超高土石壩心墻孔壓不均勻分布特征及其機(jī)理研究

鄒德高，姜秋婷，劉京茂，金 偉，朱先文

(1.大連理工大學(xué) 海岸與近海工程國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，遼寧 大連 116024；2.大連理工大學(xué) 水利工程學(xué)院，遼寧 大連 116024；3.中國(guó)電建集團(tuán)成都勘測(cè)設(shè)計(jì)研究院有限公司，四川 成都 610072)

1 研究背景

實(shí)測(cè)資料顯示，高土石壩施工過(guò)程中心墻內(nèi)會(huì)產(chǎn)生較高的超靜孔隙水壓力(簡(jiǎn)稱(chēng)孔壓)。例如，小浪底斜心墻壩(壩高154 m)竣工時(shí)最大孔壓為1.37 MPa[1]；糯扎渡心墻壩(壩高261.5 m)滿(mǎn)蓄時(shí)最大孔壓為2.30 MPa[2]。這些監(jiān)測(cè)成果為發(fā)展和驗(yàn)證高心墻壩安全評(píng)價(jià)方法、推動(dòng)科學(xué)認(rèn)識(shí)大壩工作性態(tài)提供了寶貴支撐，但已有工程普遍存在有效滲壓計(jì)數(shù)目相對(duì)較少的問(wèn)題。在建的高295 m兩河口心墻壩建立了完備的監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，獲得了豐富的孔壓監(jiān)測(cè)資料，目前最大監(jiān)測(cè)孔壓已達(dá)3.74 MPa[3]，同時(shí)發(fā)現(xiàn)孔壓呈顯著不均勻分布的特征，超出了以往的認(rèn)識(shí)，引起了工程界對(duì)兩河口大壩心墻安全的擔(dān)憂。

為了分析孔壓對(duì)工程安全的影響，眾多學(xué)者提出并發(fā)展了基于有效應(yīng)力原理的流固耦合分析方法，主要包括Biot流固耦合法[4-7]和不排水流固耦合法[8-9]兩種，兩者各有優(yōu)缺點(diǎn)。Biot流固耦合法在理論上更嚴(yán)密，但面臨著方程組系數(shù)矩陣病態(tài)問(wèn)題，病態(tài)程度與時(shí)間步長(zhǎng)、單元尺寸、滲透性等多種因素有關(guān)，并且求解效率低、易失敗[10]，相關(guān)研究成果主要集中在二維分析。近年來(lái)，許多學(xué)者[4-5]開(kāi)始對(duì)土石壩進(jìn)行大型三維Biot流固耦合分析，但相關(guān)研究仍較少。不排水流固耦合法雖僅適用于土體飽和度較高、孔隙流體滲透性極低的情況，但該方法可在傳統(tǒng)有限元計(jì)算軟件中植入，實(shí)現(xiàn)方便，并且求解效率高、穩(wěn)定性好。……