黄河沙坡头水利枢纽地基回弹变形力学模型研究席燕林1王小青1顾耀民2(1水利部天津水利水电勘测设计研究院，天津，3002222宁夏沙坡头水利枢纽有限责任公司，银川，750001)摘要黄河沙坡头水利枢纽坝基岩体主要为泥岩、页岩等软岩类，工程岩体属Ⅴ类岩体。为了探讨开挖造成的回弹变形，需要选择合适的地基变形的力学模型。结合该工程地基岩体的特点，选择了合理的地基力学模型和计算参数，并进行了三维有限元计算，得出了可供工程应用的结果。关键词地基变形开挖回弹变形有限元力学模型软岩岩石力学中图分类号TV沙坡头水利枢纽位于宁夏回族自治区中卫县境内的黄河干流上，其上游12.1km为拟建的大柳树水利枢纽，下游122km为青铜峡水利枢纽。工程区距自治区首府银川市200km，距中卫县城20km。沙坡头枢纽工程是以灌溉、发电为主的综合性水利工程。沙坡头灌区以现有的卫宁灌区为主体，西起中卫县沙坡头，东至青铜峡水利枢纽，北靠腾格里沙漠，南界香山，东西长约105km，分布于黄河一、二级阶地上，总土地面积250万亩。黄河沙坡头水利枢纽总库容0.26亿m3，装机容量120.3MW，总灌溉面积为87.7万亩。最大发电水头11.00m，枢纽电站保证出力51.0MW，装机多年平均发电量6.06亿kW.h。其中河床电站为5.95亿kW.h，两岸渠首电站为0.11亿kW.h。沙坡头水利枢纽工程主要建筑物包括：南干渠首电站、泄洪闸、隔墩坝段、河床电站、北干渠首电站和土石副坝。坝顶高程1242.6m，坝顶长度867.65m，河床电站坝段坝顶宽18.15m。河床电站最大坝高37.8m，泄洪闸坝段最大坝高28.4m。沙坡头水利枢纽坝基岩体主要为泥岩、页岩等软岩类，工程岩体属Ⅴ类岩体。此类岩体具有遇水软化、膨胀、力学强度低，且流变性显著等特点，坝址区岩体裂隙发育，完整性差，具有不良工程地质条件。这些对工程设计和建设带来一定的技术难题，因此，对坝基岩体进行认真详细的分析研究是十分必要的，可以为设计和施工提供科学依据。1坝基岩体特征和岩石物理力学特性黄河沙坡头水利枢纽工程区石炭系地层构造变动强烈、构造形迹发育。窑上复式倒转向斜轴位于坝址南约1.3km处，沙坡头坝址位于窑上复式倒转向斜北翼，即复式倒转向斜的正常翼上。向斜两翼次级裙曲和揉皱发育，规模不大，有的仅限于硬岩间的软岩岩层中，但使岩层变化剧烈。软、硬岩在长期挤压应力作用下产生固态流动变形，软岩产生塑性拉伸或格曲，硬岩则被拉断或遭剪切破坏，形成大小不等的透镜体。使得岩层厚度和岩性组合在平面和剖面上均有较大变化。软、硬岩除沿层面错动外，顺层小角度切层小断层或挤压破碎带发育。钻孔揭露破碎带厚度0.1～0.3m，最厚1.4m。构造岩为糜棱岩、断层泥，局部见有少量角砾岩。由于构造变动强烈，构造动力变质作用较强，砂岩透镜体表部往往附有绿泥石薄膜。裂隙有两组：产状为NE40º～70ºNW∠45º～70º和NW300º～335ºNE∠65º～80º。裂隙面较平直，大多呈闭合状，裂隙发育密度大，延伸较差，部分裂隙仅发育于硬岩中，遇软岩即尖灭。软岩中微裂隙也很发育，岩石被切割成大小不等的菱形碎块，由于卸荷后的水热作用，隙中均充填有泥质物。钻孔岩芯和矿渣失水后多呈碎块或碎屑状。岩层沿走向和倾向均呈舒缓波状，总体产状：走向NE60º～NW280º，倾向南东或南西，河床部位岩层倾角30º～65º，左岸为20º～67º，右岸32º～46º，由于褶曲发育，局部岩层呈反倾。左岸第三系与下伏石炭系地层呈角度不整合接触，不整合面在坝址附近倾向北北东，倾角20º～27º。坝基岩体主要由泥、页岩等软岩组成，局部夹泥质灰岩、灰岩、泥质粉砂岩、砂岩等。受区域构造持久挤压作用，泥、页岩等软岩岩体中次级褶曲、揉皱、层间错动、顺层小角度切层断层及挤压破碎带、节理裂隙发育，使得软岩产生固态流动变形，岩体多呈菱形碎片。灰岩、砂岩等硬岩在泥、页岩产生固态流动变形过程中被拉断或被剪切破坏，多呈透镜状展布，岩体中裂隙、隐微裂隙发育，完整性差。除靖远组下部砂岩集中段以次块状或碎裂结构外，坝基其它部位岩体以散体结构为主，局部地段为碎屑结构。由于本工程岩石工程特性较差，进行了大量的岩石力学试验。工程岩体力学性质有如下特征：(l)坝址基岩岩...