狭窄河谷中混凝土面板坝的应力变形规律及工程措施研究

徐泽平，陆 希，翟迎春，严祖文，姬 阳，徐 耀，4

(1.中国水利水电科学研究院，北京 100038；
2.中国电建集团西北勘测设计研究院有限公司，陕西 西安 710065；
3.流域水循环模拟与调控国家重点实验室，北京 100038；
4.北京中水科海利工程技术有限公司，北京 100038)

作为一种以堆石材料为主的土石坝坝型，混凝土面板堆石坝通常对坝址的地形条件具有较好的适应性。国内外工程实践表明，在狭窄河谷和宽阔河谷上均有修建混凝土面板堆石坝的成功案例[1]。哥伦比亚的安其卡亚(Alto Anchicaya)面板堆石坝，坝高140 m，坝顶长280 m，坝顶长与坝高的比值为2.0。巴西的阿里亚(Foz do Areia)面板堆石坝，坝高160 m，坝顶长828 m，坝顶长与坝高的比值为5.18。我国的天生桥一级面板堆石坝，坝高178 m，坝顶长1137 m，长高比6.39。猴子岩面板堆石坝，坝高223.5 m，坝顶长278.35 m，长高比1.25。安其卡亚大坝和猴子岩大坝的坝顶长与坝高的比值分别为2.0和1.25，是典型的峡谷地形中的面板坝，而天生桥一级和阿里亚坝的坝顶长与坝高的比值分别为6.39和5.18，是典型的宽河谷中的面板坝。

尽管混凝土面板堆石坝对坝址地形条件的适应有着较大的宽容性，但是，不同的地形条件对于混凝土面板坝坝体和面板的应力和变形仍会产生一定程度的影响。河谷的宽窄、岸坡的陡缓、两岸坡的对称性等均可直接影响坝体和面板的应力变形分布，以及面板周边缝的位移。近些年来，随着水电建设事业的发展，我国在复杂地形条件下的混凝土面板坝建设取得了长足的进展，相继建成了江坪河、猴子岩等狭窄河谷中的高混凝土面板堆石坝，同时，还有一批位于狭窄河谷中的混凝土面板堆石坝工程在建或待建。表1所列为部分已建和在建的狭窄河谷中的混凝土面板坝工程。

表1 中国已建和在建的狭窄河谷中混凝土面板堆石坝工程

不同河谷地形条件下混凝土面板坝的应力变形特性主要通过数值分析或模型试验的方法进行研究。杨杰等[2]等结合青海茨哈峡混凝土面板坝研究了复杂地形条件下超高混凝土面板堆石坝的应力变形特性。徐泽平等[3]结合洪家渡混凝土面板堆石坝研究了狭窄河谷中高混凝土面板坝的应力变形特性。程嵩等[4]结合马来西亚巴贡混凝土面板坝研究了河谷性状对面板堆石坝应力位移的影响。朱晟等[5]，以及王国辉等[6-7]结合江坪河混凝土面板坝研究了河谷性状对200 m级高混凝土面板坝变形和应力的影响。朱永国等[8-9]结合猴子岩混凝土面板堆石坝工程研究了狭窄河谷中高混凝土面板坝的应力变形特性及变形控制措施。杨星等[10]结合猴子岩混凝土面板坝工程，分析了狭窄河谷中高混凝土面板坝的变形特性。卢羽平等[11]分析了建于狭窄河谷中的卡基娃混凝土面板坝的运行性状。王君利[12]结合羊曲混凝土面板坝工程，分析了特窄河谷中高混凝土面板坝的变形和防渗控制措施。王恩辉[13]介绍了新疆地区狭窄河谷中堆石坝工程的建设案例和工程经验。上述研究工作结合具体的工程实践，分别从不同的角度分析了狭窄河谷中混凝土面板坝的变形特性，研究成果表明，对于狭窄河谷中的混凝土面板坝，岸坡对坝体具有显著的约束作用，由于这种约束作用，狭窄河谷中的混凝土面板坝总体变形量相对较小，但岸坡变形梯度较大。坝体大主应力明显小于堆石体自重应力，坝体应力存在明显的应力拱效应。宋文晶等[14]针对狭窄河谷中的面板坝，提出了考虑堆石体与坝肩岸坡之间摩擦接触的分析模型，并研究了河谷性状对面板坝防渗体系安全性的影响。研究指出狭窄河谷中面板坝的堆石体将沿岸坡发生滑移，从而导致面板或止水的破坏。侯冰铃等[15]对比了考虑堆石体与岸坡分别采取固定约束和摩擦接触方式计算时，狭窄河谷中混凝土面板坝应力变形特征，计算结果表明，考虑摩擦接触后，堆石能够沿着岸坡滑动，岸坡对坝体堆石的拱效应减小。欧波等[16]采用数值分析方法对狭窄河谷中的平寨混凝土面板坝进行了考虑堆石流变的计算分析。邓刚等[17]等结合九甸峡混凝土面板坝，研究了狭窄河谷中高面板堆石坝的长期变形问题。研究成果表明，狭窄河谷高面板堆石坝考虑流变特性后，坝体后期变形明显增大，变形持续时间也有所增加。上述的研究工作分别从不同的角度分析、研究了河谷地形对混凝土面板坝应力变形特性的影响，但总体而言，这些研究都是针对狭窄河谷中某一具体工程的分析，其研究成果部分揭示了狭窄河谷岸坡对混凝土面板坝应力变形的影响规律。但是，对于河谷地形与混凝土面板坝应力变形作用的一般规律尚有待通过从宽河谷到窄河谷的变化，以及岸坡和河床宽度的变化进行深入的研究。

