压力的影响，导致坝体产生裂缝。
2.危害水库坝体劈裂问题一旦出现，其对水库安全稳定产生了很大的危害。
劈裂带来的坝体变形和位移会影响坝体的整体稳定性，增加了坝体承载的不确定性。
劈裂也会导致水库渗漏，从而威胁到水库的安全运行。
在发生地震等自然灾害时，劈裂坝体也容易导致破坏，加剧了水库的安全风险。
二、石坝水库坝体劈裂灌浆修复技术1. 清理首先需要对劈裂的裂缝进行清理。
清理时需要将裂缝内的杂物清理干净，包括水泥砂浆、腐蚀的混凝土等，以便于后续的施工操作和浆料的充分渗透。
2. 开孔开孔是指在水库坝体裂缝处进行钻孔，以方便浆料的注入。
钻孔的位置和深度需要根据水库坝体的具体情况来决定，一般来说，孔直径为25-40mm，深度为1-2m，孔距为1.5-2m，孔与孔之间错开位置。
3. 注浆注浆是整个灌浆修复过程中的核心环节。
在开孔之后，需要通过专用的注浆设备将浆料注入到裂缝之中。
常用的浆料有水泥浆、高分子浆料等，它们具有流动性好、固化时间快等特点，能够充分填满裂缝，形成一体化的坝体。
灌浆修复作为水库坝体劈裂问题的一种解决方法，其修复效果需要经过一定的评价和监测。
评价主要包括灌浆前后坝体变形情况、渗漏情况以及坝体稳定性的综合评估。
1. 坝体变形情况通过对坝体裂缝处进行水平位移、竖向位移的测量，可以了解到灌浆修复后的坝体变形情况。
通过对比灌浆前后的变形数据，可以评估灌浆修复的效果。
2. 渗漏情况灌浆修复后需要对坝体渗漏情况进行监测。
可以通过渗流计、压力计等监测设备对水库坝体渗漏情况进行实时监测，以确认灌浆修复的效果。
3. 综合评估在对变形和渗漏情况进行评价的基础上，需要进行综合评估。
综合评估主要是对灌浆修复前后水库整体稳定性进行评定，从而确定灌浆修复的效果是否能够满足设计要求。
心墙堆石坝坝体变形有限元分析
心墙堆石坝坝体变形有限元分析心墙堆石坝是一种用来建立水库的水坝，结构简单，可以在短时间内完成，而且价格低廉，这种结构已经被广泛的应用于多个国家的水利建设中。
在坝坝的运行过程中，由于液体的压力，坝体结构发生变形，如果变形过大，可能会对坝体的安全造成严重的影响，因此，对坝体变形的分析是十分必要的。
有限元作为一种数值分析方法，在坝体变形分析中发挥着至关重要的作用。
首先，建立完善的有限元模型，然后通过数值计算，来准确的分析坝体变形的情况。
通过坝体变形的分析，可以分析出变形大小及原因，而且还能及时的发现坝体的缺陷，从而尽可能的增加坝体的安全。
由于有限元法的优势，近年来，越来越多的工程都开始采用有限元法来进行变形分析，包括钢结构、混凝土结构、坝体等都应用于有限元法，但是，由于坝体的复杂性，其变形分析仍然是有限元法中十分考验分析者技术的一方面。
针对心墙堆石坝，其变形分析比较复杂，平常的有限元法可能无法正确的数值化计算结果，因此在进行变形分析之前，必须要进行全面的论证，来保证有限元模型的正确性。
比如，要注意到坝体的现场环境，检查坝体的状况，以及检查坝体内部渗流情况，并且还应考虑到坝体变形保护的作用，以便正确的计算出坝体的变形情况。
