(云南省红河州水利水电勘察设计研究院，云南 蒙自 661100)

1 工程概况

阿白冲水库地处石屏县红河二级支流阿白冲河中下游河段，是以农业灌溉为主的中型水利枢纽，水库总库容1538.0万m3，灌溉面积1940hm2，年供水总量1718.8万m3。工程等别为Ⅲ等，大坝为黏土心墙坝，坝顶高程1567.00m，坝顶长256.5m、宽10.0m，最大坝高89.4m。上游坝坡自上而下为1∶2.5、1∶2.75、1∶3.0。下游坝坡自上而下为：1∶2.0、1∶2.25、1∶2.75、1∶1.5，变坡处均设置宽2.5m的戗台。黏土防渗心墙顶部高程1566.00m，顶宽4m，上、下游边坡均为1∶0.2，底部高程1477.60m，心墙最大高度88.4m，最大底宽39.36m。坝体剖面如图1所示。

2 坝体静应力及变形计算

采用三维非线性有限元进行坝体应力及变形计算，采用比奥固结理论进行心墙及反滤料的有效应力应变分析，用总应力法进行上、下游坝壳的应力及应变分析。静力计算分析采用“南水”双屈服面弹塑性模型。

图1 坝体标准横剖面

2.1 Biot固结理论

三维问题的Biot固结方程表达式为:

(1)

(2)

(3)

(4)

式中，wx、wy、wz分别为三个方向的位移；u为孔隙水压力；G、ν分别为剪切模量和泊松比，且G=E/2(1+ν)，E为杨氏模量；2为拉普拉斯算子。公式(1)、(2)、(3)为平衡方程，(4)为连续方程。由式(4)可知，孔隙水压力和变形密切相关，而且随时间变化。采用有限元对计算区域进行离散，并将时间划分成多个时段，对该组公式进行推导可得有限元计算的支配方程。

2.2 风化料及黏土料骨架静力本构模型

心墙土体及坝壳风化料的应力应变关系均采用“南水”模型模拟。增量型的应力应变关系为:

Δσ=[D]epΔε

(5)

其弹塑性模量矩阵:

[D]ep=[dij] (i,j=1～6)

(6)

双屈服面弹塑性模型由下列双屈服面组成:

(7)

模型的基本变量为切线杨氏模量Et和切线体积比μt，分别由式(8)、(9)求出: