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某水電站礫石土心墻堆石壩心墻拱效應(yīng)監(jiān)測分析

文檔作者：王開明．王海軍文檔來源：中國電建集團成都勘測設(shè)計研究院有限公司		點擊數(shù)：	更新時間： 2025年08月29日
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上一篇：南立電站泄洪洞施工縫及裂縫的滲漏處理

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第53卷第5期
2017年5月
甘肅水利水電技術(shù)
GANSU WATERRESOURCES AND HYDROPOWER TECHNOLOGY
V01．53．No．5
May，2017
·設(shè)計與研究·
某水電站礫石土心墻堆石壩心墻拱效應(yīng)監(jiān)測分析
王開明．王海軍
(中國電建集團成都勘測設(shè)計研究院有限公司，四川成都610072)
摘要：心墻拱效應(yīng)會顯著降低大壩心墻豎向應(yīng)力，在土石壩蓄水后，水壓力超過土中應(yīng)力時容易誘發(fā)水力劈裂，破壞大
壩結(jié)構(gòu)安全。該文以某水電站礫石土心墻堆石壩施工期心墻土壓力監(jiān)測資料為基礎(chǔ)，對心墻土壓力的時間及空間變化
特征進行了分析，認為心墻在1 520～1 620 m高程段拱效應(yīng)明顯，土壓力等值線基本呈“v”字形，即壩軸線處拱效應(yīng)最
強，向壩殼方向遞減。
關(guān)鍵詞：心墻；拱效應(yīng)；監(jiān)測；堆石壩
中圖分類號：TV641．4；TV698．1 文獻標(biāo)志碼：B 文章編號：2095—0144(2017)05—0023—03
1 前言
近年來，中國高土石壩迅速發(fā)展，200 Ill甚至
300 m級的高壩已經(jīng)建成或正在建設(shè)中。土石壩設(shè)
計施工過程中，心墻拱效應(yīng)一直是工程界普遍關(guān)注
的問題。心墻拱效應(yīng)會顯著降低大壩心墻豎向應(yīng)
力，在土石壩蓄水后，水壓力超過土中應(yīng)力時容易
誘發(fā)水力劈裂，嚴重時會形成集中滲漏，破壞大壩
結(jié)構(gòu)安全[1-2】。因此，合理評估心墻拱效應(yīng)顯得十分
必要。
早在1884年，英國科學(xué)家Roberst首次發(fā)現(xiàn)了
“糧倉效應(yīng)”：糧倉底面所承受的力在糧食堆積高到
一定程度后達到最大值并保持不變，這就是通常所
說的土拱效應(yīng)。1943年，Terzaghi通過著名的活動門
試驗證實了土力學(xué)領(lǐng)域土拱效應(yīng)的存在，并得出其
存在條件：土體之間產(chǎn)生不均勻位移或相對位移；作
為支撐拱腳的存在[31。
該文以某水電站礫石土心墻堆石壩施工期心墻
土壓力監(jiān)測資料為基礎(chǔ)，從時間及空間變化特征對
心墻土壓力進行闡述，并對心墻拱效應(yīng)狀況予以分
析，以期更深入地了解高心墻堆石壩拱效應(yīng)。
2工程概況及監(jiān)測布置
某水電站攔河大壩為礫石土心墻堆石壩，防滲
體采用礫石土直心墻形式，壩殼采用堆石填筑，心墻
與h、下游壩殼堆石之間設(shè)有反濾層、過渡層。壩體
建基面最低高程1 457．00 m，最大壩高240 In，壩頂
長度502．85 rfl，礫石土直心墻頂高程1 696．4 m，
頂寬6 ITI，上、下游坡均為1：0．25，心墻底高程
1 457．00 m，最大底寬125．7 ITI。由于壩線兩岸岸坡陡
峻，心墻與岸坡接觸部位填筑高塑性黏土以協(xié)調(diào)二
者之間的變形，高塑性黏土水平厚度3。4 m。大壩
