水布垭面板堆石坝过渡料设计及其渗透变形特性研究-长江科学院院报.PDF

　　第２６卷第１０期 长　江　科　学　院　院　报 Ｖｏｌ．２６　Ｎｏ．１０　　 　　２００９年１０月 ＪｏｕｒｎａｌｏｆＹａｎｇｔｚｅＲｉｖｅｒＳｃｉｅｎｔｉｆｉｃＲｅｓｅａｒｃｈＩｎｓｔｉｔｕｔｅ Ｏｃｔ．２００９　 　 　　文章编号：１００１－５４８５（２００９）１０－０００１－０６ 水布垭面板堆石坝过渡料设计及其渗透变形特性研究 张家发，定培中，张　伟，胡智京 （长江科学院水利部岩土力学与工程重点实验室，武汉　４３００１０） 摘要：对于水布垭水电站这样的超高混凝土面板堆石坝，过渡料的渗透稳定和渗流控制作用非常重要。回顾了水 布垭大坝过渡料设计要求的研究确定过程；介绍了采用专门研制的大型仪器和供水供压系统，首次针对全级配过 渡料开展了渗透变形试验工作。根据对比试验成果、设计要求及预测的大坝运行状况，认为：过渡区渗透性下限在 设计要求之内，上限超过设计上限一个量级，排水性好于设计要求；在面板完好的正常运行条件下，过渡区的渗透 稳定性可以满足要求；在面板失效且水库仍然维持设计水位的极端条件下，过渡区的细料会流失，内部结构失去稳 定，但是在主堆石区的支撑下骨架仍将稳定。 关　键　词：水布垭面板堆石坝；过渡料；渗透变形；试验 中图分类号：ＴＵ４１１．４　　　文献标识码：Ａ 发展也是如此。 水布垭大坝的设计充分借鉴了混凝土面板堆石 １　概　述 坝已建工程的经验，尤其是天生桥一级水电站大坝 库克于１９８４年指出，现代堆石坝的设计和施工 的设计经验和研究成果；同时，围绕大坝分区及其填 技术更多地依靠建设实践中的现场观测和运行的评 料的设计也开展了大量的试验研究工作。本文主要 价，而不是依靠理论和实验室试验，混凝土面板堆石 从渗流控制角度介绍过渡料设计要求的研究确定过 ［１］ 坝尤其如此 。在那以后，混凝土面板堆石坝建设 程和过渡料渗透变形特性的研究成果。 ［２］ 又得到了很大的发展 。仅在中国，２０世纪９０年 ［３］ 代建设的天生桥一级水电站大坝高达 １７８ｍ ，直 ２　过渡料设计要求的确定 逼当时的世界水平。新建成的水布垭水电站最大坝 ［４］ ［５］ 高２３３ｍ ，是世界上已经建成的最高混凝土面板 库克等 建议的现代面板坝分区包括过渡区，以 堆石坝，标志着混凝土面板堆石坝的发展达到了一 便使压缩性及透水性从上游到下游有必要的过渡，保 个崭新的阶段。 证垫层区材料不会被冲刷到主堆石区的大空隙中去。 大坝建设规模的发展，使工程设计为满足工程 目前，几乎所有的面板坝设计文件和研究文献都响应 安全需要所接受的技术挑战更大；同时，规模越大， 了库克等的规定，要求过渡区除了对垫层和主堆石区 投资就越大，工程设计对合理控制成本的要求就越 的变形起过渡和协调作用外，还要起到渗流控制作 迫切。这两股力量形成合力，促进了混凝土面板堆 用，如排水和对垫层料的反滤保护。但是，库克对过 石坝技术的发展。在大坝分区及其材料设计上，一 渡料的具体设计没有做任何讨论和建议。 方面要求功能和作用机理更加明确，以便设计方案 湖南株树桥大坝发生了面板塌陷和渗漏，公认的 能够保障大坝的长期安全运行；另一方面，又不能不 原因包括：垫层的沉降变形造成面板止水破