在总结国内外关于水力劈裂机理分析及数值模拟方法的基础上,将所提出的渗透弱面水压楔劈作用模型引入基于比奥固结理论的有效应力法,采用弥散裂缝理论描述水力劈裂裂缝的发展过程,建立了用于描述水力劈裂发生和扩展过程的数学模型及有限元计算模式。模拟了挪威Hyttejuvet坝水力劈裂破坏的发生过程。计算结果表明：本文建立的数学模型和相应计算模式能够较好地模拟土石坝水力劈

维普资讯 www.51wendang.com

第 2卷 g 20 0 7年

第2期 2月

岩土工

程学

报

V 1 2 N . o.9 o2 F b, 2 0 e. 07

C i e e J u n fG o e h c lE g n e i g h n s o r alo e t c ni a n i e r n

土石坝水力劈裂发生过程的有限元数值模拟 李全明，张丙印，于玉贞，王建国 (.清华大学水利水电工程系，北京 10 8;2 1 00 4 .新加坡国立大学，新加坡 19 6) 12 0

摘

要：在总结国内外关于水力劈裂机理分析及数值模拟方法的基础上，将所提出的渗透弱面水压楔劈作用模型引入

基于比奥固结理论的有效应力法，采用弥散裂缝理论描述水力劈裂裂缝的发展过程，建立了用于描述水力劈裂发生和扩展过程的数学模型及有限元计算模式。模拟了挪威 H tjvt yt ue坝水力劈裂破坏的发生过程。计算结果表明：本文建立 e的数学模型和相应计算模式能够较好地模拟土石坝水力劈裂的破坏过程，可用于土石坝工程的安全性评价。 关键词：水力劈裂：比奥固结理论；弥散裂缝理论；H tjvt yt u e坝 e中图分类号 lT 4 V6 1文献标识码：A 文章编号：10 4 4 (0 70 0 1 6 0 0— 5 82 0 )2— 2 2—0作者简介：李全明 (9 9一 ) 17,男，河北沧州人，博士研究生。Em￣:q 1 - l m0@ma ss gu . u i i .i h a d .l lt n e O。

Nu e ia i u a i n o r c s f y r u i a t rn a t m rc l m l t ft p o e so d a l f c u i g i e r h s o he h cr n a d r c【i a s n o lIl m Il d L a . ig,Z A I Qun m n H NG B n—i igyn,YU Y .h n,WA a—u 2 uz e NG J ng o i (. eat n f da l nier go Ti h a iesyB i g108, ia 2Nao aU ie i f￣ ao S aoe 1D pr t HyruiE gnei s g u vrt, e i 00 4Ch; . t nl nvr to S g pm。 mgpr me o c n f n Un i j n n i sy 196, m ao 1 2 0 S g p m)

Ab t a t Th c a im n u r a i lt no

y r f r c u n l u s r c: e me h n s a d n me i l mu a i f d a i fa t r g We ' s mma ie n emo e n we g n c o c s o h n c i e r da dt d l d iga t n z h o i i a ik wa r p s d i h r me r ft e e e t e s e s meh a e n Bi ts c n o i a i n t e r . e e n we k l s p o o e t e fa wo k o h f c v - t s t o b d o o’ o s l t o y Th n t n n i r d s d o h h s a e r c i g t e r s p f d t i l t e p o e s o y r u i r cu i g me r d c a k n o h y Wa a p e o smu ae t r c s f h d a l fa t r,wh l e f c u e mo e n e i h c n i t r tr d la d t eh a h

c l u ai nme o we e e tb ih t a ay et eo e i g a de p d n f y r u cfa trn . a e su y t ep o e s ac l t o h td f sa l e o n l z h sd pn n n x a i go h d a l r cu i g Asac s t d . n i h r c s

o y ru cf c r go yt u e Da i ow yWa a zd a di W n ia d ta tef cuemo e ad te fh da l r t i fH tjvt m N r a s a l e t a i ct th r tr d ln i aun e n n y n s d e h a h n me c t o o l i lt l t e b h v o fh d a l a t rn d c u d b p l e s f t s s me to u r a me d c u d smu a e welh e a i ro y r u i f c u g a o l e a p e t t a ey a e s n f i l h cr i n i d o h s er at a . hd ms

Ke o d: y ru c r t n; it noia o he r;n l cakn te r; tjv t m yw r sh dal fa u g Bo’c sl t nt o s删 r ig o Hyt u eDa i cr i so di y a c h y e

O引

言

发生

水力劈裂破坏的现象。黄文

给出了能够揭示

在水利工程的诸多坝型中，土石坝具有可利用当地材料筑坝、对地形地质条件适应性好、造价较低、 施工方法简单以及抗震性能好等优点，在我国水利水电资源开发过程中占有重要的地位。目前，一系列大型土石坝工程正在规划和设计过程之中，充分保证工程的安全性是进行工程可行性研究的核心问题之一。 土质心墙坝的水力劈裂问题是目前工程界普遍关注又亟待解决的关键问题之一。

水力劈裂现象实质的定义，指出“力劈裂是指由于水水压力的抬高在岩体或土体中引起裂缝发生与扩展的 一

种物理现象”心墙中任何一点处的孔隙水压力如，“果使该点处的最小主应力的有效值降低至j土料的 墙

抗拉强度，心墙就会沿着这个最小主应力面产生水力劈裂”。在此基础上，孙亚平进行了系统的水力劈裂试验，证明了水力劈裂发生的必要条件是土体中的最小有效主应力达到土的抗拉强度，目前这一结论已经 得到公认。

1水力劈裂发生机理 长期以来，国内外许多学者致力于土石坝水力劈 裂问题的研究工作。K la uhwyu系统地分析了心墙两侧堆石体对心墙的拱效应，认为拱效应是发生水力劈裂的必要条件之一。S ead] hrr[分析了众多被认为发生 2

在系统总结国内外关于水力劈裂研究成果的基础上，张丙印等【提出并阐述了可诱导发生水力劈裂的 5】 基金项目：国家自然科学基金资助项目 (0 70 9:国家自然科学基 559 2 ) 金委员会，二滩水电开发有限责任公司雅砻江水电开发联合研究基金资助项且 (0 30 0 56 96 )收藕日期：20 05一I一 9 I 2

了水力劈裂破坏的土石坝工程实例，分析了这些工程