采用理想化的典型模型研究混凝土面板坝的应力变形特性可以消除具体工程特定因素对分析结果的影响，从而更有利于对一般规律的分析研究[18]。党发宁等[19]以金川混凝土面板坝为依据，构建了一个简化的面板坝分析模型，通过河谷宽度系数、河谷边坡陡缓系数、河谷非对称系数研究了河谷形状对面板坝应力变形的影响。研究表明，河谷地形对坝体的约束作用减小了面板的挠度，而堆石体内部存在的应力拱效应则增大了坝体的后期沉降量。杨超等[20]等通过一个典型的面板坝分析模型，重点研究了狭窄河谷面板堆石坝坝体底部应力拱效应的形成机理及影响范围。为进一步研究河谷地形对混凝土面板坝应力变形特性的影响，本文将通过构建一个典型混凝土面板坝三维模型的方式，采用数值计算方法，分析从宽河谷到窄河谷混凝土面板坝应力变形特性的变化规律，并研究岸坡坡度、河谷宽度等因素对坝体和面板应力变形的影响规律，同时，结合实际工程，探索改善狭窄河谷中高混凝土面板堆石坝应力变形状态的工程措施，为大坝的设计、施工提供指导。

通常，对于混凝土面板堆石坝而言，较为有利的河谷形状应该是平整、对称的河谷，岸坡坡度平缓，同时，两侧坝肩能够为坝体提供坚固的支撑作用。反之，坝肩陡峭、河谷不对称、岸坡基岩表面不规则、河床深切等地形将对坝体和面板的应力变形产生不利的影响。

2.1 河谷形状参数目前，对于如何采用一个单一的参数对河谷性状进行定义尚未有统一的规定。实际工程中，常规的做法是将大坝的建基面统一到同一高程，以坝轴线位置的纵断面进行比较。在混凝土面板堆石坝工程中，主要采用两种方式表示河谷形状：一种是以大坝的长高比(坝顶长/最大坝高)；
另一种是以河谷形状系数(A/H2，其中，A为面板面积，H为坝高)。

2.2 典型分析模型为了系统地研究地形条件对面板堆石坝应力变形的影响，本文建立了一个理想化的混凝土面板堆石坝三维有限元模型，通过改变河谷宽度、岸坡坡比等地形条件，采用数值计算方法分析地形参数的变化对坝体和面板应力、变形的影响。

