形成机理中温度因素工程解
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发布时间：2022-05-15 05:59
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时间：2023-10-10 21:06
由前述情况，可判断温度变化形成匿能活动，造成左坝肩坝后地区，地应力态势特征转变，从三维受压，变为冷缩的收缩拉升，使裂隙扩张，渗透系数增大，水力学特性劣化，导致突发性灾变。
由于温度变化效应过去未引起科学界的重视，所有在前述资料中，无反应力应变分析所需的相关温度信息成果，只能依据零散的数据资料作类比，作尽量符合实际情况的假设，以求提出相应的数据说明。
依据2007年12月初的日最低气温情况，假设马尔帕塞坝溃决前五天，日最低气温均值为3℃，年平均气温在17℃左右，坝区地下常温层埋藏深度大于15m，在被大坝溃决所冲毁的岩体之下，当时的岩体温度应在15℃，据此可作如下顺序的破译:
图3.7 左岸坝基与坝后山体的应力状态
3.2.4.1 左岸拱坝基础与坝后山体中应力的态势特征
拱坝蓄水初期坝基应力状态如图3.7A点所示:σ1为拱推力方向，σ2为顺坝基倾向，σ3为平行于山体边坡走向，均为三向压应力，与设计前提条件一致，坝基与推力墩均有超强抗阻力。进入炎热期，大坝混凝土产生热胀，发生向上游变形，此时虽有库水向下游的推力，没有温度应力影响大，故大坝与基础应在1959年7月产生向上游的变形，并超出计算值。坝体随气温下降不断散热产生回缩变形，库水产生的推力则传递至两岸由拱座所承担。
左岸坝后为鼓起的缓坡山体，一般情况下处于三维压应力状态，其σ1平行顺坡方向，σ2平行边坡走向，σ3近垂直边坡坡面。如图3.7B点所示。随着季节的变化，天气由热转凉，岩体处于放热效应状态，形成外凉内热产生不同的冷热情况，发生内外温度差，造成向地表冷缩提升的反向拉应力，如图中C点所示。坝后山体内的应力随气温的周期性变化而不断的往复变化中。
3.2.4.2 温度变化引起坝后山体岩石渗透特性的变化
左岸坝后山坡岩体的透水性，受岩石块体间的裂隙所控制，坚硬的岩石块体则属于不透水性的物质，在温度影响下，岩块的热胀冷缩特性反应明显，表现为裂隙张开，透水，有粘土填充，有时又具闭合、阻水现象。溃坝前的初冬连续阴雨天，使最低的气温比晴天最高的气温差10℃。低温对坝后缓坡的岩体形成冷气笼罩并向下传递冷波，使岩块产生冷缩，依据表1.3中的资料。片麻岩的冷缩系数为(0.8～3)×10－5/℃。若岩石块体近1m3，则其收缩量为(0.8～3)×10－5×1×103=(0.008～0.03)mm，使岩石块体之间的裂缝增宽至少为8～30μm。依据式(2.22)。岩体的渗透系数与渗水裂隙宽度的2次方成正比，故岩块冷缩造成岩体的渗透系数增大。在冷峰的影响下，地表与地下15m深处，温差大于10℃。简单按式(1.12)计算其拉张力接近1MPa。如存在缓倾角节理将被拉张。由于拱坝坝踵有水平拉应力，形成沿坝的断裂，加库水的楔入，使断裂扩宽可向下延伸至15m。由于坝高1/2处，库水楔入压力大于0.3MPa，大于节理岩体的抗拉强度。故坝踵水平拉应力在坝前岩基表层产生拉张缝后，则库水压力跟进楔入向下延伸。库水底部水温若为5℃。坝基以下岩体温度为15℃，因张开裂隙中上下水温有差异会形成环流交替，直至岩体温度降至5℃，岩体降温又将产生冷缩，使裂缝增宽渗透性增大。在坝基岩体因温降冷缩时，对下游亦产生水平向拉力，将平行、斜交坝线方向的裂缝拉张，增加其透水性。由于垂直边坡面与坝前平行边坡向的双冷峰的叠加影响，造成坝后山体岩石中力流场与渗漏场的复杂劣变。
3.2.4.3 水力学特性的恶化与岩体被溃屈冲毁
在大坝建设中，由于岩体的吸浆量小而终止帷幕灌浆。所以在建成蓄水的初期，左岸上下游间的水力梯度i值，因岩体渗透性很小，故i=h/L<1，约为i=30/(15+6+15)=0.83。受坝基前水平拉应力作用与库水的楔入，使坝基前产生的张缝可达15m深，形成30+15=45m的全静水压力。在库底地层低温冷锋水平向影响下，坝基以下近8m多岩体因冷缩而产生裂隙扩张，形成近层带状的透水含水层，并呈现一定的扬压力，此时的i=45/(36-15-6)=3。由于基础以下岩体受全静水压的水平推挤作用，暖季可使坝后山体中裂隙受压密使透水性变弱。但因初冬长期阴雨形成冷锋对山体的笼罩，使岩体产生冷缩与裂缝扩张，并藉气水向下扩展，与侧向的冷锋所形成的影响搭接，沟通了渗水通道。极大的增加了i值。在冷缩拉张，张裂能在裂隙扩张延伸过程中不断释放与产生波子力，可形成冲击力与水的扬压力，使山体中呈块体搭接的岩石松散。在近30m的全静水压条件下，可形成30多米速度的水流。酿成左岸近坝的岩体与坝基岩层，遭受爆发式冲毁与大坝溃决。
这一形成机理，是运用匿能所形成的影响，依据匿动力演绎所作的工程解。它包容了所有专家的有益见解，是对法国委员会报告修正性补充。
大坝右岸下游20多米处有泉水泄出点，这对减少右岸的坝后扬压力很有利，对右岸坝基与坝体稳定有较大的作用。所以委员会认为:大坝上游面下必须设置防渗帷幕，切断渗透水至建筑物下面的通道。由于帷幕不是绝对不透水的，必须在大坝下游基础内设置水平和垂直排水设施，如果这些设施还不够。则必须对下游的基岩进行锚固。在所有场合，紧靠大坝下的岩石和下游岩体的稳定性，与大坝本身一样，同样应是仔细计算的对象，这是一条非常重要的经典经验总结。从本节的形成机理分析中，可以得到最好的论证。