在完成了论证工作之后，再建立有限元模型，并通过有限元模型，来计算坝体的变形情况。
坝体变形计算的主要因素有：水库水位、坝体材料的参数、结构的形状以及坝体地形。
在完成计算之后，还要对比坝体的变形情况，看是否符合安全规范要求，如果有超出规定范围的变形，就要及时采取相应的措施，以便保证坝体的安全。
所以，以心墙堆石坝为例，有限元法在坝坝变形分析中起着极为重要的作用。
有限元法不仅能够准确地分析出变形的大小及原因，而且还能及时发现变形过大的缺陷，保证了坝坝的安全。
然而，由于坝体结构的复杂性，在有限元法的变形分析中，仍然需要对有限元模型有全面的论证，以及及时的检查变形范围，以便达到最佳的坝体变形分析效果。
水力劈裂分析
H = 265m
1. 问题
水力劈裂——水压力超过土体应力（总应力），使土体劈开的现象。
（1）总应力法
标准： σ 2 < u
（2）有效应力法
许多坝的计算结果，大片区域劈裂。
标准：
σ 2′ < 0
有效应力法对所有心墙坝都不出现劈裂。
h
·
总应力法计算的竣工时（总）小主应力等值线 (MPa) 总应力法计算的蓄水后（总）小主应力等值线 (MPa)
蓄水初，内水压力来不及升高，是发生水力劈裂的时刻。
τ
u
σ
σ
′
3
σ 3 σ 1′
σ1
（2）存在较大的心墙内外水压力差，是发生水力劈裂的必要条件。 水压力要有突变。渐变破坏是渗透破坏，不是劈裂。
（a）流土
（b）劈裂
施工完
A
蓄水初
B
A
B
u
上游面 水压
蓄水初孔压分布
x 0
施工刚完孔压分布
（3）心墙渗透性、饱和度、墙前水位上升速度，影响水力劈裂的发生
心墙堆石坝的 水力劈裂
殷宗泽 河海大学
正在设计或施工中的土石坝（h >150m）
坝名
坝型 坝高m 坝名
坝型 坝高m
双江口
心墙坝
322
（大渡河）
两河口 土石坝
300
（雅砻江）
虎跳峡 心墙坝
265
－云南 （金沙江）
糯扎渡 心墙坝
261
－云南 （澜沧江）
阿海
心墙坝
247
（金沙江）
三板溪 姚家坪 洪家渡 滩坑 紫坪铺
（1）有效应力法
≠
现有计算方法：计算心墙内部水压力、有效应力。σ
混凝土面板堆石坝工程中裂缝的成因及对策
混凝土面板堆石坝工程中裂缝的成因及对策混凝土面板堆石坝工程中裂缝的成因及对策混凝土面板堆石坝是一种常见的水利工程，其主要由混凝土面板和石块组成。
在工程建设过程中，裂缝是一个常见的问题，它会对工程的稳定性和安全性产生影响。
因此，了解混凝土面板堆石坝工程中裂缝的成因及对策是非常重要的。
一、混凝土面板堆石坝工程中裂缝的成因1.温度变化：混凝土面板堆石坝在施工过程中，由于温度变化会导致混凝土的收缩和膨胀，从而引起裂缝的产生。
2.地震：地震是混凝土面板堆石坝裂缝产生的主要原因之一。
地震会产生强烈的震动，从而导致混凝土面板和石块之间的摩擦力减小，从而引起裂缝的产生。
3.水压力：水压力是混凝土面板堆石坝裂缝产生的另一个主要原因。
水压力会导致混凝土面板和石块之间的摩擦力减小，从而引起裂缝的产生。