计算分析模型的基本特征参数为：

•坝高：120 m；
上游蓄水位：110 m。

•坝体分区：面板、垫层区(2 m等宽)、过渡区(3 m等宽)、主堆石区、次堆石区。

•面板宽度：上下等宽12 m；
面板厚度：上下等厚50 cm。

•岸坡：均一坡度；
建基面：水平(高程：0.0 m)。

计算模型的最大横断面如图1所示，图2为该计算模型的三维网格图。计算中按12 m的层厚模拟坝体的分级填筑过程，混凝土面板按一层进行单元划分。

图1 计算模型的最大横断面

图2 计算模型的三维网格图

计算分析中，筑坝堆石料采用邓肯E-B非线性弹性模型[21]，混凝土面板采用线弹性模型，堆石料的材料模型参数如表2所示，混凝土弹模取为2.2×104MPa，泊松比为0.2。混凝土面板与堆石材料的接触采用薄层单元模拟，混凝土面板之间的纵缝采用无厚度接触面单元模拟，面板与趾板间的周边缝采用软单元模拟[22-24]。

表2 材料的邓肯E-B模型参数

2.3 计算方案为比较河谷宽度、岸坡坡度等地形条件对坝体和面板应力、变形特性的影响，计算方案分为两组：其中，第一组为固定河床宽度，通过改变岸坡坡度以分析岸坡坡度的影响。第二组为固定岸坡坡度，通过改变河床宽度以比较河床宽度的影响。两组计算可以综合反映河谷形状对大坝应力变形的作用。

(1)考虑岸坡坡度影响的计算方案(如图3所示)

图3 不同岸坡坡度的计算方案

方案1-1：河床宽度48.0 m，岸坡坡度1∶0.5(大坝长高比为1.4)。

方案1-2：河床宽度48.0 m，岸坡坡度1∶1.0(大坝长高比为2.4)。

方案1-3：河床宽度48.0 m，岸坡坡度1∶1.5(大坝长高比为3.4)。

方案1-4：河床宽度48.0 m，岸坡坡度1∶2.0(大坝长高比为4.4)。

方案1-5：河床宽度48.0 m，岸坡坡度1∶3.0(大坝长高比为6.4)。

(2)考虑河床宽度影响的计算方案(如图4所示)

图4 不同河谷宽度的计算方案

方案2-1：岸坡坡度1∶1.0，河床宽度48.0 m(大坝长高比为2.4)。

方案2-2：岸坡坡度1∶1.0，河床宽度96.0 m(大坝长高比为2.8)。

方案2-3：岸坡坡度1∶1.0，河床宽度192.0 m(大坝长高比为3.6)。

方案2-4：岸坡坡度1∶1.0，河床宽度288.0 m(大坝长高比为4.4)。

方案2-5：岸坡坡度1∶1.0，河床宽度384.0 m(大坝长高比为5.2)。

3.1 考虑岸坡坡度影响的计算结果不同岸坡坡度情况下，蓄水期坝体横断面的沉降如图5所示。为节省篇幅，以下的坝体位移分布和面板应力分布均仅给出了岸坡坡度最陡和最缓的两种极端情况。

图5 蓄水期坝体横断面沉降分布(不同岸坡坡度)(单位：m)

在不同岸坡坡度情况下，坝体最大横断面的沉降分布呈现出基本相同的分布规律，坝体最大沉降位于横断面坝轴线位置的坝体中上部，沉降分布对称于坝轴线。但从沉降量的数值看，陡峭岸坡情况下坝体的沉降量较小，而平缓岸坡情况下坝体的沉降量较大。

从图6坝轴线处纵断面的沉降分布看，坝体沿坝轴线处纵断面的沉降分布对称于河谷中心线，最大沉降位于坝体中上部。当河谷岸坡坡度较陡时，近岸坡处坝体的沉降在岸坡的约束作用下呈波动的分布，从岸坡至河谷中心，沉降变化的梯度较大。当岸坡坡度逐渐趋缓时，岸坡处的坝体沉降分布渐趋平顺。从数值上看，坝体沉降随河谷岸坡坡度由陡变缓而逐渐增大。各计算方案坝体近岸坡处的沉降沿坝轴线方向的变化梯度随岸坡坡度的变缓而逐渐减小。

图6 蓄水期坝体纵断面沉降分布(不同岸坡坡度)(单位：m)

