：结合某病险黏土心墙土石坝加固所采用的混凝土防渗墙方案，分别按普通刚性墙和三种不同弹性模量塑性墙进 行了典型剖面数值模拟，分析了土石坝加固中混凝土防渗墙以及坝体应力变形规律，比较了塑性墙和刚性墙的性能差 别，以及塑性混凝土材料对防渗墙应力变形的影响。 结果表明：塑性墙的应力分布均匀且压应力、拉应力、剪应力均远小 于刚性墙的，塑性墙与坝体的变形协调性良好，而刚性墙与坝体变形相差较大、增加了墙体应力，塑性混凝土防渗墙在应 力变形方面明显优于刚性混凝土防渗墙。 关键词： 塑性混凝土； 防渗墙； 土石坝加固； 应力变形 中图分类号： ＴＶ５４３＋ ．８２ 文献标志码：Ａ ｄｏｉ：１０．３９６９ ／ ｊ．ｉｓｓｎ．１０００⁃１３７９．２０１６．０５．０２８ 混凝土防渗墙是土石坝加固的一种行之有效、应 用广泛的方式。 按照抗压强度和弹性模量，可以把混 凝土防渗墙分为普通混凝土防渗墙（刚性墙）和塑性 混凝土防渗墙（塑性墙）。 所谓塑性混凝土防渗墙，就 是用黏土和膨润土取代普通混凝土中大部分水泥，而 砂石等用量基本不变的一种柔性墙体，它的特点是抗 压强度较低（一般为 １ ～ ２ ＭＰａ），弹性模量比较低（一 般为 ２００～ １ ０００ ＭＰａ）［１－３］ 。 防渗墙与坝体的协调变 形和墙体的应力变形是影响工程结构安全和经济合理 性的重要因素。 为了探讨土石坝加固中混凝土防渗墙 应力变形的规律，比较塑性墙和刚性墙的性能差别，以 及塑性混凝土材料对防渗墙应力变形的影响，笔者选 择某病险土石坝加固所采用的混凝土防渗墙，进行了 有限元计算分析。 １ 计算模型 某病险碾压黏土心墙土石坝（见图 １），最大坝高 ３４ ｍ，坝顶高程 ８９ ｍ，坝顶宽 ５ ｍ。 坝壳料成分为砂壤 土，含角砾壤土、碎石；心墙料主要为黏土，含少量碎 石；坝基上部覆盖层为强风化片麻岩，下部基岩为弱风 化片麻岩。 经防洪复核，正常蓄水位为 ８５．５０ ｍ，设计 洪水位 ８６．５９ ｍ，校核洪水位 ８７．２４ ｍ。 大坝施工质量 差，效益一直得不到充分发挥，而且工程老化失修严 重，存在坝体心墙欠高、渗漏严重等问题。 图 １ 大坝加固前典型断面（单位：ｍ） 该坝的除险加固方案为对坝基进行帷幕灌浆，在 坝体中建混凝土防渗墙。 防渗墙沿坝轴线布置，墙厚 ０．６ ｍ，深入基岩 １ ｍ。 除险加固后典型断面如图 ２ 所示。 图 ２ 大坝加固后典型断面（单位：ｍ） 在数值模拟过程中，分别选用普通刚性墙和塑性 墙进行分析、比选，模型按材料分为坝壳、心墙、覆盖 层、基岩和防渗墙几部分。 土的本构关系十分复杂，具 有非线 性、 剪 胀 性、 弹 塑 性、 各 向 异 性、 流 变 性 等。 Ｄｕｎｃａｎ－Ｃｈａｎｇ 双曲线模型可以反映土变形的非线性， 在一定程度上反映土变形的弹塑性，同时由于它建立 在广义胡克定律（弹性理论）的基础上，很容易为工程 界所接受，加之所用参数少且物理意义明确（只需要 常规三轴压缩试验即可确定这些参数及材料常数）， 适应的土类比较广，因此该模型被岩土工程界广泛应 用。 塑性混凝土防渗墙数值模拟中，Ｄｕｎｃａｎ－Ｃｈａｎｇ 双 曲线模型也得到了广泛的应用［４ － ５］ 。 本次有限元计算 中，对坝壳、心墙、覆盖层、基岩和塑性墙采用 Ｄｕｎｃａｎ－ Ｃｈａｎｇ Ｅ－Ｂ 模型进行模拟，对于普通刚性墙选用线弹 性模型进行模拟。 为确定 Ｅ－Ｂ 模型中土的切线模量 Ｅｔ，需要先确定黏聚力 ｃ、内摩擦角 φ、无因次指数 ｎ、标 准大气压对应初始切线模量 Ｅｉ的模量参数 Ｋ、破坏比 Ｒｆ；为确定切线体积模量 Ｂｔ，需要先确定体积模量系数 Ｋｂ 、体积模量指数 ｍ、卸荷弹性模量

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