4.材料质量：混凝土面板堆石坝的材料质量也会影响裂缝的产生。
如果混凝土的质量不好，或者石块的大小不一，就会导致裂缝的产生。
二、混凝土面板堆石坝工程中裂缝的对策1.加强材料质量控制：在混凝土面板堆石坝的施工过程中，应加强对材料质量的控制，确保混凝土的质量和石块的大小一致，从而减少裂缝的产生。
2.加强温度控制：在混凝土面板堆石坝的施工过程中，应加强对温度的控制，避免温度变化过大，从而减少裂缝的产生。
3.加强地震抗震能力：在混凝土面板堆石坝的设计和施工过程中，应加强地震抗震能力，采取一些措施来增强混凝土面板和石块之间的摩擦力，从而减少裂缝的产生。
4.加强水压力控制：在混凝土面板堆石坝的施工过程中，应加强对水压力的控制，避免水压力过大，从而减少裂缝的产生。
综上所述，混凝土面板堆石坝工程中裂缝的成因及对策是非常重要的。
在工程建设过程中，应加强对材料质量、温度、地震和水压力的控制，从而减少裂缝的产生，确保工程的稳定性和安全性。
土石坝碾压式沥青混凝土心墙水力劈裂条件研究
变状态ꎮ
３ １ 约束下的模型试验结果
该试验旨在研究沥青试件在约束条件下室内的高
水压ꎮ 在试验过程中ꎬ 通过固定可调螺钉来限制沥青
试样顶部的垂直位移ꎮ 初步阶段ꎬ 室内水压以 ０ ３ ~
意的是ꎬ 在试验过程中松开了位移可调螺钉ꎬ 以使垂
图 １ 为研制的水力劈裂沥青混凝土模型试验设备
示意ꎮ 在圆柱形钢模中制备了直径为 １５０ ｍｍ、 高度为
２５０ ｍｍ 的沥青混凝土试件ꎮ 标准沥青混凝土配合比设
计标准已经制定ꎬ 骨料粒径最大不超过 １８ ｍｍꎮ 沥青
图 １ 水力压裂沥青混凝土模型试验设备原理示意
收稿日期: ２０２０ － ０５ － １３ꎻ 修回日期: ２０２０ － ０７ － ０８
７ ０％
５℃ 时的水压为 ３ １ ＭＰａꎬ １０℃ 时的水压为 １ ２ ＭＰａꎬ
将干集料、 添加的填料和沥青加热并混合ꎬ 然后
将温度约为 １５０℃ 的热沥青混合料连续 ３ 层放置在直
２０℃ 时的水压为 ０ ７ ＭＰａꎬ 低温条件对应于高压条件ꎮ
３ ２ 模型压缩试验结果
该试验旨在研究高水压下沥青试件在室内承受的
第９ 期
２０２０ 年 ９ 月
广东水利水电
ＧＵＡＮＧＤＯＮＧ ＷＡＴＥＲ ＲＥＳＯＵＲＣＥＳ ＡＮＤ ＨＹＤＲＯＰＯＷＥＲ
Ｎｏ ９
Ｓｅｐ. ２０２０
土石坝碾压式沥青混凝土心墙水力劈裂条件研究
隆 锐
( 广西壮族自治区百色水利电力设计院ꎬ 广西 百色 ５３３０００)
摘 要: 土石坝大多采用碾压式沥青混凝土作为防渗心墙ꎬ 该文针对坝内沥青心墙可能发生水力劈裂的条件ꎬ 建立了沥
混凝土心墙采用邓肯 － 张 Ｅ － Ｂ 材料本构模型ꎬ 沥青
基于断裂力学的土石坝心墙水力劈裂研究【土木工程岩土工程专业优秀论文】
河海大学博十学位论文第二章‘水力劈裂发生的条件和机理研究土石坝心墙的水力劈裂问题，必须结合土石坝心墙的受力条件，即需要把研究的问题放在问题提出的环境中研究，如果离开了问题的环境，问题本身也就失去了研究的意义。
因此，本章从土石坝心墙，尤其是心墙上游面的受力环境出发，并考虑竣工蓄水过程，分析水力劈裂发生的物质条件、力学条件、蓄水条件和裂缝条件；借助心墙应力拱效应的概念，讨论坝料特性和坝体结构特征对水力劈裂的影响；基于断裂力学的理论，认识水力劈裂发生的力学机理。
２．１水力劈裂发生的物质条件土石坝心墙水力劈裂的发生，必须同时具备两个物质条件，即心墙中存在强透水的裂缝或缺陷，以及心墙材料的渗透性要足够的小。
２．１．１心墙中的裂缝及缺陷假设心墙是由完全均质的材料组成的，且无任何裂缝或缺陷存在，即心墙内各点的渗透性完全相同，如图２．１所示。
无论心墙上游面是光滑的还是粗糙的，无论高水位还是低水位，库水压力总是垂直作用于心墙上游面的，并不存在使心墙产生与其上游面垂直或斜交裂缝的水压力。
由于心墙内各点的渗透性完全相同，渗入心墙水体形成的浸润线形态必然是光滑曲线。
浸润线以下各点的孔隙水压力也必定是连续变化的，即不会出现集中的水头梯度，也就不可能产生使心墙开裂的应力状态。
图２．１均质心墙Ｆ追．２．１ＨｙｄｒａｕＨｃｆｒａｃｔ．１ｒｉＨｇｉｎｈＯｍｏｇｅｎｅｏｕｓｃｅｎｔｒａｌｏ叫雩图２．２完全不透水材料心墙Ｆｉｇ．２．２ＨｙｄｒａｕｌｉｃｆｒａｃｔｕｒｉｎｇｉｎｉｍｐｅｒｖｉｏｕｓｍａｔｅｒｉａＩｃＯ心如果心墙不是均质无缺陷的，而是包含一定裂缝或缺陷的，且在心墙上游面有裂缝或缺陷分布（如图２．２），情况将大不相同。
由于裂缝或缺陷的渗透性比周围心墙材料的洼诱桦女诈舅．库水会很快进入裂缝或缺陷，水压力作用于裂缝或缺陷边河海大学博士学位论文裂缝面。
若该水压力仍能使裂缝继续扩展，裂缝将继续扩展，直到水压力的强度不足以使裂缝继续扩展为止。
土质心墙坝水力劈裂条件分析
ｓ ｅｌａ ｄ ｔｅ ｃ ｒ ｄ ｔｅ ｃ ｎ ｉ ｏ ｆｈｇ ｅ ｏ ｎ ｉｇ ｓ ｅ ｄ ｉ ｄ ，ａ ｄ ｔ ｅ ｈ ｃ ｕ ｒ ｎ ｅｃ ｎ ｉ ｏ ｓｏ ｅ ｈ ｄ ａ ｉ ａ — ｈ ｌ ｎ ｈ ｏｅ ａ ｈ ｏ ｄｔ ｎ ｏ ｉｈ ｒｉ ｕ ｄｎ ｐ ｅ ｓｍａ ｅ ｎ ｎｔ ｅ ｏ ｃ ｒｅ ｃ ｏ ｄ ｔ ｎ ｆｔ ｙ ｒｕ ｃ ｆ ｃ ｎ ｉ ｍｐ ｈ ｉ ｈ ｌ ｒ ｔ ｒ ｅ ｆ ｒ ｅ ｔ ｄｅ ｌｎ ｔ ｈ ｉ ｕ ｓ ｎ ｏ ｈ ｅａｉｎ ｈｐ ｂ ｔ ｅ ｎ ｔ ｅ ｍｏ ｕ ｉｏ ｏｈ ｔｅ ｄ ｈ ｌ ａ ｄ ｔｅ ｉ ｏ ｕ ｄｎ ｕ ｅ Ｂ ｕｔ ｒｓ ｉｄ ａｏ ｇ ｗ ｈ ｔ ｅ ｄｓ ｓｉ ｎ ｔ ｅ ｒｌ ｔ ｓ ｉ ｅｗ ｅ ｈ ｄ ｆｂ ｔ ｈ ａ ｓ ｅｌ ｎ ｈ Ｙ ｈ ｕ ｉ ｃ ｏ ｏ ｌ ｍ ｍｐ ｎ ｉｇ ｓ ｅ ｄ ａ ｄ ｔ ｅｉ ａ ｔｆ ｍ ｅ ｉ ｏ ｕ ｄ ｎ ｐ ｅ ｎ ｔ ｅ ｄｓｒ ｕ ｉｎ ａ ｄ ｍａ ｎ ｔ ｄ ｆｓ ｅ ｓ ｗ ｔ ｉ ｈ ｐ ｔ ａ ｏ ｅ ｏ ｅ ｃ ｒ． ｐ ｅ ｎ ｍｐ ｃ ｒ ｔ ｍｐ ｎ ｉ ｇ ｓ ｅ ｄ ｏ ｉ ｉ ｔ ｇ ｉ ｅ ｏ ｔ ｓ ｈｎ ｔｅ ｕ ｓ ｅ ｈ ｏ ｈ ｈ ｔｂ ｏ ｎ ｕ ｒ ｉ ｒ ｍ ｚ ｎ ｆｔ ｏ ｅ ｈ
