混凝土防渗墙模型试验与有限元模拟结果对比

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发布时间：2021-09-17

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混凝土防渗墙模型试验与有限元模拟结果对比
曹国东
(洛阳水利勘测设计有限责任公司，河南洛阳471000)
摘要：通过室内防渗墙模型槽试验，以及采用三维有限元法对模型试验的模拟，对模型试验结果和模拟计算结果进行
了对比，从而分析防渗墙的应力变形，验证现有有限元计算方法的合理性。结果表明：随着模型表面压力的增大，防渗墙
内应力逐渐增大，而且上部增大速率明显比下部大；廊道对防渗墙顶的应力有显著增大效应，在廊道与防渗墙接触处应
力最大，应力随着防渗墙埋深方向呈减小趋势，呈板桩受力特点；有限元计算的防渗墙应力与试验实测应力在整体趋势
上相近，在数值上差异较大；目前常用的有限元计算模拟方法有一定合理性。
关键词：防渗墙；模型试验；应力；沉降；有限元模拟
中图分类号：TV223．4 文献标志码：A doi：10．3969／j．issn．1000—1379．2013．08．034
Physical Modeling and Finite Element Simulation
CAO Guo—dong
(Luoyang Water and Survey Design Institute Co．Ltd，Luoyang 471000，China)
Abstract：Using physical model tests and 3一D finite element method to study on the diaphragm wal1．To analyze the stress and deformation of the
diaphragm wall and validate the reliability of finite element method．the results of finite element method were compared with model tests．The re—
suits show that：internal stress of diaphragm wall increases with the stress on the model surface increases，the stress growth rate of wall’S upper part
increases apparently；corridor caused an obvious accretion afect on the top wall’S stress，the contact between corridor and diaphragm wall is the
biggest，the stress decreases with buried depth，as the characteristics of the sheet—pile’S force；the calculation of finite element is similar to the ob—
served stress on the overall trend，however，making a difference on the numerical；the present common method finite element method has a certain
rationality．
Key words：diaphragm wall；physical model test；stress；settlement；finite element method
对于深厚覆盖层上的土石坝，目前通常采用混凝土防渗
墙⋯作为垂直防渗设施。然而，土石坝填筑并蓄水后，防渗墙
的受力非常复杂，而且对于高土石坝较准确地估计防渗墙的应
力变形是设计中比较棘手的问题。有限元法是复杂结构应力
变形分析的方法之一，但是其计算结果常常与实测值有较大差
异。事实上，对于实际工程，由于工程边界条件复杂，实测防渗
墙应力受很多因素影响，其可靠性未必令人满意，同时，覆盖层
分布不均，参数难以准确确定，因此用实际工程的监测结果来
评价有限元计算结果的可靠性也难以令人信服。而室内模型
试验边界条件明确，材料参数可以相对较准确地测定，而
且加压荷载可以控制，能准确测量出防渗墙的应变值。因此，
利用室内物理模型建立三维有限元模型，模拟防渗墙的受力变
形，验证现有有限元计算方法的合理性是比较可行的。笔者通
过进行室内防渗墙模型槽试验，以及利用三维有限元法对模型
试验的模拟，对比分析了有限元模拟方法的可靠性，以期为大
坝混凝土防渗墙的应力变形分析提供可靠的方法。
1 模型试验
1．1 模型试验概况
模型试验在一个矩形模型槽内进行。模型槽长80 cm、宽
40 cm、高120 cm，防渗墙长40 cm、宽5 cm、高65 cm。试验采
用静态应变测试仪，其具有自动修正、数据存储、数据处理和分
析、生成结果文件的功能。采用1／4桥公共补偿片的方法测量
单点应变，补偿片置于与工作应变片同温但不受力的环境中，
应变片沿防渗墙中轴线方向竖向布置，间隔为15 cm，防渗墙双
面均布置应变片。
试验按照单防渗墙有廊道有泥皮的方式布置，防渗墙周围
按照相对密度为0．9填实覆盖层料。覆盖层顶和廊道周围填
实干密度为1．71 g／era 、含水率为最优含水率(10％)的高塑性
黏土，泥皮按30％含水率的黏土配制，并均匀涂抹在防渗墙体