混凝土挤压边墙技术是混凝土面板堆石坝上游坡面施工的新方法，可代替传统工艺中的超填、削坡、修整、斜坡碾压及坡面防护等工序加快了施工进度，保证和提高了施工质量。孙玉军等［１］对采用挤压边墙施工技术的公伯峡面板堆石坝挤压边墙混凝土性能及施工方法做了详细介绍；罗先启等［２］通过模拟挤压边墙实际形状，得知挤压边墙对改善面板的应力和变形有利；侯文峻等［３］发现挤压墙的存在对面板的应力分布有一定影响，但不会危及面板安全；张建民等［４］提出并论证了挤压边墙概化数值模型的合理性和实用性；陈洪天等［５］对挤压墙尺寸、混凝土性能要求及挤压墙对面板的影响等统计分析表明，挤压墙不是混凝土面板产生裂缝的主要原因，且其施工方法不会导致面板应力恶化；董坤明等［６］通过有限元分析，得出挤压边墙可改善面板的应力分布。已有研究对挤压边墙从结构、形式、几何模型等方面进行了深入分析，但未对挤压边墙混凝土参数及面板与挤压边墙间接触面参数变化对工程实际影响作出明确结论。鉴此，本文结合某面板堆石坝工程，采用非线性有限元法，计算分析有、无挤压边墙时坝体的应力变形，对比了３组挤压边墙混凝土参数和３种不同面板与挤压边墙间接触填料参数的敏感性，分析了挤压边墙对堆石体及面板应力和变形的影响，可为类似工程借鉴。
１·三维有限元模型建立
１．１　坝体简况
某水电站拦河大坝为混凝土面板堆石坝，最大坝高１７１．０ｍ，坝顶长３５５．０ｍ，上游坝坡为１．０∶１．４，下游综合坝坡１．０∶１．５。采用挤压边墙施工技术。大坝剖面图见图１。

１．２　计算模型及参数
堆石料按非线性材料考虑，采用邓肯—张Ｅ—Ｂ非线性弹性模型，模型参数采用室内三轴试验参数，具体见表１。

由于面板混凝土与挤压边墙混凝土力学性质差别较大，设置Ｇｏｏｄｍａｎ无厚度接触面单元模拟两种材料之间的相互作用来解决刚度差异较大的两种材料的位移不协调问题。为分析不同接触面材料对堆石体及面板应力变形的影响，选取３种不同的面板与挤压边墙接触面材料参数进行三维计算分析。具体参数见表２。

面板和挤压边墙混凝土按线弹性材料考虑，均采用线弹性模型。为了研究不同挤压边墙混凝土材料参数对坝体及面板的影响，对３组挤压边墙混凝土参数三维计算结果进行了对比分析。线弹性材料参数［７］见表３。

１．３　网格剖分
根据坝区地质条件和坝体分区特点，以河床典型剖面为基准，基于面板宽度及河谷形状，采用自动剖分程序将整个面板坝沿坝轴线剖分为３４个断面。挤压边墙划分时采用概化数值模型［４］，剖分后模型节点总数为６１０３个，单元总数５４７４个。无挤压边墙坝体模型，剖分后模型节点总数５７７０个，单元总数５１６２个。面板与挤压墙之间、挤压墙与垫层之间接触单元均采用无厚度单元。二维模型挤压边墙按其实际形状剖分，模型节点总数１５０３个，单元总数１７７５个。大坝网格剖分见图２。

１．４　荷载分级
考虑到坝体分层碾压填筑和堆石体的非线性特性，荷载采用分级加载方式，模拟坝体填筑上升和浇筑面板等施工过程及蓄水过程。按坝体施工填筑的先后次序分为２４级来模拟计算：第１～１１级，坝体填筑至高程２　７７０．０ｍ；第１２级，一期面板浇筑至２　７４５．０ｍ；第１３～２０级，坝体填筑至坝顶２　８５２．０ｍ；第２１～２２级，浇筑面板至坝顶；第２３级，模拟蓄水至高程２　８００．０ｍ；第２４级，模拟蓄水至正常蓄水位２　８５０．０ｍ。本文计算采用河海大学水利水电学院开发的土石坝静、动力数值计算ＴＳＤＡ程序。
２·结果与分析
２．１　二维计算结果分析
图３为满蓄期有、无挤压边墙的坝体应力与位移。由图可知：①坝体的应力与位移分布规律基本相同，坝体的应力与位移极值出现位置也一致。②无挤压边墙时。坝体主应力值相差很小；坝体最大竖直位移稍有减小，为１８９．０ｃｍ，水平位移也有所减小，最大为４８．８ｃｍ。③有挤压边墙时。坝体主应力等值线与坝坡基本平行，第一主应力最大值为３．２２ＭＰａ，在水压作用下，第三主应力等值线向上游靠近的趋势较明显，第三主应力最大值为１．３０ＭＰａ，均位于坝体底部；坝体最大竖直位移１９６．４ｃｍ，位于坝体中央２　７７０．０ｍ高程附近；由于次堆石参数较低，向下游的水平位移最大为５２．４ｃｍ。