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浅谈土质心墙坝的水力劈裂有限元数值模拟
力大 于心墙 上 游 面土体 的最小 主应 力时 ，库水 压 力 就 成为劈 裂 压 力 ，心墙 就 易受 水 力 劈 裂 破坏 ， 尤其 是小 主应 力作 用面垂 直 于坝轴 线方 向时 ，情 土石 坝是指 由土 、石料 等 当地 材料填 筑而成 的坝 ，是历 史最 为悠久 的一 种坝 型 。由于该 坝 型 具有 施工 简单 、工 序 少 、造 价 低 、施 工 速度 快 、 工作 可靠 、寿命 长 、对 自然 条件适应 性强 ，特别 是在 气候恶 劣 、工程地 质条 件复 杂和高烈 度地震 区的情况下 ，土 石坝是 最可 取 的坝 型 ，有 时也是 唯一 可取 的坝型 。因而 成 为世界 坝工建设 中应用 最 为广泛 和发展 最快 的坝 型 。而作 为土石 坝 的典 型代 表 的土质心墙 坝 ，无论 是 国内外 的在 建和拟 建 的 ，心墙 的水力 劈裂 问题 必定是 设计 和施 工 中
吉林水利
浅谈 土质心墙 坝的水 力劈裂有 限元数值 模拟
谢 江红
２１ ０ ０年 ５月
蓄水过程等 因素的影 响 ，不能说 明土 体发生裂缝
的机理 ，也无 法计算 和分析水力 劈裂 的过程 。殷 宗泽［］ 则提 出 了用 有效 应 力 有 限 元法 计 算 得 ５等 Ｓ 应力 场 （ 有效应力 和 孔 隙水应 力 ） ，然后 用 蓄水
最 为关注 的 。
况更 为危 险 。 即使 小主应 力作 用面 垂直 于河 流方 向 ， 由于 心墙 上游 面产 生 了水 力劈 裂 ，渗透路 径
缩短 ，对 心墙 防渗 也不利 。 从 土 质心 墙 坝 的水 力 劈裂 的物 理 现 象 来看 ， 水力 劈裂 是指 由于水压力 的抬 高 ，在岩 体或 土体
关 注 。本 文 主 要 分析 土质 心 墙 坝 的 水 力劈 裂 的发 生 原 理 ， 并 以 工程 实例 作 为 分 析 对 象进 行 详 细 阐 述 。
石坝水库坝体劈裂灌浆探讨
石坝水库坝体劈裂灌浆探讨石坝水库位于中国湖北省黄石市境内，是一座重要的水源工程。
在过去的几年里，工程师们发现了一些令人担忧的迹象：水库坝体出现了劈裂的现象，这对于水库的安全无疑是一个严重的隐患。
为了解决这一问题，工程师们进行了一系列的努力，其中包括对坝体进行灌浆处理。
本文将对石坝水库坝体劈裂灌浆探讨进行详细的描述和分析。
1. 石坝水库坝体劈裂现象石坝水库的总库容为4.8亿立方米，坝高为97米，坝长为724米。
该水库于20世纪80年代建成投入运行，是当地的主要水源之一。
随着时间的推移，工程师们开始发现水库坝体出现了劈裂的现象。
这些劈裂不仅出现在坝体表面，还延伸到了坝体内部。
据初步分析，这些劈裂可能与地质条件、建筑材料和工程施工有关，但具体的原因尚未查明。
2. 劈裂对水库安全的影响水库坝体的劈裂对水库的安全产生了严重的影响。
