孫開(kāi)暢，田 斌，孫志禹

（1.三峽大學(xué)水利與環(huán)境學(xué)院，湖北宜昌 443002；2.中國(guó)長(zhǎng)江三峽集團(tuán)科技環(huán)保部，湖北宜昌 443002）

高土石圍堰堰體材料力學(xué)特性及變形研究

孫開(kāi)暢1，田 斌1，孫志禹2

（1.三峽大學(xué)水利與環(huán)境學(xué)院，湖北宜昌 443002；2.中國(guó)長(zhǎng)江三峽集團(tuán)科技環(huán)保部，湖北宜昌 443002）

通過(guò)采樣試驗(yàn)獲取了三峽工程二期上游圍堰堰體結(jié)構(gòu)材料2種主要成分的力學(xué)特性和基本性質(zhì)，總結(jié)了其變形規(guī)律。根據(jù)試驗(yàn)成果和實(shí)測(cè)，提出了既可以描述材料的蠕變過(guò)程行為，又能描述材料應(yīng)力松弛特性而且符合大多數(shù)材料的粘彈性力學(xué)特性的三參量堰體材料流變本構(gòu)模型。基于Duncan E-μ模型，編制了有限元分析程序。根據(jù)圍堰運(yùn)行部分實(shí)測(cè)變形數(shù)據(jù)，計(jì)算了堰體及防滲墻的變形。通過(guò)計(jì)算可知，在汛期高水頭作用下，堰體及防滲墻結(jié)構(gòu)在一次荷載作用下的瞬時(shí)變形呈現(xiàn)以下的規(guī)律：堰體大部分單元的垂直位移均表現(xiàn)為沉降位移，只有少數(shù)單元在高水頭作用下出現(xiàn)向上的位移；防滲墻結(jié)構(gòu)變形與堰體結(jié)構(gòu)變形基本協(xié)調(diào)一致。這說(shuō)明圍堰結(jié)構(gòu)在高水頭作用下能夠安全運(yùn)行。

三峽工程；圍堰；Duncan E-μ本構(gòu)模型；三參數(shù)流變模型；變形

1 概 述

三峽工程二期圍堰是三峽大壩施工的屏障，其中上游圍堰設(shè)計(jì)防洪標(biāo)準(zhǔn)為百年一遇（洪峰流量83 700 m3／s），堰頂高程88.5 m；下游圍堰設(shè)計(jì)防洪標(biāo)準(zhǔn)為五十年一遇（洪峰流量79 000 m3／s）。上下游圍堰總填筑量1 032萬(wàn)m2，混凝土防滲墻83 450 m2。圍堰堰體及防滲墻，在基坑抽水時(shí)的最大工作水頭40余m的情況下，經(jīng)歷了汛期8次洪峰后，圍堰及防滲墻系統(tǒng)基本上仍處于正常運(yùn)行狀態(tài)，但在連續(xù)的基坑抽水，水頭差持續(xù)增大的情況下，堰體及防滲墻均有較大變形［1］。本文針對(duì)三峽工程二期圍堰防滲墻及堰體產(chǎn)生較大變形，對(duì)堰體和防滲墻等圍堰各組成部分的材料的力學(xué)特性和本構(gòu)關(guān)系進(jìn)行深入研究，根據(jù)實(shí)測(cè)資料反饋研究確定材料本構(gòu)模型，確立一個(gè)可以在高水頭作用條件下預(yù)測(cè)圍堰防滲墻及堰體的變形趨勢(shì)、安全運(yùn)行趨勢(shì)以及發(fā)生破壞的可能性的適用模型，為其他工程的復(fù)雜土石壩或高水頭土石圍堰的設(shè)計(jì)研究提供參考依據(jù)。

2 堰體材料力學(xué)特性及基本性質(zhì)

三峽二期圍堰堰體結(jié)構(gòu)材料主要由風(fēng)化砂和石碴料構(gòu)成。二期上游圍堰堰高近80 m，填方量總計(jì)近1 300萬(wàn)m3，其中水下方量達(dá)70%～80%，加之料場(chǎng)范圍大，用于填筑堰體的風(fēng)化砂材料工程性質(zhì)較差且差異性較大，下面分別對(duì)這2種材料的基本性質(zhì)及力學(xué)性質(zhì)進(jìn)行研究，并用實(shí)測(cè)資料對(duì)研究結(jié)論進(jìn)行分析。