从坝轴线处纵断面的水平位移分布(图7)看，纵断面上的水平位移呈对称于河谷中心线的形式分布，两岸坡坝体的水平位移均指向河谷中央(左岸坝体水平位移指向右岸，右岸坝体水平位移指向左岸)，水平位移的最大值靠近岸坡处。但是，值得注意的是，当岸坡坡度陡峭时，河床段底部坝体的水平位移方向呈与上部坝体相反的分布趋势(左岸坝体水平位移指向左岸，右岸坝体水平位移指向右岸)。这一特殊的位移现象在以往的研究中尚未涉及。从图7(a)的坝体水平位移分布趋势分析，造成这一现象的原因，主要是坝轴线两侧的堆石由于受陡峭岸坡地形的影响形成了向河谷底部集中的位移趋势，而由于河谷较窄，加之底部岸坡的约束，因此，在较窄的河谷底部堆石体承受了来自对面一侧岸坡堆石体的强烈挤压作用，故而产生了与对其相对的岸坡堆石体挤压方向相同的位移。随着岸坡坡度的变缓，岸坡堆石体趋向河谷底部的位移趋势减弱，这一现象也随之消失。

图7 蓄水期坝体纵断面沿坝轴线方向水平位移分布(不同岸坡坡度)(单位：m)

蓄水期面板沿上游坝坡方向和沿坝轴线方向的应力分布是评价面板应力状况的重要指标。由图8—9可以看出，蓄水期河床段面板的中上部处于双向受压状态(顺坡向、坝轴向)，局部区域受拉。在顺坝坡方向，面板底部和两岸坡部位承受拉应力，其余部位受压，在沿坝轴线方向，岸坡处面板承受拉应力，其余大部分区域受压。

图8 蓄水期面板顺坡向应力分布(不同岸坡坡度)(单位：MPa)

图9 蓄水期面板沿坝轴线方向应力分布(不同岸坡坡度)(单位：MPa)

在不同岸坡坡度情况下，面板底部沿坝坡方向均承受拉应力，当岸坡坡度较陡时，岸坡处面板的拉应力区范围相对较小，随岸坡坡度变缓，面板底部和两岸坝肩处面板顺坡向拉应力区范围扩大。但从数值上看，当岸坡坡度较陡时，面板所承受的压应力数值较大，随岸坡坡度变缓，面板的压应力数值减小。

不同岸坡坡度情况下，面板在两岸坝肩处沿坝轴线方向均承受拉应力。当岸坡坡度较陡时，拉应力区主要集中在坝肩上部，当岸坡坡度逐渐变缓，拉应力区范围沿岸坡向面板底部和河谷中心方向扩展。从应力数值上看，陡岸坡时，面板所承受的压应力数值较大，随岸坡坡度变缓，面板的压应力数值减小。

3.2 考虑河谷宽度影响的计算结果不同河谷宽度情况下，蓄水期坝体横断面的沉降如图10所示。为节省篇幅，以下的坝体位移分布和面板应力分布均仅给出了河谷宽度最窄和最宽的两种极端情况。

图10 蓄水期坝体横断面沉降分布(不同河谷宽度)(单位：m)

从坝体最大横断面的沉降分布规律看，第二组计算(考虑河谷宽度变化)与第一组计算(考虑岸坡坡度变化)的坝体沉降分布规律无显著变化。不同河谷宽度情况下坝体的沉降分布规律也基本相似。但是，随着河谷宽度的增加，坝体位移的数值也随之增大。对比第二组计算与第一组计算的结果，也可以看出，当河谷宽度增大时，第二组计算的坝体沉降数值要大于第一组计算的数值。

从沿坝轴向位置的纵断面坝体沉降分布(图11)看，随着河谷宽度的增加，岸坡地形对于河床段坝体沉降的影响逐渐减小，当河谷宽度较宽时，河床段坝体沉降呈现出完全一致的分布，其数值也基本相同，岸坡段坝体变形的影响仅局限于近岸坡处的堆石体。

图11 蓄水期坝体纵断面沉降分布(不同河谷宽度)(单位：m)