２．２　三维计算结果分析
２．２．１　堆石体应力与变形分布
三维计算堆石体应力与变形分布规律与二维计算结果相似，但与二维计算结果相比，由于空间效应的影响，三维计算结果偏小。①有挤压边墙时。堆石体第一主应力最大为２．０７ＭＰａ，第三主应力最大为０．７５ ＭＰａ；坝体竖向最大位移为１６３．４ｃｍ，水平最大位移为３６．４ｃｍ。②无挤压边墙时。坝体第一主应力稍有增大，最大为２．０７ＭＰａ，第三主应力相差不大，最大为０．７４ＭＰａ；坝体竖直位移略有增加，最大竖直位移为１６６．８ｃｍ，相应水平位移略有减小，最大为３０．２ｃｍ。③受网格划分形状的影响，二维计算结果较三维稍有差异。但总的来说，挤压边墙的存在不会影响坝体的位移与应力分布规律，对坝体的位移与应力值影响亦很小。
２．２．２　面板的应力与变形
图４为蓄满期有、无挤压边墙计算的面板应力比较。由图可看出，有、无挤压边墙计算所得的面板应力分布规律基本相同。有挤压边墙时，顺坡向压应力极值有所增大，拉应力的范围略有减小；坝轴向应力分布基本一致，有挤压边墙的应力极值较小，说明挤压边墙的存在对面板应力有一定影响。

图５为满蓄期有、无挤压边墙计算的面板变形比较。由图可知，蓄水后，面板的变形分布规律较好，两者的面板挠度和坝轴向位移分布均基本一致，挠度值相差很小，有挤压边墙时面板的坝轴向位移有所减小，表明挤压边墙对面板挠度的影响不大，对面板的坝轴向位移有利。

３·挤压边墙混凝土参数敏感性分析
参照已有工程，以３组挤压边墙混凝土参数（表３）为例，面板与挤压边墙混凝土接触填料为３层沥青２层细砂。为反映大坝的应力变形，三维计算以该面板堆石坝桩号为０＋１９７．５典型断面为例，取不同参数后，计算所得面板的应力比较见图６（ａ）、（ｂ）。由图可看出：①面板应力分布规律相同。②挤压边墙第１组的顺坡向压应力最大，拉应力最小；挤压边墙第３组挤压边墙的顺坡向压应力最小，拉应力最大；挤压边墙第２组的面板应力，介于第１、第３组之间。③面板的坝轴向应力均有所减小。３组参数均属低参数，相应的挤压边墙不会成为面板的硬接触，因此挤压边墙对面板坝轴向应力无影响。

图６（ｃ）、（ｄ）为面板挠度及坝轴向位移规律。由图可知，挤压墙混凝土参数变化对面板的变形影响很小。
４·面板与挤压边墙间接触填料参数敏感性分析
为减小挤压边墙与面板的硬接触，常用的处理方案有：①方案１。喷涂一定厚度的乳化沥青；②方案２。喷涂乳化沥青与砂的聚合体；③方案３。铺设沥青油毡，具体见表２。
参考文献［７］中的接触面材料参数（表２），分析了３种方案下面板与挤压边墙间接触材料参数对坝体应力变形的敏感性。其中，挤压边墙混凝土参数均采用第２组参数。以面板堆石坝桩号为０＋１９７．５典型断面为例，取不同参数后，不同接触材料时面板应力的比较见图７（ａ）、（ｂ）。由图可知：①取不同接触材料时，面板的顺坡向应力、坝轴向应力分布规律基本一致；②方案３的面板顺坡向拉应力最小，方案１、２的面板应力相当；③方案３的面板坝轴向应力明显较方案１、２小，最大差值达２．０ＭＰａ。表明面板应力的变化反映在３种方案接触材料参数的变化上。
图７（ｃ）、（ｄ）为面板挠度及其坝轴向位移规律。由图可看出，接触填料参数变化对面板的挠度无影响；方案３坝轴向位移稍有增大，但增加值最大不超过１ｃｍ，说明接触填料参数变化对面板的变形影响不大。

综上可知，“三油两砂”和乳化沥青填料各参数指标较接近，相对而言，沥青油毡材料参数中的内摩擦角、切向劲度系数等均较小，其对面板的摩擦作用较小，面板的应力也最小。