2.1 風(fēng)化砂的力學(xué)及變形特性

風(fēng)化砂系三斗坪壩址兩岸的前震旦系閃云斜長(zhǎng)花崗巖風(fēng)化殼中的全、強(qiáng)風(fēng)化層，屬一般花崗巖風(fēng)化料。風(fēng)化砂的最大粒徑約20～40 mm，一般為10～20 mm，小于0.1 mm的粉粒含量在3%左右。風(fēng)化砂基本上為應(yīng)變硬化型材料，應(yīng)力應(yīng)變關(guān)系曲線的形狀與試樣起始干密度有關(guān)，經(jīng)多種試驗(yàn)得出風(fēng)化砂的變形特性有以下規(guī)律：

（1）風(fēng)化砂的模量（包括壓縮模量、初始切線模量以及彈性模量）隨風(fēng)化砂的密度提高而提高。

（2）初始切線模量E與圍壓σ3，壓縮模量Es與壓應(yīng)力P兩者之間，在雙對(duì)數(shù)坐標(biāo)系中可視為直線關(guān)系，且模量隨應(yīng)力提高而提高。

（3）飽和過(guò)程對(duì)彈模有影響，經(jīng)先非飽和狀態(tài)后飽和狀態(tài)的彈性模量試驗(yàn)表明，飽和狀態(tài)的彈模將降低10%～20%。

（4）風(fēng)化砂壓縮試驗(yàn)成果表明，風(fēng)化砂在上部填土荷載作用下將進(jìn)一步變密實(shí)。

2.2 石碴料的力學(xué)及變形特性

由于石碴料為花崗巖弱風(fēng)化層爆破開(kāi)挖料，其特性（風(fēng)化程度、級(jí)配、密度、顆粒形態(tài)等）與料場(chǎng)及爆破工藝關(guān)系密切，因此確定有代表性的石碴料有一定困難。經(jīng)過(guò)對(duì)平洞爆破開(kāi)挖料以及二期圍堰備料場(chǎng)粒徑小于400 mm的石碴料的普查，發(fā)現(xiàn)級(jí)配是基本相似的，不均勻系數(shù)約為4.4～5.1。經(jīng)擊實(shí)試驗(yàn)，石碴料的最大干密度為2.089 t／m3（單位體積擊實(shí)功為2 740 kJ／m3），石碴料的相對(duì)密度為2.77?？紤]到料場(chǎng)粒徑大于400 mm的粗顆粒較多，也進(jìn)行了不均勻系數(shù)為13.1的石碴料的力學(xué)特性試驗(yàn)，結(jié)果表明相應(yīng)的強(qiáng)度和變形指標(biāo)稍為大一些。

石碴料的強(qiáng)度包線基本符合庫(kù)侖的線性關(guān)系，但強(qiáng)度指標(biāo)與料的級(jí)配、風(fēng)化程度、起始密度及應(yīng)力狀態(tài)有關(guān)。因?yàn)槠矫鎽?yīng)變條件下的受力狀態(tài)更接近圍堰的實(shí)際情況，而三軸試驗(yàn)狀態(tài)下的指標(biāo)值要小于平面應(yīng)變的受力狀態(tài)的指標(biāo)值，因此，選擇三軸試驗(yàn)的強(qiáng)度指標(biāo)值作為設(shè)計(jì)指標(biāo)是安全的。

石碴料的應(yīng)力應(yīng)變關(guān)系與其級(jí)配及干密度有關(guān)，起始干密度較高（ρd＝1.97 t／m3）的石碴料具有一定的軟化特性，當(dāng)密度稍低時(shí)，石碴料仍表現(xiàn)為應(yīng)變硬化。在三軸條件下，ρd＝1.91～1.97 t／m3的石碴料，模量數(shù)K＝535～719。另外，直徑為500 mm的大型壓縮試驗(yàn)成果表明，石碴料在靜力作用下，其壓縮變形很小。