劈裂使得坝体的整体稳定性受到威胁，如果不及时进行修复，劈裂可能会导致坝体的破坏和坍塌，进而造成严重的灾害。
劈裂还会影响水库的防渗性能，增加了水库渗漏的风险。
对水库坝体劈裂进行修复至关重要。
3. 灌浆技术灌浆是一种常用的修复水利工程坝体裂缝的技术，通常采用水泥浆或聚合物浆料注入裂缝中，填充裂缝并加固坝体。
灌浆修复的原理是通过注浆材料的硬化和粘结作用来恢复坝体的整体强度和稳定性。
灌浆修复并非一劳永逸的方法，其效果取决于灌浆的材料和工艺。
4. 石坝水库灌浆修复方案针对石坝水库坝体劈裂问题，工程师们制定了一套灌浆修复方案。
他们对坝体的劈裂情况进行了详细的调查和评估，确定了劈裂的位置和严重程度。
然后，他们选择了适当的灌浆材料，进行了灌浆工艺的优化。
他们对灌浆后的坝体进行了监测和评估，以确保修复效果。
5. 灌浆效果与挑战经过工程师们的努力，灌浆修复取得了一定的效果。
灌浆弥补了坝体的裂缝，恢复了坝体的整体强度和稳定性。
灌浆提高了坝体的抗渗性能，减少了渗漏风险。
灌浆修复也面临着一些挑战，比如灌浆材料的选择和使用、灌浆工艺的控制等方面的不足，需要进一步加强。
印度尼西亚Jatigede坝心墙应力和水力劈裂研究综述
倍 ）但其水平面上 的垂 直应力仍有 可能小于上 ， 游侧的库水压力。到 ８ 年代初 ， ０ 土体水力劈裂概
念 基本 有 了一 致 的说 法 ， 即土 体 水 力劈 裂 是 由于 水 压力 作用 在 土体 内部 或 外 部 时 ， 土体 产 生 裂 缝 并 扩展 的一 种 物理 现象 。
力影响 因素 的交叉作 用下进行有 限元计 算 ， 结果表 明： 心墙 土料 的泊松 比对应力影响最大 ， 次是心墙 的密度 ， 其 然后是 心 墙 土料抗 剪强度指标Байду номын сангаас 值 ， 最小的是 心墙 土料 凝聚力。在这 ５种影响 因素 中， 量 比对心墙应力的影响仅 比心墙土料凝 模 聚力 ｃ明显 ， 计算初步判 断该心墙 不会发 生水力劈 裂。
得 出土体水力劈裂压力计算公式 ：
＞ｍ ｔ ｔ 日＋ ｒ （） ２
式中， 为水力 劈裂压 力 ， 试 验常数 ， ｉ 为 ｎ 盯 为 土 的水平 主应 力 ， 效抵 抗破 裂 的土 体 近 盯有
・
５ 。 ０
孙 陶 高希章 ， 尹岳明： 印度尼西亚 Ｊｔ ｅｅ坝心墙应 力和水 力劈裂研 究综述 ａｉ ｄ ｇ
件 是 ：
＞ｏ ｒ ３＋ （） １
破坏所 致 ， 事后 的调查 分析 认为 ， 能是 右岸 深键 可
式 中 ， 为 静 水 压 力 ， ，土 体 小 主应 力 ， 土 体 叮 抗 拉强 度 。 １７ ９９年 ， ｗ ｒ ｉ Ｊ ｏｓ 等人 通过 取 自 Ｔｔｎ坝残 ａ ｋ ｅ ｏ 余 心墙 内的原 状 土 和经 过 重 塑 后 的 土进 行 试 验 ，
浅谈土质心墙水力劈裂机理
浅谈土质心墙水力劈裂机理引言：在各种水坝坝型中，土石坝对地址条件的要求最低，对于一些特殊地质条件，比如坝址位于深厚覆盖层上，土石坝几乎是唯一可行的选择。
