为研究混凝土防渗墙主要承受水压力时的应力状况，我们结合山西册田水库土坝增建的防渗墙进行了应力分析研究［8］。由于这座土坝建成近30年，坝体变形已基本完成，因此建墙后墙体两侧因变形差产生的摩擦力很小，又因增建的防渗墙是自坝顶穿过坝体和坝基覆盖层插入基岩的，因此也不存在墙顶土压力，如图3-78所示，所以我们所研究的防渗墙的工作条件是典型的以水平荷载为主的情况。具体计算可参见文献［8］。

图3-78　0+920断面垂直防渗布置图

1.计算分析方法

为较全面研究各种因素对墙体应力的影响，我们共计算包括刚性混凝土防渗墙在内的3组14种情况，其计算参数如表3-51、表3-52所示。

表3-52是为了比较亚砂土、黏土、风化玄武岩和新鲜玄武岩不同K值对应力影响而设置的。

网格的划分如图3-79所示，除边角处采用少数三角形单元外，大部分是四边形单元。由于本项目研究主要对象是防渗墙，我们将0.8m厚的墙体分成0.25m、0.30m、0.25m厚的三排单元。总计划分为175个单元和199个节点。

2.计算结果及分析

计算结果见表3-53，图3-80～图3-83为应力沿墙高的分布。图3-84为防渗墙水平位移沿墙高的分布。

表3-51　有限元计算的邓肯·张参数

表3-52　计算参数分组

图3-79　有限元计算网格图(www.daowen.com)

表3-53　应力计算结果

图3-80　刚性混凝土防渗墙σy沿高度分布

图3-81　塑性混凝土防渗墙σy沿高度分布（第一种情况）

图3-82　塑性混凝土防渗墙σy沿高度分布（第二种情况）

图3-83　塑性混凝土防渗墙σy沿高度分布（第三种情况）

分析计算结果，可得结论如下：

（1）通过对墙体应力进行弯矩反算，发现刚性墙体应力主要由弯矩产生，亦即由水压力荷载引起，而在同样条件下塑性墙墙体主要由自重产生的轴向力引起。例如第三种情况下最不利断面（高程6.4m）处的应力，经计算，刚性墙轴向力引起的边缘最大应力σN=0.24MPa，弯矩引起的应力为σM=5.72MPa，两者之比为σM/σN=23.8，即断面应力主要由弯矩引起。而同一断面处塑性墙上述应力分别为σ'N=0.37MPa，=0.003MPa，/=0.006，即断面应力主要由轴向力引起。由此可以看出在以水压力荷载为主的条件下采用塑性混凝土防渗墙的安全性是刚性墙无法比拟的。

图3-84　防渗墙水平位移图

（2）由表3-53可以看出，刚性墙在所计算的三种情况下，其应力均较塑性墙大得多，其最大拉应力分别为4.34MPa、5.05MPa和3.687MPa，最大剪应力分别为2.24MPa、2.524MPa和1.83MPa，最大压力为5.48MPa、6.02MPa和4.174MPa，显然上述应力尤其是拉应力和剪应力都远远超过了刚性混凝土的极限强度，即此时采用刚性墙是不安全的。而塑性混凝土防渗墙在上述情况下，当K＜5000时，墙体内基本无拉应力，剪应力小于0.15MPa，最大压应力小于0.65MPa，即令K=10000，其最大拉应力只有0.34MPa和0.19MPa，最大剪应力为0.149MPa、0.321MPa和0.28MPa，最大压应力小于0.82t/m2。上述应力远小于刚性墙应力，约为刚性墙的1/6～1/20。从我们目前研究结果表明：设计出K＜5000且能满足强度安全要求的塑性混凝土是比较容易做到的。但要设计出能抵抗上述应力状况特别是拉应力和剪应力的刚性墙则是不大可能的。