坝体纵断面沿坝轴线方向水平位移分布(图12)呈从两岸指向河谷中心的分布规律，这一变形的趋势主要由岸坡地形的影响所致。随着河谷宽度的增加，岸坡地形对于河床段坝体变形的影响逐渐减弱。当河谷宽度较大时，坝体水平位移主要集中于岸坡段，河床中心附近坝体的水平位移基本上接近于零。

图12 蓄水期坝体纵断面沿坝轴线方向水平位移分布(不同河谷宽度)(单位：m)

蓄水期面板顺坡向的应力分布(图13)趋势为：在面板底部和沿岸坡位置处，面板主要承受拉应力，而在面板的其余位置，则主要承受压应力。当河谷宽度增大，面板底部拉应力区范围向上扩展，河谷中心部位面板的压应力数值相对于岸坡处有所减小，面板压应力最大值的区域趋向于岸坡。从应力数值上看，河谷宽度较窄时，面板的压应力相对较大，当河谷宽度增大时，面板压应力数值减小。

图13 蓄水期面板顺坡向应力分布(不同河床宽度)(单位：MPa)

蓄水期面板沿坝轴线方向的应力分布(图14)趋势为：在两岸坝肩处，面板主要承受拉应力，而在面板的其余位置，则主要承受压应力。对比各种河谷宽度情况下的计算结果，可以看出，随着河谷宽度的增大，两岸坝肩处面板拉应力区的范围没有明显的变化，但面板压应力最大值的区域逐渐趋向岸坡处。从应力数值上看，河谷宽度较窄时，面板应力相对较大，当河谷宽度增大时，面板应力数值减小。

图14 蓄水期面板沿坝轴线方向应力分布(不同河床宽度)(单位：MPa)

3.3 岸坡坡度及河谷宽度影响的计算结果对比为分析不同地形条件下河谷形状对混凝土面板坝应力变形特性的影响规律，对于不同岸坡坡度和不同河谷宽度采用大坝长高比作为河谷的形状参数，给出了各种不同工况下坝体位移和面板应力的变化趋势。

从图15和图16可以看出，随着岸坡坡度逐渐趋缓、或河谷宽度逐渐增加，岸坡对坝体的约束作用渐趋减弱，坝体位移增大。大坝长高比相对较小时，这种位移增大的趋势相对较为明显，如图15所示，当长高比从1.4变化至2.4时，最大沉降的增量为5 cm。而大坝长高比增至一定程度，其变化趋势逐渐平缓，当长高比从4.4增至6.4时，最大沉降仅增加了0.6 cm。显示出岸坡地形对坝体变形影响的弱化。对比岸坡坡度变化与河谷宽度变化的结果，可以发现，在同样长高比的情况下，宽河谷情况下的坝体位移数值大于缓岸坡情况下的坝体位移数值。

图15 不同岸坡坡度情况下坝体的最大沉降

图16 不同河谷宽度情况下坝体的最大沉降

蓄水期面板在不同岸坡坡度和不同河谷宽度情况下的最大法向位移(挠度)变化分别如图17和图18所示。从图中可以看出，面板的法向位移随着大坝长高比的增加而增大，而且，当长高比增至一定程度后(大致为3.5～4.0)，面板挠度的变化也是逐渐减缓，直至基本不变。

图17 不同岸坡坡度情况下面板的法向位移

图18 不同河谷宽度情况下面板的法向位移

蓄水期面板在不同岸坡坡度和不同河谷宽度情况下的应力变化如图19—22所示。

图19 不同岸坡坡度情况下面板顺坡向应力

图20 不同岸坡坡度情况下面板坝轴向应力

图21 不同河谷宽度情况下面板顺坡向应力

图22 不同河谷宽度情况下面板坝轴向应力

从面板的应力变化趋势看，面板的应力基本上随坝体长高比的增大而减小。对于河谷宽度固定、岸坡坡度变化的情况，面板顺坡向的应力的变化在长高比大于4时基本趋于稳定，而面板沿坝轴向的应力变化则基本上一直随长高比的变化而变。对于岸坡坡度固定、河谷宽度变化的情况，面板沿坝坡向应力和沿坝轴向的应力均在长高比大于3.5时趋于稳定，这一规律与面板挠度的变化趋势基本一致。从应力的数值看，当河谷宽度不宽，岸坡坡度较陡时，面板的应力数值相对较大。

