土石坝坝顶加固的永久变形机理及其离心模型试验验证 Deformation mechanism study of top reinforcement of the earth-rock-fill dam and its verification by the centrifuge model test.pdfVIP

第l期 水利水运工程学报 No．1 2011年3月 HY】DRo．圈：1日qCEAND圈ⅫG】嗍团匝珊岷 Mar．2011 土石坝坝顶加固的永久变形机理及其 离心模型试验验证 章为民1，王年香1，顾行文1，曾友金1，伍小玉2，杜三林3 (1．南京水利科学研究院，江苏南京210029；2．中国水电顾问集团成都勘测设计研究院，四川成都 610072；3．中国大唐集团公司，北京100140) 摘要：首先介绍了汶川特大地震中紫坪铺大坝永久变形原型观测的研究结果，根据紫坪铺大坝汶川地震实测 结果，发现地震永久变形主要产生于大坝的上部，从地震永久变形的发生机理论证了坝顶加固技术的合理性与 科学性．然后介绍了土石坝离心模型动力试验的研究成果，通过离心模型试验验证了坝顶加固的有效性与合理 性．通过比较，表明离心模型试验得到的大坝变形分布形态、大坝外形轮廓变化、变形矢量等关键技术特性与墨 西哥ElI血哪illo土石坝及紫坪铺汶川地震实测结果吻合很好，证实了离心模型试验的技术优势． 关 键 词：坝顶加固；永久变形；离心机振动台；土石坝；紫坪铺面板堆石坝；地震 中图分类号：Tv64l 文献标志码：A 1 土石坝及其地震沉降 水能资源是可再生的清洁能源，为解决未来发展中的能源问题，我国将建设多座大型高土石坝工程，如 长河坝、双江口、两河口、糯扎渡等工程都是具有世界级水平与技术难度的高坝大库工程．土石坝使用当地材 料筑坝，具有结构简单、造价低、抗震能力强的特点，成为高坝建设的主要坝型之一．由于我国水能资源多集 中在西部高地震烈度地区，研究解决高土石坝抗震问题就变得非常重要和迫切．土石坝的抗震措施主要有： 预留坝顶超高、提高压实标准、放缓和加固坝坡、加固坝顶等，目前由于问题的复杂性以及技术手段的限制， 有些方法尚缺乏机理的深入研究，经验定性成分居多，说服力不强．例如坝顶加固方法的依据主要有两个方 面：坝顶永久沉降最大和坝顶地震加速度反应最大，这虽然有一定的道理但仍令人担心，其原因之一是源于 图l的沉降模型． 图l 顶部沉降与沉降机理模型 settlement肌d∞tde啪ntmodel Fig．tTop 收稿日期：20lO—05—24 雅砻江水电开发联合研究基金资助项目 作者简介：章为民(1959一)，男，江苏连云港人，教授级高级工程师，主要从事土石坝及岩土力学研究． E·mail：wI北h粕g@nllri．cn 万方数据 第l期 章为民，等：土石坝坝顶加固的永久变形机理及其离心模型试验验证 23 图l表明，在连续无间断的前提下，不论沉降是由坝体哪个部分产生的，顶部(A’点)的地震沉降增量理 论上永远最大．显然，如果沉降产生在下部(图l(a))，坝顶永久沉降也是最大的，此时加固坝顶就不会有 效．因此，坝顶地震永久沉降最大并不能成为坝顶加同的理由，虽然坝顶加速度大，但其机理尚不清楚，加上 没有实际的地震资料，这一问题并未解决． 2 紫坪铺面板坝地震永久变形与坝顶加固机理 紫坪铺面板堆石坝是国内外第l座遭受8级特大地震(大坝实际遭遇影响烈度Ⅸ度)仍然安全运行的 超百米混凝土面板堆石坝，在世界堆石坝抗震史上具有里程碑意义，获得了“国际堆石坝里程碑特别工程 奖”，也反映了我国近30年来在水利水电建设中的巨大成就与科技进步．紫坪铺大坝布设了较为完整的监 测系统，虽然部分设备仪器在超强大地震中遭受损坏，但仍然得到了大量珍贵的数据资料¨。J． 2．1 汶川地震后紫坪铺面板坝永久沉降分布特征 紫坪铺大坝地震永久沉降分布见图2．可见，紫坪铺大坝地震永久沉降沿坝高分布不均匀．表l列出了 地震对大坝的总体影响与危害，但不能说明地震永久沉降的变化规律，采用分区沉陷率一1(压缩应变=△∥ △日)则可清楚地看出沉陷的分布规律．由表l和图3可见，紫坪铺大坝上部坝体震陷率最大，达到1．57％一 1．