从上世纪末开始，一大批处于高水头、大埋深等恶劣水文地质环境条件下的高土石坝相继开工，超过200m甚至是300m以上的大坝被修建。
高土石坝的设计是一个难点，很多高土石坝采用的坝型是土质心墙坝。
但是，在高土石坝的设计中，还存在着一些亟需解决而尚未解决的问题，其中土质心墙坝的水力劈裂问题就是其中之一。
1土质心墙水力劈裂研究的基本方法黄文熙先生曾给出水力劈裂的定义：水力劈裂是由于水压力的升高在岩体或土体中引起裂缝发生与扩展的一种物理现象。
由于土质心墙坝水力劈裂问题极其复杂，多年来虽然有众多学者对此进行了大量的研究，但对于水力劈裂的发生条件、力学机理、判别条件等还存在很多争议。
这直接导致无法建立真正合适的物理模型对此问题进行研究，与之对应的数值模拟也无法准确开展。
图1[1]展示了心墙上游面水位对土质心墙水压力作用。
目前关于土质心墙坝水力劈裂机理的研究大致有两种观点：一种是认为在土质心墙中原本就存在裂缝，在快速上升水库水面的水压力下形成“水楔”作用，造成水力劈裂的发生。
另一种是从非连续变形和断裂力学的角度分析研究土质心墙水力劈裂的发生。
2研究进展以前的的水力劈裂研究认为，劈裂机理是劈裂液的液体压力超过最小主应力，岩石在与最小主应力垂直的方向上首先开裂，并沿这一方向扩展。
应用水力劈裂来测量地应力就是依照这一原理[2]。
王俊杰等[3]认为水力劈裂的发生至少需要满足物质条件和力学条件两个方面的要求。
物质条件即心墙墙体中存在的裂缝和心墙材料的低透水性，力学条件是指有足够大的“水楔”存在。
已经达成共识的是蓄水初期是水力劈裂发生的危险时期，而渗流稳定期很少出现水力劈裂，出现渗透破坏的形式多为管涌或流土。
以前的学者们倾向于将土质心墙的裂缝归因于心墙的“拱效应”，然而殷宗泽[4]等在按照有效应力法对土质心墙进行水力劈裂计算时发现从未出现过心墙有效应力小于或等于0的情况。
面板堆石坝裂缝分析及防治措施
面板堆石坝裂缝分析及防治措施
1 面板裂缝原因分析
1.1 结构性裂缝原因分析
混凝土面板支撑体在坝体自重、水压力等外荷载作用下，产生了不均匀的沉降，导致面板和垫层之间脱空，改变了面板的力学模型，从而产生结构性裂缝。
混凝土面板结构性裂缝分为弯曲性结构裂缝和拉伸性结构裂缝。
弯曲性裂缝主要由面板法向变形产生，混凝土面板一侧受拉裂开张口，另一侧仍处于受压状态，是纯弯、大偏心受拉或大偏心受压引起的。
拉伸结构性裂缝主要由面板切向（平行面板方向）变形产生，与垫层料开裂的原理相同，其方向为：河谷部位是水平的，两岸与岸坡大致平行，面板两侧均裂开，是纯拉、小偏心受拉引起的。
1.2 非结构性裂缝原因分析
非结构性裂缝是面板在非外力作用下产生的裂缝。
产生非结构性裂缝的原因很多，但最主要的原因是由于面板混凝土在自身和各种外界因素作用下产生收缩变形所致。
混凝土面板结构体型长而薄，往往由于面板混凝土原材料中的砂石骨料、水泥、施工工艺、防护措施、湿度和温度变化等原因而造成干燥收缩和降温冷缩，并受到底部垫层约束，当由此诱发的拉应力超过面板某截面的抗拉强度时，即在该截面裂开，产生面板收缩裂缝，亦即非结构性裂缝。