根据典型面板坝三维模型数值计算分析的结果，可以看出河谷的宽窄和岸坡的坡度对于混凝土面板坝的应力变形特性有着一定程度的影响。这种影响主要表现在岸坡对于堆石变形的约束作用和因岸坡基岩对坝体顶托所产生的拱作用。岸坡对于堆石体的约束作用，使得狭窄河谷中面板坝的总体位移量值相较于宽河谷中的面板坝位移较小。而基岩对坝体的拱作用将导致堆石体竖向应力的减小。

综合计算分析结果看，河谷岸坡对坝体位移的约束作用随面板坝长高比的增加而减弱，当大坝长高比大于4.0时，岸坡对坝体位移的约束作用基本可以忽略。

岸坡坡度的变化对岸坡局部坝体的位移分布有较大的影响，陡岸坡情况下岸坡处坝体的变形梯度明显大于平缓岸坡情况下坝体的变形梯度。在同样岸坡坡度情况下，河床宽度较窄时，岸坡位移梯度变化较大的部位靠近坝体底部，对河床部位的坝体位移存在一定的影响。当河床宽度较宽时，岸坡位移梯度变化较大处位于坝坡中上部，岸坡部位的位移对河床段坝体的位移影响不大。

陡峭的岸坡会引起近岸坡部位堆石体沿岸坡方向形成滑动位移的趋势。当河床相对宽阔时，这种位移趋势仅局限于岸坡部位的堆石体，对坝体的整体变形影响不大。但当河床宽度较小时，陡峭的岸坡和较窄的河床宽度所形成的狭窄河谷将导致堆石体产生较为显著的趋向河谷中心的位移。这种位移趋势将因堆石体的拖曳作用，使得面板顺坡向应力增大。同样，由于狭窄河谷中坝体堆石自岸坡向河谷中心的位移趋势相对较大(趋向河谷中心、坝体底部)，由此也会导致面板沿坝轴向应力的增大。

位于狭窄河谷中的面板堆石坝，岸坡段堆石体与河床段堆石体会出现较大的不均匀位移。由于变形梯度较大，岸坡部位堆石体和面板将承受较大的剪应力，当剪应力过大时，会造成近岸坡部位混凝土面板出现平行于岸坡的斜向裂缝。

对于狭窄河谷中的面板坝，河谷底部的堆石是各种不利变形的主要汇集之处和承接体，这一部分堆石体的变形模量，对于狭窄河谷中面板坝的变形，以及混凝土面板的应力状态都会产生直接的影响。

根据上述河谷地形因素对混凝土面板坝应力变形特性的影响分析，对于长高比大于4.0的宽河谷中的混凝土面板坝，河谷岸坡的作用不显著，大坝的变形控制按通常的做法即可。对于狭窄河谷中的面板坝(长高比小于4.0或3.5)，则需要根据其受力和变形特点，采取针对性的坝体变形控制措施和面板应力改善措施[25-27]。

混凝土面板堆石坝因其结构上的特点，保障大坝结构安全的关键在于坝体堆石的变形控制，而堆石体的变形则主要取决于堆石的压实密度或变形模量。因此，改善狭窄河谷中混凝土面板坝应力变形状态的主要措施应该是通过合理选择母岩强度适中的中硬岩筑坝堆石料、提高堆石体的压实密度和压缩模量，以减小坝体堆石的位移量值，同时，还可以在岸坡附近设置高模量的堆石增模区，以降低自岸坡至河谷的堆石变形梯度。为改善面板的应力状态，避免面板裂缝和挤压破坏，应按照预沉降时间和上游坝坡沉降量值控制的原则确定混凝土面板的浇筑时间，岸坡段的面板施工工序可适当排后。同时，还可在河床段面板纵缝设置具有一定抗压强度的柔性填充材料，以吸收面板沿坝轴线方向变形而产生的挤压应力。