于2016年9月完成填筑。
該水電站大壩心墻應(yīng)力的監(jiān)測主要采用土壓力
計，分別布置于(縱)0+137．00、(縱)0+193．00、(縱)
0+253．72、(縱)0+330．00和(縱)0+394．00斷面，典型
監(jiān)測斷面儀器埋設(shè)情況如圖1所示，圖中“E”代表
土壓力，數(shù)字代表儀器編號。攫1◆善藩懺砸短。齡=l。
1。48。0J一}iIiji：li；；2l!{；i；!：；lil；li壘：
收稿日期：2017—05一01
作者簡介：王開1弭(1985一)，男(苗族)，貴州都勻人，工程師，碩士，主要從事大壩安全監(jiān)測、施工組織與管理，E—mail：276107530@qq．com。
·23·
萬方數(shù)據(jù)
2017年第5期甘肅水利水電技術(shù)第53卷
3心墻拱效應(yīng)特征分析
3．1 時間及空間特征分析
大壩填筑過程中，壩殼料沉降速度快，大部分沉
降在短時間內(nèi)完成；而心墻排水固結(jié)會持續(xù)較長時
間，即在填筑完成后，仍有一定量值的后續(xù)沉降。由
于心墻沉降相對壩殼沉降滯后，使得壩殼料類似一
個拱腳，這種變形不協(xié)調(diào)會引起心墻應(yīng)力的重新分
配，部分心墻應(yīng)力傳遞到兩側(cè)壩殼，從而使壩殼應(yīng)力
增加，心墻尤其是壩軸線處應(yīng)力減小，形成心墻拱效
應(yīng)。
由土壓力監(jiān)測結(jié)果圖2可知，1 460 m高程心墻
土壓力與填筑高度即上覆土柱自重具有良好正相關(guān)
性，隨填筑高程增加而增加，在初始填筑過程中心墻
土壓力增幅與理論土壓力基本一致；但在填筑高程
升高至1 620 m高程后，心墻土壓力增幅明顯減小，
表明心墻各高程拱效應(yīng)逐漸顯現(xiàn)，約束了上部土體
應(yīng)力向下傳遞。
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一
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圖2 1 460 m高程心墻土壓力過程線
由土壓力監(jiān)測結(jié)果圖3可知，1 580 m高程靠近
壩殼料的心墻土壓力接近或略大于理論土壓力，而
壩軸線處明顯小于理論土壓力，心墻拱效應(yīng)明顯，壩
殼作為拱座承擔(dān)拱應(yīng)力。
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㈨?圳．j“年』] ¨1
圖3 1 580 m高程心墻土壓力過程線
由心墻土壓力等值線(圖4)可知，在順河向，同
高程靠近壩殼料的心墻土壓力相對較大，壩軸線處
·24．
心墻土壓力相對較小，該規(guī)律在1 520～1 620 m高
程(1／3。2／3壩高)表現(xiàn)尤為顯著，土壓力等值線基
本呈“v”字形，表明該高程段心墻拱效應(yīng)較強，建基
面附近心墻拱效應(yīng)表現(xiàn)不明顯?；谇笆鐾凉靶?yīng)
存在的條件即土體之間產(chǎn)生不均勻位移或相對位
移，結(jié)合心墻沉降資料，最大沉降量出現(xiàn)1／3～1／2
壩高之間，建基面附近沉降變形相對較小，所產(chǎn)生的
不均勻位移也較小，因此，拱效應(yīng)不明顯。
壩樁號／m
圖4(縱)0+253．72斷面心墻土壓力等值線圖
圖5為壩軸線剖面心墻土壓力等值線，在壩軸
向，1 520～1 580m高程河床段心墻，也存在一定的
拱效應(yīng)現(xiàn)象，但相較于順河向，其拱效應(yīng)明顯弱得
多；1 580 m高程以上則無明顯拱效應(yīng)，表明心墻與
岸坡接觸部位的高塑性黏土起到了協(xié)調(diào)變形作用，