2.3 圍堰填料的應(yīng)力應(yīng)變關(guān)系

在圍堰材料試驗(yàn)成果的基礎(chǔ)上，加上粗粒料的平面應(yīng)變和三軸對(duì)比試驗(yàn)成果，認(rèn)為中主應(yīng)力對(duì)強(qiáng)度是有影響的，且影響程度與粗粒料密度、顆粒本身的強(qiáng)度及顆粒級(jí)配有關(guān)。試樣愈密實(shí)，顆粒強(qiáng)度愈高，級(jí)配愈好，中主應(yīng)力對(duì)粗顆粒強(qiáng)度的影響愈弱（流變分析程序中考慮了中應(yīng)力的影響）。三峽石碴的內(nèi)摩擦角（摩爾-庫(kù)侖準(zhǔn)則）平面應(yīng)變?cè)囼?yàn)與三軸試驗(yàn)指標(biāo)的差值在1.4°～5°之間，風(fēng)化砂在4.5°～7.6°之間。顯然，采用三軸試驗(yàn)資料進(jìn)行圍堰設(shè)計(jì)時(shí)，安全裕度是比較大的。

2.4 實(shí)測(cè)圍堰結(jié)構(gòu)的應(yīng)力應(yīng)變關(guān)系

據(jù)防滲墻內(nèi)部變形監(jiān)測(cè)成果表明：隨著時(shí)間的推移，其變形量呈緩慢增加的趨勢(shì)。從1998年汛后到1999年汛期前，其最大變形量增加約10 mm。對(duì)子堰監(jiān)測(cè)點(diǎn)和堰頂監(jiān)測(cè)點(diǎn)也進(jìn)行了同步觀測(cè)。監(jiān)測(cè)結(jié)果表明，測(cè)點(diǎn)的位移也隨著時(shí)間的推移而不斷發(fā)生變化。

混凝土防滲墻兩側(cè)混凝土和土體界面處埋設(shè)的土壓力計(jì)測(cè)試的結(jié)果表明應(yīng)力均處于壓應(yīng)力狀態(tài)，最大值約0.5 MPa，壓應(yīng)力值明顯地表現(xiàn)為下大上小。土壓力計(jì)測(cè)得的應(yīng)力變化情況是：應(yīng)力隨時(shí)間有較小程度的減小，但減小程度較低；同時(shí)應(yīng)力隨時(shí)間也出現(xiàn)一定的波動(dòng)現(xiàn)象。

因此，在圍堰堰體結(jié)構(gòu)的分析中，結(jié)合一定實(shí)測(cè)資料的前提下，考慮隨時(shí)間因素變化而變化的應(yīng)力應(yīng)變關(guān)系，對(duì)更清楚地認(rèn)識(shí)圍堰堰體結(jié)構(gòu)的工作機(jī)理是十分重要的。這種隨時(shí)間變化的本構(gòu)模型就是流變本構(gòu)模型。流變本構(gòu)模型能較準(zhǔn)確揭示堰體結(jié)構(gòu)的變形工作機(jī)理，符合堰體結(jié)構(gòu)的變形隨時(shí)間改變的實(shí)際工作狀態(tài)。

3 堰體材料流變本構(gòu)模型研究

3.1 流變模型概述

常見(jiàn)的流變本構(gòu)模型有粘彈性、粘塑性、粘彈塑性及彈粘塑性模型等，而粘彈性模型是認(rèn)識(shí)流變模型的基礎(chǔ)，最簡(jiǎn)單的粘彈性模型是由一個(gè)彈簧和一個(gè)阻尼器采用串聯(lián)或并聯(lián)方式組成，即Maxwell模型和Kelvin模型。Maxwell模型能體現(xiàn)松弛現(xiàn)象，但不表示蠕變，只有穩(wěn)態(tài)的流動(dòng)；Kelvin模型可以體現(xiàn)蠕變過(guò)程，卻不能表示應(yīng)力松弛。同時(shí)，他們反映的松弛或蠕變過(guò)程都只是時(shí)間的一個(gè)指數(shù)函數(shù)。因此在實(shí)際工程應(yīng)用中，必需采用另一種更為有效的模型［2，3］。

