2014年1月
水利水电快报 EWRHI
第35卷第11期
试验与研究
文章编号:1006-0081(2014)11-0030-03
雄石坝的变形特性
以巴西的几座
堆石坝特性为例
[巴西]C.B.维奥蒂
摘要:巴西堆石坝众多,且大多数坝都布设了观测设施,从而得到了大量的堆石坝变形信息。介绍了8
座大坝的详细设计、变形观测结果,以及解决变形问题的方法。在此基础上,分析了堆石坝变形的影响因
素。最后得出,根据材料的压实特性,通过有效地调整断面,就完全可以建成不会再出现织缝的堆石坝。
关键词:堆石坝;变形特性;特性分析;巴西
中图法分类号:TV641.1
文献标志码:A
表18座大坝坝高与最大沉降量
1概述
坝名
坝高/m
最大沉降量/m
F.阿雷亚
160
3.8
巴西大多数堆石坝都建成于近40a,其中多数
恩博尔卡考
3.8
都进行了观测且公布了观测数据。至于大坝的变形
S.梅萨
特性,本文试图对其中8座大坝的观测数据进行分
欣戈
N.蓬蒂
142
析和讨论,从而对这一问题给出清晰的认识
P.卡瓦卢
表1列出了8座大坝的名称,以及各坝的坝高
科伦巴
与最大沉降量。F.阿雷亚( Foz do Areia)坝和欣戈
米兰达
0.5
心墙
(Xing6)坝都是混凝土面板堆石坝,其他为心墙坝。
158m高
上下游边坡均较陡。其中表现最突出的为恩博尔卡
堆石
考( Emborcacao)坝,由于是初次蓄水,该坝的坝顶出
1.8
堆石
现了大量的纵向裂缝,大坝断面见图1。该坝之所
以采用上游斜心墙,主要是为了减少不均匀沉降的
影响。堆石料分别按0.6,0.9m和1.2m的厚度进
过渡带
行压实。就变形模量值而言,当层厚从0.6m到
图1恩博尔卡考坝断面
1.2m时,模量显著降低。高碾压厚度对变形带来
/min,这是因为进行了大量的灌浆防渗处理,而且
的影响远大于心墙变形的影响,这一现象结合过渡设置了内部防渗铺盖。分析恩博尔卡考坝的变形型
带的高模量以及其他设计细节,在水库水位快速上式得出,下游边坡在水平方向位移超过1m,垂直方
升时导致了坝顶大量纵缝的产生。
向超过1.5m。大坝竣工后,变形仍十分明显。需
对该坝体裂缝进行了修复,但在后期根据运行要指出的是,大坝尚未完建前就开始了蓄水。内部
要求水库水位下降时,又发生了新的开裂。尽管如
最大沉降量为3.8m(见表1)。坝顶测量结果表明,
此,大坝总体性状仍令人满意,其渗漏量很小,约10
上游沉降量比下游沉降量高出50cm,坝顶每隔25
收稿日期:2014-09-15
[巴西」C.B.维奥蒂堆石坝的变形特性一一以巴西的几座堆石坝特性为例
cm设一个标志点,测得最大裂缝宽度为25cm。
恩博尔卡考坝隶属于 CEMIG(巴西最大的能源
堆石
堆石
公司),该公司后来建设了N.篷蒂( Nova Ponte)坝,为
142m高
了避免产生与恩博尔卡考坝同样的问题,在断面设计
中采用了低压缩性材料,这种材料由阶地砂卵石和不
心墙
透水土料组成。堆石料用于上下游不透水材料相对
过渡层
很窄的区域。最大沉降量为0.5m,坝面变形也很小
图4P.卡瓦卢坝断面
(见图2)。
反滤层
90m高
142m高
堆石
堆石
堆石
堆石
心墙
过渡层
过渡层
过渡层
图5科伦巴坝断面
不透水砾石
堆石
图2N.蓬蒂坝断面
85m高
1.4
在S.梅萨( Serrada Mesa)坝建设中,采用了另
个解决变形问题的方法,见图3。施工中对所有的材
堆石
料进行了最大程度的压实,达到很高的(超常)模量,
心墙
如表2所示。可以看出,最优含水量偏干和偏湿击实
过渡层
过渡层
时得到的模量不同。大坝最大内部沉降量为0.5m。
图6米兰达坝断面
这种方法并不推荐作为规范方法,但是对于库容达到并不是主要的影响因素,S.梅莎坝中大量使用花岗
540亿m3的大坝是可以接受的。
岩的情况除外。
影响堆石坝变形的主要因素如下
堆石
154m高
堆石
(1)岩性;
(2)河谷形状;
(3)颗粒分布;
(4)设计特性(封面、上下游边坡、相邻材料的
过渡层
心墙
过渡层
特性);
图3S.梅萨坝断面
(5)施工(进度、施工缝);
表2模量
Mpa
(6)压实状况(碾压厚度、碾压遍数)。
坝名堆石体
过渡层心墙
恩博尔卡考22/40/50
80/120
关于河谷形状的影响,平托等人曾对15座混凝
S.梅萨
120/170
225275125160-85(湿)土面板堆石坝的压缩模量和孔隙率之间的关系进行
N.蓬蒂
170(砾石)
了探究,计算了坝体上游面面积与坝高平方比
P.卡瓦卢28/31
20/30
(A/H2)之间关系的形状系数,并提出了一个窄河谷
在P.卡瓦卢( Pedra do Cavalo)坝(见图4)中
(AH2<3.5)和宽河谷(A/H2>4)的概念,但分析
同样采用了上游斜心墙布置,除此之外,幕近过渡区中没有考虑压实特性。
的堆石料压实厚度为1.2m,更易于变形。与表2中
本文提到的8座大坝都来属于宽河谷,但A/H
的模量相对应,内部沉降量最大达到2.2m。另外远大于4。分析这8座大坝的资料可以看出,河谷
两座堆石坝科伦巴( Corumba)坝(图5)和米兰达
的形状并非大坝变形的主要影响因素。
( Miranda)坝(图6)也采用了传统的心墙坝型式。
分析大坝材料的粒径分布曲线得出,尽管粒径
2堆石坝变形的影响因素
大小有所不同,但并没有考虑同变形建立起相关关
系。表面看这之间并不存在什么联系。考虑设计曲
分析击实特性和变形模量得出,岩性在变形中线的特点,粒径大小影响最大的是大坝的总体变形
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