如前所述，狭窄河谷中的面板坝，河谷底部是变形集中之处。因此，对于狭窄河谷中的高混凝土面板堆石坝，在河谷一定高度范围内，采用级配良好的堆石料，经充分压实，形成一个高压缩模量区。这一高模量区将限制岸坡堆石体斜向位移的发展，从而有效改善坝体和面板的应力变形性态。

为进一步验证前一节中提出的改善狭窄河谷中高混凝土面板坝应力变形性状的工程措施，以黄河上游玛尔挡水电站大坝为例进行了进一步的计算分析。玛尔挡水电站位于青海省玛沁县拉加乡上游约5 km的黄河干流上，是一个以发电为主的大型水电枢纽工程，工程规模为一等大(1)型。水库正常蓄水位3275 m，相应库容14.82亿m3。电站装机容量2200 MW，多年平均发电量72.39亿kW·h。枢纽大坝为混凝土面板堆石坝，坝高211 m，大坝长高比为1∶1.5，为典型的狭窄河谷区(图23)高混凝土面板坝。大坝主要的筑坝料为二长岩和砂岩堆石料、及枢纽建筑物开挖料，岩石的饱和单轴抗压强度为70～130 MPa。

图23 玛尔挡面板坝的坝址河谷

根据前述分析，狭窄河谷的河谷束窄效应会使得坝体变形量相对较小，岸坡处变形梯度相对较大。另外，河谷的不对称性，会导致缓坡坝肩变形量相对较大，陡坡坝肩变形量相对较小，造成坝体变形不均匀。为减小坝体变形量以及变形的不均匀性，计算分析中研究采用提高堆石体压实度的措施降低河谷束窄效应的影响。同时，为降低岸坡堆石区的变形梯度，还对比了设置岸坡增模堆石区的影响(图24为增模区的设置范围)。

图24 岸坡增模区的范围(单位：m)

各计算方案中，垫层料和过渡料的孔隙率(n)标准分别为17%、18%，堆石区的孔隙率则由21%逐步降低至19%。表3所示为各计算方案的应力变形特征(最大)值。

表3 堆石不同孔隙率条件下大坝应力变形特征值汇总

从表3计算成果看，通过改善堆石体的压实，降低堆石孔隙率，提高堆石体模量，可明显减小坝体、面板、接缝变形，有效改善防渗体系的应力变形状态。

从表4计算成果看，设置岸坡增模区对于岸坡处的坝体变形梯度和周边缝剪切变形减小明显，递减率分别为18%和10%左右。由此可见，岸坡增模区的设置可有效降低岸坡堆石体的变形梯度，改善周边缝的变形性态。

表4 设置岸坡垫层区与不设置典型高程岸坡最大沉降变形梯度

通过针对不同地形条件下典型混凝土面板坝模型的应力变形分析，可以看出，尽管混凝土面板堆石坝对地形条件有着较好的适应性，但河谷的坡度和宽窄对于坝体和面板的变形仍有一定的影响，这种影响主要表现在岸坡对坝体和面板的顶托和约束作用上。总体而言，在坝体材料确定不变的情况下，狭窄河谷中坝体和面板的位移数值明显小于宽阔河谷中的情况，而面板的应力则是在狭窄河谷的情况下较大。

从坝体和面板位移的变化趋势看，位移随大坝长高比的增加而增大，当长高比增大至一定程度(3.5～4.0)后，坝体位移变化的趋势逐渐趋于平稳，岸坡对坝体位移的作用减弱。

狭窄河谷情况下，面板顺坝坡方向和沿坝轴线方向的压应力相对较大，但拉应力区分布范围相对较小，近岸坡局部部位面板的应力变化明显。在宽阔河谷情况下，面板的压应力相对较小，但拉应力区范围相对较大，岸坡对河床段面板应力的影响作用较弱。建于狭窄河谷中的混凝土面板坝需要更加严格地控制堆石体的变形。改善狭窄河谷中混凝土面板坝应力变形性状的主要工程措施包括：提高堆石体的压实密度、增加堆石体的压缩模量、在近岸坡区域设置增模过渡区、合理安排面板浇筑前的堆石预沉降时间、在河床段面板纵缝设置可吸收面板位移柔性填充材料等。

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