2 雅石沟水库概况及加坝施工方法简介 3 对雅石沟水库淤泥面加坝工程的模拟
雅石沟水库 建成于1979年，坝体为碾压式均质
土坝，属黄土丘陵山区较为典型的小型水库，总库容为
632．4万in 。该坝建成时坝顶高程为1 627．5 m，坝高
为40 m。由于运行期间水库淤积严重，因此于1996
年加高3．1 m，坝顶高程变为1 630．6 m，总库容变为
832．6万m ，坝顶宽5．0 m、长230 m，上、下游坡比分
别为1：2．5、1：2．0。
2007年实测发现水库坝前淤泥面高程达到
1 625．0 m，淤积库容593．0万rn ，有效库容为239．6
万m ，达不到小(1)型水库500 a一遇校核洪水标准，
已属于险库。2008年，采用坝前淤泥面加坝的方法，
按设计断面加高土坝7．5 m，上、下游坡比分别为
l：3．0、1：2．5，坝顶高程达到1 638．1 ITI，坝顶宽达到
6．0 ITI，加坝增容497万m 。参考宁夏固原市水利勘
测设计院关于雅石沟水库应用堆载预压法加坝研究中
坝体填筑的施工组织设计 ，填筑工程大致分为以
下几个步骤。
(1)放空库容，晾晒淤泥面。泄完库区蓄水后，淤
泥面需晾晒至少30 d，待孔隙水蒸发消散、淤泥表层形
成硬壳后，可将原坝坡干砌块石及砂砾料推人淤泥面，
轻压挤密，使其排水固结。
(2)为缩短工期，在淤泥面铺设厚0．5 m 的水平
排水砂垫层，铺设范围为建基面的淤泥面。垫层铺好
后，采用工作压力为100 kPa的机械进行碾压，在碾压
过程中保持现场观测，防止出现翻浆或形成橡皮土。
碾压后取样试验，发现天然地基抗剪强度提高了3倍，
达到32 kPa；第一级容许施加荷载提高了2倍。
(3)分四级加高坝体。为防止第一级加载过快导
致地基失稳，加载速率按10 kPa／d进行控制，历时10
d，加坝速率为0．49 m／d；30 d后开始第二级加载，加
载速率按10 kPa／d控制，历时8 d，累计加荷荷载为
180 kPa，加坝3．92 131；60 d后开始第三级加载，加载速
率按10 kPa／d进行控制，历时4 d，累计加荷荷载为
220 kPa，加坝1．96 m；90 d后开始第四级加载，加载速
率为10 kPa／d，历时3 d，累计加荷荷载为243．2 kPa，
加坝1．32 m。总加坝高度为12．10 Ill，历时93 d。
由以上工序可知，雅石沟水库坝前淤泥面加坝采
用堆载预压法处理淤土地基时，仅依靠加高坝体的自
重来加速淤积体固结。由于工程预算有限，设计上并
未采用堆载预压法中常用的设置竖向排水系统来进一
步加快固结速率的方案，因此堆载预压法的实际效果
未得到充分发挥。
· 110 ·
笔者参考以上施工工序，在其基础上分别增设竖
向布置的袋装砂井和塑料排水板，用PLAXIS通用岩
土有限元计算软件模拟了增设竖向排水系统前后淤土
地基的固结速率。
3．1 建立有限元模型
3．1．1 几何模型
淤土地基的固结是个三维过程，由于荷载沿坝轴
线成条状分布，因此可将其简化为一个二维平面问题
来模拟。根据已知工程数据，选取最大坝高的典型断
面进行计算，并参考张园园 1 应用PLAXIS研究雅石
沟水库稳定性时建立的几何模型，有限元模型的几何
尺寸取长163 ITI、宽50．5 m，其中：左右计算边界各取
加高坝体的坝前和坝后坡脚延伸50 m处，下边界取至
淤土层底部即原坝基面处。模型边界采用软件自设的
标准固定边界，即左右边界约束水平方向位移，底边界
为全部固定约束。基本几何模型输入完毕后即可使用
软件自动生成有限元网格。PLAXIS软件在生成有限
元网格的过程中，将类组划分为三角形单元，其中有
15节点和6节点单元可以选择。该模型采用精密的
l5节点单元，以较细密的程度划分整体类组，并在复
杂和关键节点如淤积体与新老坝体交汇处等采取加密
措施，以便计算过程快速又不失精密。
此外，进行排水固结分析时必须提前设置模型的
水位线及排水边界等初始条件。依据雅石沟水库淤泥
面加坝的施工组织设计，加坝之前需泄完库区蓄水并
晾晒淤泥面。因此，坝前水位线高程应近似等于或略
低于淤泥面高程，为方便计算，模型取淤泥面高程为水