使得心墻沿壩軸向的沉降較為均勻，有效降低了拱
效應(yīng)。
1
蠢，
樞
1
1
o 50 lOO 150 200 250 300 350 400 450 500
縱樁號／m
圖5沿壩軸線剖面，厶墻土壓力等值線圖
萬方數(shù)據(jù)
第5期王開明，等：某水電站礫石土心墻堆石壩心墻拱效應(yīng)監(jiān)測分析第53卷
3．2拱效應(yīng)系數(shù)分析
為定量分析心墻拱效應(yīng)強弱，文獻[4]定義單元
豎向應(yīng)力與單元上方土條的自重的比值參數(shù)為心墻
應(yīng)力拱效應(yīng)系數(shù)，簡稱拱效應(yīng)系數(shù)，即
R=o',／(yh)
式中：R——拱效應(yīng)系數(shù)(拱效應(yīng)系數(shù)R越小，表示
拱效應(yīng)越強)； 盯-實測豎向土壓力；
伽——理論土壓力；
廣土體重度；
^——上覆土體厚度。
采用該方法計算了較為明顯的1 513 m、1 580 m
高程各土壓力測點處的心墻拱效應(yīng)系數(shù)(表1)。兩
個高程拱效應(yīng)表現(xiàn)出相似的規(guī)律，即拱效應(yīng)最強部
位是壩軸線處，拱效應(yīng)系數(shù)在0．2左右，實測土壓力
明顯小于理論土壓力；靠近壩殼料拱效應(yīng)系數(shù)最大
為1．25，即實測土壓力大于理論土壓力，表明壩殼料
承擔(dān)了心墻傳遞過來的部分應(yīng)力。
表1(縱)0+253．72斷面心墻拱效應(yīng)系數(shù)
4結(jié)論0．2左右，靠近壩殼料拱效應(yīng)系數(shù)最大為1．25，壩殼
通過對某水電站礫石土心墻堆石壩心墻土壓力料承擔(dān)了心墻傳遞過來的部分應(yīng)力。
監(jiān)測資料的分析，認為大壩在填筑至1 620 m高程參考文獻：
后，建基面附近心墻土壓力增幅明顯減小，心墻各高[1 3殷宗澤，朱俊高，袁俊平，等·心墻堆石壩的水力劈裂分析
程拱效應(yīng)逐漸顯現(xiàn)。順河向，心墻在l 520～1 620 m
陰冰利學(xué)報,2006，37(11)：1348—1353·
高程(1，3～2／3壩高)拱效應(yīng)明顯，土壓力等值線陘1要曩囂i淼超高9)：1心38-墻堆145．石衄拱效應(yīng)分徹冰
基本呈“V”字形，即壩軸線處拱效應(yīng)最強，向壩
[3]宮必寧，童蕾，牛志國．土石壩工程的拱效應(yīng)分析叨．東北
殼方向遞減。壩軸向，拱效應(yīng)明顯較弱，1 580 in 水利水電，2004，22(12)：14—15．
高程以上貝Ⅱ無明顯拱效應(yīng)。(縱)0+253．72斷面[4]張繼寶，陳五一，李永紅，等．雙江口土石壩心墻拱效應(yīng)分
1 513 m、l 580 In高程壩軸線處心墻拱效應(yīng)系數(shù)在析陰巖土力學(xué)，2008，29(11)：185—188．
甘肅省抗旱防汛指揮部召開全省安全度汛視頻會議
為深入貫徹落實近期李克強總理和林鐸書記、唐仁健省長關(guān)于防汛抗旱減災(zāi)工作的重要批示精神及2017年全國水庫安全度汛視頻會議、
黃河防總防汛抗旱會議精神，5月25日，甘肅省抗旱防汛指揮部召開全省安全度汛視頻會議，對今年抗旱防汛工作進行再安排、再部署。甘肅
省水利廳副廳長、甘肅省抗旱防汛指揮部秘書長張?zhí)旄锍鱿瘯h并講話，張世華副巡視員主持會議。會議通報了甘肅省抗旱防汛指揮部、甘肅
省水利廳工作組赴各地督查檢查情況，分析了當(dāng)前防汛工作中存在的問題、隱患和薄弱環(huán)節(jié)，對全省安全度汛工作進行了安排部署。
(來源：甘肅省水利網(wǎng)2017—05—25)

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