2 预防开裂的措施。
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基金项目作者简介
江苏海安人教授
心墙堆石坝的水力劈裂分析
殷宗泽土木工程学院江苏南京
摘要本文详细分析了它们产生差异的原因提出应用有效应力法计算心墙堆石坝初期有效应力和水压力通过叠加得到总应力再与心墙前水压力比较来判这样通过控制这些因素就可避免水力劈裂的发生最后通过实例计算表明了该方法的合理性
关键词土石坝水力劈裂防渗心墙问题的提出
水力最著名的是美国坝失事事件学者们在事后做了大量的研究认为其失事原因是发生了水力劈裂国内外学者对水力劈裂问题已做了许多研究
划设计图水力劈裂计算分析
前者是计算心墙内的总应力与墙前水压力相比来判别水力劈裂发生的可能后者是计算心墙中的有效应力用有效应力是否小于来判别水
图是笔者年对
其中图
图中可见按总应力法计算
而按有效应力法计算出的有效中主应力远大于笔者
与合作者曾进行过数十座高土石坝的计算分析从未出现过有效应力哪怕是有效小主应力小于的情
步研究这两种水力劈裂计算方法为什么会有如此大的差异
水力劈裂机理
因此需要从水力劈
它又有个主应力分量小主应
力不能用于比较这是因为小主应力作用面与防渗墙上游面大体平行而防渗墙上游面正是水压力作用
退一步说
因此可以先排除
大主应力和中主应力小于水压力
中主应力方向与坝轴线方向大体接近水压力如果沿中主应力
并使裂缝愈冲愈大因此应该
不应该对分析水力劈裂带来麻烦
这个被忽视的
也就是说蓄水初期心墙内部各点的水压
也并不等于墙上游面的水压力
和的
因此蓄水初期心墙内
总应力法显然用的是外水压力
有效应力是土体内同一点的总应力与水压力
因此先讨论有效小主应力都不可能小于
小于
实际上不会在心墙中出现小于
蓄水初期水荷载是从小主应力方向施加的因此有效小主应力
小于
土体中某一面上有效应力为
二是边界面上的
水压力突然增加
土体破坏形式
图由图
初期心墙靠上游面土体中的水压力稳定渗流期心墙上游面水
图
内水压力都不会超过土体应力即不可能出现小于的情况
更不必提小于
在蓄水初期总应力法用心墙内靠近上游面位置处的土体总应力与心墙前水压力相比较
这样水力劈裂的
水压力的突变是
内部图比较了上游
由图
产生水压力突变
心墙水平面上的孔压分布
如果土是完全
但对于非饱和土孔隙中的空气首先被压水力劈裂的合理分析方法
总应力法用心墙内的总应力与上游水压力相比来判别是否发生水力劈裂是符合机
对应的泊
和而实际上
蓄水初期孔压没有消散侧向总应力是较大的
法计算水力劈裂
用这种试验所得参数计算的泊松
总应力法计算也不
方法
取心墙靠近上游面处各单元
由于是有效应力法本构模型参数要用排
用所提出的有效应力法对糯扎渡土石坝作相应计算考虑心墙料的渗透性及墙前水位上升速度等结果示于图比较图这
改进方法的计算结果
结论
设计中应控制这些因
参考文献
黄文熙
沈珠江
曾开华殷宗泽。