摘  要：目前深厚砂礫石地基墻幕結合防滲體系普遍采用10m的經驗搭接長度，本文結合新疆下坂地水利樞紐工程，采用了有限元數值模擬計算和歸一化處理的方法，在防滲體系不同深度布置尺寸和搭接長度的情況下，對防滲墻的受力和位移進行計算研究分析，總結出墻幕結合防滲體系優化搭接長度的變化規律。
關鍵詞：深厚砂礫石地基；墻幕結合；搭接長度；優化研究
    一、前沿
    近年來，隨著我國西南部山區水電建設的發展，很多水利工程的興建將面臨深厚砂礫石壩基防滲的難題，墻接幕防滲體系的成功應用使這一難題得到有效解決。墻幕結合形式的防滲體，其墻與幕的搭接處理是整個防滲體施工的關鍵部位，尤其是在砂礫石層厚度達150m級的覆蓋層中修建墻幕結合的防滲體，由于其埋藏深度大、承受水頭高、地質條件復雜，一旦接頭處理不當，其補救措施也很難實施，將對整個工程造成嚴重后果[1]。處理接頭部位的一般做法是使防滲墻底部嵌入灌漿帷幕一定深度，使下部灌漿帷幕緊緊包住防滲墻底部，形成一個統一體，達到減少滲漏的目的。目前、有些學者對深厚覆蓋層防滲中墻幕結合關鍵技術進行了研究，提出墻幕結合的搭接長度參數的確定方法：在沒有理論分析依據的情況下，墻幕的搭接長度可盡量長些，以延長地下水流的滲流路徑，削減滲透壓力，降低滲量，滿足滲透比降要求；根據工程經驗,防滲墻采用嵌入帷幕的形式進行墻幕搭接，最理想的搭接長度為10 m[2]。
    但是墻幕結合防滲體系的布置型式，結構尺寸等一些技術參數的確定，由于缺少相應的規范，大多是憑借經驗取得，設計上也偏于保守考慮。因此，本課題將針對墻幕結合防滲體系的搭接長度問題，結合新疆下坂地水利樞紐工程，對防滲體系在不同搭接長度下的受力和位移進行研究分析，總結出優化搭接長度的變化規律。
    二、工程概況
    下坂地水利樞紐工程位于新疆喀什地區塔什庫爾干縣下坂地鄉附近，距塔什庫爾干塔吉克自治縣45公里，距喀什市315公里，距葉爾羌河干流卡群渠首190公里。下坂地樞紐工程[3]是以生態補水及春早供水為主，結合發電的大型水利樞紐工程，為Ⅱ等工程，大(2)型規模。樞紐建筑物由攔河壩、泄洪洞、引水發電系統和電站廠房等組成，攔河壩為瀝青混凝土心墻砂礫石壩，最大壩高78m，正常蓄水位高程2960m，總庫容8.67億m3，電站總裝機容量150MW，年發電量4.735億KWH。
    工程壩址區河谷呈“U”形，兩岸基巖裸露，山高坡陡,壩肩巖體強風化較淺，結構較完整，河床覆蓋層主要是由壩址下游的哈木勒堤溝古冰川的推進和后退及“堰塞湖”的形成與潰決等因素形成的第四系冰水堆積物、冰磧物。自下而上可分為三大類型:冰磧層、砂層透鏡體、沖洪積層和坡積層，滲透系數大，成分復雜，最大厚度147.95m。
    2.1材料參數的選取
    有限元模型設置了九種材料：壩體（淡紅色）、瀝青混凝土心墻（綠色）、混凝土防滲墻（白色）、灌漿帷幕（暗灰色）、上部漂石層（藍色）、砂層（暗灰色）、飄塊石層（土黃色）卵礫石層（亮灰色）和基巖（灰褐色），如表2-1所示。計算模型單元的劃分情況以及材料分區情況見圖2-1所示。該模型中各種材料參數見表5-1所示。筑壩土料、上部漂石層、砂層和卵礫石層材料采用鄧肯-張模型，瀝青混凝土、混凝土防滲墻、灌漿帷幕和基巖都均采用采用線彈性模型，設置防滲墻、帷幕灌漿和周圍土體的接觸。模型單元數為4070個，節點4207個。
    2.2計算方案和步驟
    墻接幕防滲體系搭接長度優化方案如下：
    （1）在防滲體系深度布置一定的情況下，防滲體系隨搭接長度變化而變化的規律。
    （2）在搭接長度一定的情況下，防滲墻隨深度布置尺寸的應力變化規律。
    （3）綜合分析（1）和（2）的變化規律，探尋防滲體系優化搭接長度的布置規律。
    本作者之前針對新疆下坂地水利樞紐工程，采用目標函數優化方法，建立了以防滲體系施工工期和壩基滲流量為子目標函數的數學優化模型，結合歸一化法和參數敏感性分析方法，最終優化計算得到滿足安全性和經濟性的防滲墻優化設計深度為65m。實際工程建造深度為85m，搭接長度為10m。因此，本次計算方案分為五種大工況，如下表2-2所示。每種大工況中又按按步長為1m，計算搭接長度從1m～14m情況下的應力和位移值。
    三、有限元計算結果
    根據墻接幕防滲體系有限元計算模型，結合搭接長度優化方案，分別將各種大工況下防滲墻的位移和應力值隨搭接長度變化值用圖3-1、3-2、3-3的形式展示出來。
    隨著防滲墻布置深度和墻與幕搭接長度的變化，最大壓應力值為21.11MP,最大拉應力值為0.3844MP滿足混凝土的極限抗壓和抗拉強度要求；最大水平位移為43.24cm、最大豎向位移值為5.38cm，都在監測允許范圍內。它們的變化規律如下：
    （1）防滲墻布置深度在65m～80m之間時，。隨著搭接長度的增加，最大壓應力在總體上都是呈現逐漸減小的趨勢；在搭接長度長度一定的情況下，最大壓應力值隨著防滲墻的布置深度的增加在逐漸增大；85m時且呈現出先增大后減小的規律，變化規律發生了變化，這就說明，隨著防滲墻布置深度的增加，防滲體系的應力變化將更加復雜。
    （2）在防滲墻布置深度一定的情況下，隨著搭接長度的增加，最大水平位移在總體上都是呈現逐漸增大的趨勢；在搭接長度一定的情況下，最大水平位移值隨著防滲墻布置深度的增加在逐漸的減小。
    （3）在防滲墻布置深度一定的情況下，隨著搭接長度的增加，最大豎向位移在總體上都是呈現逐漸減小的的趨勢；在搭接長度一定的情況下，最大水平位移值隨著防滲墻布置深度的增加在逐漸的增加
    四、優化搭接長度計算
    根據以上墻接幕防滲體系有限元計算結果，可發現：在防滲墻布置深度一定的情況下，隨著搭接長度的增加，防滲墻的最大水平位移和最大豎向位移的變化趨勢剛好相反。因此，可利用數學歸一化法對最大水平位移和最大豎向位移進行處理，得出了各種工況下的優化搭接長度值。新疆下坂地防滲體系的優化搭接長度值計算結果