Hardfill坝结构破坏模型试验研究 - 中国大坝协会.PDF

水 利 学 报 2012年10月 SHUILI XUEBAO 第43卷 第10期 文章编号：0559-9350（2012）10-1214-09 Hardfill坝结构破坏模型试验研究 1，3 2，3 4 熊 堃 ，何蕴龙 ，吴 迪 （1. 长江勘测规划设计研究院，湖北 武汉 430010； 2. 武汉大学 水资源与水电工程科学国家重点实验室，湖北 武汉 430072； 3. 四川大学 水力学与山区河流开发保护国家重点实验室，四川 成都 610065； 4. 中国水电顾问集团 成都勘测设计研究院，四川 成都 610072） 摘要：Hardfill坝是一种新坝型，有必要研究其结构破坏模式与破坏机理，评价结构安全度以促进新坝型的发展 和应用。采用地质力学模型试验方法，进行了国内首次Hardfill坝破坏模型试验，分析大坝在外荷载作用下的变 形、破坏特征及其演变过程。试验结果表明，Hardfill坝的破坏区域主要发生坝踵、坝趾及坝基面上，在超载过 程中大坝经历了稳定、非线性变形以及失稳破坏3个阶段；大坝破坏模式为坝踵首先出现开裂，坝趾随即产生裂 缝，最终坝体沿坝基面整体失稳，同时坝踵与坝趾附近部位开裂而形成了脱离坝体的三角形块体；坝踵、坝趾开 裂超载系数K =6.0~7.0，大变形超载系数K =7.5~8.5，最终破坏超载系数K =9.0~10.0。1 2 3 关键词：Hardfill坝；结构破坏试验；破坏模式；超载安全度 中图分类号：TV32+1 文献标识码：A 1 研究背景 Hardfill坝是一种新坝型，其基本剖面是上下游坝坡基本对称的梯形，上游坝面设置面板或其他设 施防渗，筑坝材料采用价格低廉的低强度胶凝砂砾石料。该坝型在国际上被普遍称为Hardfill坝，在日 本也被称作CSG坝（CementedSandGravelDam）。Hardfill坝的倡导者认为，这种坝型具有高安全性、 ［1-2］ 高抗震性和对地基条件要求低的优点，且施工简便、快速，造价低廉，对环境的负面影响较小 ，被 ［3］ ［4］ 誉为“最安全的大坝”（Thesafestdam）与“终极坝”（Theultimatedam） 。自20世纪90年代起，这项新 型大坝设计理念与筑坝技术在国内外开始付诸实践，已建成多座临时与永久水工建筑物，其中最高为 ［5］ 土耳其107m的Cindere坝 。作为一种新坝型，有必要研究其结构破坏模式与破坏机理，探究大坝的 真实安全度，评价坝型结构的可靠性，最终提出具有实用意义的结构设计方法和设计准则，以促进 新坝型的发展和应用。 在国内外对Hardfill筑坝技术的研究中，科研人员陆续对Hardfill的材料特性、Hardfill坝的结构 特性、安全性以及断面设计进行了分析，但较少涉及到大坝破坏模式与结构设计方法的探讨。国外 一般认为Hardfill坝具备混凝土重力坝相似的结构破坏模式，在大坝设计中分别进行坝体应力与整体 ［6-8］ ［9］ 沿建基面抗滑稳定的校核 ，但尚未见到对大坝破坏模式的深入研究。在国内，李永新等 采用强 度折减有限元法对胶结砂砾石坝典型断面破坏过程进行了分析，结果表明大坝的屈服破坏是一个渐 ［10］ 进过程，坝基面是其主要破坏面，破坏区域主要从