3.2 三參量的堰體材料流變本構(gòu)模型

為了克服Kelvin模型及Maxwell模型的應(yīng)用局限性，我們提出采用既能考慮蠕變，又能反映應(yīng)力松弛現(xiàn)象的三參量堰體材料流變本構(gòu)模型，其理論如下。

三參量固體模型由一個(gè)Kelvin模型和一個(gè)彈簧串聯(lián)而成。顯然模型的應(yīng)力σ和應(yīng)變?chǔ)趴梢杂迷⒘勘硎緸椋?/p>

對(duì)式（1）至式（3）作拉普拉斯變換則可得三參量固體的本構(gòu)關(guān)系方程σ＋p1σ＝q0ε＋q1ε，ε為應(yīng)變率，σ為應(yīng)力變化率?？紤]模型的蠕變行為，突加應(yīng)力σ（t）＝σ0H（t）的作用，將＝σ0／s和＝σ0代入拉普拉斯變換方程，記q0／q1≡1／τ1，將珔ε（s）反變換，得到：

或ε（t）＝σ0／［E1E2／（E1＋E2）］－／E1＝

式中τ1＝η1／E1。

公式（5）即是三參量固體的蠕變方程表達(dá)式，是彈簧和Kelvin兩模型的迭加。分析式（5）可以發(fā)現(xiàn)，三參量固體有瞬時(shí)彈性和平衡態(tài)的近似值：

同樣，為了討論應(yīng)力松弛現(xiàn)象，通過(guò)拉氏變換與反演，可求得應(yīng)力表達(dá)式。用E1，E2，η1描述q0，q1，p1，得應(yīng)力松弛過(guò)程的關(guān)系式如下：

式中，p1＝η1／（E1＋E2），是說(shuō)明材料松弛特性的參量。分析式（6）表明：t＝0＋時(shí)刻，σ（0＋）＝E2ε0，表示彈簧承受瞬時(shí)應(yīng)力；當(dāng)t→∞時(shí)σ（∞）＝E1E2ε0／（E1＋E2）＝E∞ε0為穩(wěn)態(tài)應(yīng)力。表明了應(yīng)力松弛并不是可以無(wú)限制的產(chǎn)生。當(dāng)時(shí)間達(dá)到某一程度后，可以認(rèn)為結(jié)構(gòu)的應(yīng)力將保持在某一恒定值，從而表現(xiàn)出固體的特性。

綜上所述，三參量模型符合大多數(shù)材料的粘彈性力學(xué)特性，故選用三參量本構(gòu)模型作為分析研究圍堰堰體結(jié)構(gòu)的應(yīng)力應(yīng)變關(guān)系的本構(gòu)模型。

4 堰體變形研究

在三峽工程二期圍堰高水頭作用下，研究圍堰堰體結(jié)構(gòu)在運(yùn)行過(guò)程中的受力狀況、應(yīng)力及變形，為圍堰結(jié)構(gòu)能否安全運(yùn)行提供有效的參考。

圍堰堰體結(jié)構(gòu)的分析采用了目前土石壩分析中采用較多的Duncan E-μ模型，并采用有限元分析方法對(duì)在高水頭荷載作用下的堰體結(jié)構(gòu)應(yīng)力和變形進(jìn)行了計(jì)算分析。由于防滲墻材料采用的塑性混凝土，具有強(qiáng)度較高而變形模量低的特點(diǎn)，且其密實(shí)不高，因此，對(duì)防滲墻的計(jì)算也采用了Duncan E-μ非線性模型，堰體和防滲墻之間設(shè)立Goodman接觸單元［4］。

