坝基抬升变形的影响因素及危害分析

2023-06-28 理论教育版权反馈

【摘要】：工程师哈基莫娃提出的坝基总抬升变形值主要由浮托力引起的抬升变形值和动水压力引起的抬升变形值组成。由于河床坝段与高处岸坡坝段的抬升值不同，甚至有沉降与抬升之别，显然这种变形会影响大坝的应力及分布，甚至影响其寿命。此外，抬升变形是否会对防渗帷幕带来不利影响，也是值得关注的问题。

世界范围修建高坝有很多，但报道产生抬升变形的工程却很少。苏联工程师哈基莫娃在对英古里电站的资料分析基础上，提出了抬升变形的估算公式，并分析了抬升变形主要由静水压力和动水压力作用分别引起。

清华大学水利水电工程系（Xiaoli Liu，Sijing Wang，Enzhi Wang，2011）对铜街子大坝及右岸岸坡抬升变形进行了专题研究，他们认为，影响铜街子大坝及右岸岸坡抬升变形的主要因素有：一是分布在坝址区承压含水层作用；二是大坝和坝基强度参数的弱化以及构造应力的组合影响。中科院地球物理所研究采用三维数值分析方法和成都理工大学采用物理实验方法对江垭抬升变形进行分析后，提出江垭抬升变形的主要因素可能有岩体中含遇水膨胀性矿物影响、坝基岩溶含水层内来自库内渗水及山体地下水扬压力的影响、构造应力的影响、坝基深部温度场变化的影响以及承压热水层内承压水头变化的影响等。

目前，对水库蓄水引起的抬升变形现象还缺乏系统性的分析成果。从定性分析的角度看，地质构造及地下水渗流状态的改变是影响产生抬升变形的主要因素。

1.地质构造因素

从可查的文献资料看，英古里电站坝址是弱透水的灰岩，在拱坝下游不远处有一层与大坝近于平行分布的陡倾角隔水层。由于它的阻挡，渗流增加了向上的渗压，致使基岩的抬升加剧。

2.地下水作用

（1）静水压力因素。对于岸坡抬升变形，一种观点认为是位于原地下水位以上的岩体，因蓄水后浸入水下变轻而发生抬升。对于蓄水初期的沉降现象，一般认为是在弱透水的裂隙岩体中，蓄水初期水迅速渗入较大的裂隙中，但尚未渗入到岩体的孔隙或网状微裂隙中，此时库水给岩块以附加压力，导致地表下沉。随后当水充入孔隙和微裂隙中，使其内部的压力与较大裂隙内的压力平衡。此后，水只产生中性压力，而有效应力减少，变形又渐渐恢复，变形性质表现为抬升变形。

（2）动水压力因素。工程师哈基莫娃提出的坝基总抬升变形值主要由浮托力引起的抬升变形值和动水压力引起的抬升变形值组成。

1）动水压力引起的抬升值ΔS1（坝基下的绕渗区）

式中：β为因未计侧胀而给的修正系数；E为岩体变形模量；i为水力坡降；ρw为水的密度；g为重力加速度；y为绕渗区的厚度（该范围内作用有坡降i）。

2）浮托力引起的抬升值ΔS2

式中：γw为水的重度；φ为岩体孔隙率；h1为蓄水前含水层厚度；h为蓄水前、后计算点处的水位差；其余符号意义同前。

3）计算点抬升值S

哈基莫娃用上述近似公式分析后指出：在帷幕下游地段，上升水流的动水压力对该地段基岩的抬升是主要因素；而帷幕上游地段，向下渗透的动水压力与水对岩体的浮力抵消了很多。

上述近似计算公式中，包含了一些具体的影响因素，例如：计算区的含水层厚度、渗流坡降、蓄水前后地下水位的差值和岩体变形模量等。

3.基岩抬升变形的危害

关于抬升变形对大坝及岸坡的影响，根据目前的资料，尚未见到由此而引起严重后果的报导。由于河床坝段与高处岸坡坝段的抬升值不同，甚至有沉降与抬升之别，显然这种变形会影响大坝的应力及分布，甚至影响其寿命。此外，抬升变形是否会对防渗帷幕带来不利影响，也是值得关注的问题。因此，对抬升变形应该进行认真的观测和研究。

坝基抬升变形的影响因素及危害分析

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