高土石坝沥青混凝土心墙抗水力劈裂和抗震性能研究

沥青混凝土具有防渗性能好、柔性、抗震能力强、环境适应能力强等优点，全世界已建成130多座沥青心墙土石坝。但由于沥青心墙的基础研究较少和工程界对该坝型不熟悉，沥青心墙坝数量还较少，尤其是高沥青心墙坝。目前在高土石坝土心墙、混凝土面板、沥青心墙三个防渗方案比选时，工程届因对沥青心墙的性能存有疑虑而几乎不予考虑。主要疑虑是沥青心墙单薄（0.4m～1.2m厚）而担心沥青心墙在坝体和岸坡拱效应作用下发生水力劈裂和地震作用下破坏。为此，本课题拟研制高300m级土石坝沥青心墙筒式水力劈裂设备和进行模型试验和理论研究，研制旋转式动力设备进行动强度试验，结合工程观测资料进行有限元分析，研究高土石坝沥青心墙的抗水力劈裂和抗震性能，为高土石坝采用沥青混凝土心墙方案奠定基础。

沥青混凝土用作大坝的防渗材料，具有防渗性能好、柔性、抗震性能强、环境适应力强等优点，使其成为土石坝筑坝技术的一个新的亮点。国际大坝委员会在1992年第84号公报中曾指出：沥青混凝土心墙土石坝是未来最高坝适宜的类型。但由于沥青混凝土基础研究较少、工程界对该坝型不熟悉，沥青心墙坝数量还较少，尤其是高沥青心墙坝。本课题主要通过试验模拟和有限元计算分析对高土石坝的水力劈裂和抗震性能进行研究。水力劈裂研究中主要通过模拟不同工况、不同温度条件下的试验研究和有限元应力应变分析，结果得出可排除水力劈裂的发生，沥青混凝土心墙是安全的。抗震研究中：通过试验模拟沥青混凝土试件在不同温度、不同配合比、不同工况发生震动扭剪，得出试件发生震动扭剪时的动扭剪应变-动扭剪应力-动扭剪强度之间的关系，为高土石坝沥青混凝土心墙在多地震带的设计与建设提供理论基础；通过对高土石坝沥青混凝土心墙不同工况下的有限元应力应变计算分析，得出沥青混凝土心墙有较强的抗震性能，为高土石坝沥青混凝土心墙在多地震带的设计与建设提供有力保证。