圖1 材料分區(qū)圖Fig.1 Materials zoningmap

圖2 有限元計(jì)算網(wǎng)格圖Fig.2 Finite elementmeshes

4.1 計(jì)算模型

高水頭作用下堰體的應(yīng)力及變形計(jì)算模型采用Duncan E-μ模型。增量型的應(yīng)力應(yīng)變關(guān)系為

平面應(yīng)變條件下，上式改寫(xiě)為

本模型采用切線楊氏模量Et和切線泊松比νt2個(gè)參數(shù)，Et和νt則按下式計(jì)算：

式中：G，D，F(xiàn)分別為泊松比有關(guān)參數(shù)；S為剪應(yīng)力比；Rf為破壞比；Ei為初始切線模量。

4.2 計(jì)算條件

4.2.1 有限元計(jì)算網(wǎng)格剖分

根據(jù)三峽二期圍堰0＋500斷面圖，建立有限元計(jì)算模型，進(jìn)行有限元網(wǎng)格剖分。劃分節(jié)點(diǎn)598個(gè)，單元680個(gè)，單元形態(tài)以4節(jié)點(diǎn)等參單元為主，在部分不易劃分4節(jié)點(diǎn)單元的部位采用了少量的3節(jié)點(diǎn)常應(yīng)變單元。為了更好地了解墻體的受力與變形情況，把防滲墻劃分成三排單元。同時(shí)，由于墻體與基巖接觸處墻體的受力情況最為復(fù)雜，模擬了墻體嵌入基巖1 m的情況，并在墻體底部設(shè)置沉渣單元以與實(shí)際情況相吻合。計(jì)算分析斷面的材料分區(qū)見(jiàn)圖1，有限元的計(jì)算網(wǎng)格單元?jiǎng)澐忠?jiàn)圖2。

4.2.2 荷載條件

根據(jù)三峽工程二期圍堰自運(yùn)行期來(lái)的實(shí)際工作狀況可知，堰體在運(yùn)行期間的荷載條件（主要是堰體承擔(dān)的水頭）隨著時(shí)間的改變而不斷發(fā)生改變，而這種改變是一個(gè)十分復(fù)雜的過(guò)程，因此，要徹底地模擬這種荷載條件的變化過(guò)程是十分困難的。而計(jì)算分析的目的是要認(rèn)識(shí)圍堰結(jié)構(gòu)在最不利運(yùn)況下運(yùn)行的應(yīng)力和位移，為此，研究堰體高水頭作用下的變形及應(yīng)力時(shí)，荷載主要考慮堰體材料的自重荷載（分級(jí)加載）及1998年長(zhǎng)江特大洪水過(guò)洪期間實(shí)測(cè)的堰體內(nèi)浸潤(rùn)線下的水荷載（《長(zhǎng)江三峽水利樞紐大江截流及二期圍堰合同項(xiàng)目工程竣工驗(yàn)收安全監(jiān)測(cè)分析報(bào)告》，中國(guó)長(zhǎng)江三峽集團(tuán)公司安全監(jiān)測(cè)中心，1999.10）。

4.2.3 堰體材料計(jì)算參數(shù)

三峽工程二期圍堰在高水頭作用下的應(yīng)力及變形計(jì)算參數(shù)見(jiàn)表1。

表1 圍堰堰體材料計(jì)算參數(shù)Table1 Calculation parameters of the cofferdam materials

4.3 計(jì)算成果分析

根據(jù)上述計(jì)算條件，采用有限元程序進(jìn)行計(jì)算。堰體結(jié)構(gòu)的有限元計(jì)算結(jié)果見(jiàn)圖3至圖6。計(jì)算結(jié)果表明，在高水頭作用下，堰體及防滲墻結(jié)構(gòu)在一次荷載作用下的瞬時(shí)變形呈現(xiàn)以下的規(guī)律：

（1）堰體變形的主要趨勢(shì)向下游方向，最大水平位移和垂直位移均發(fā)生在2／3堰體高處，符合一般規(guī)律，其值分別位35.21，97.69 cm。堰體大部分單元的垂直位移均表現(xiàn)為沉降位移，只有少量單元在高水頭作用下出現(xiàn)向上的位移，經(jīng)監(jiān)測(cè)資料表明，沉降差并不對(duì)防滲墻的正常工作帶來(lái)不利影響。

（2）由圖5、圖6可知，上、下游防滲墻的水平與垂直位移沿高程分布具有相似的規(guī)律。上、下游防滲墻的垂直位移在防滲墻高2／3處達(dá)到最大值，分別為89.01，85.72 cm。上、下游防滲墻的水平位移最大值一般出現(xiàn)在防滲墻墻頂，分別為26.12，23.38 cm。由此可以看出防滲墻結(jié)構(gòu)變形與堰體結(jié)構(gòu)變形基本協(xié)調(diào)一致。

（3）上游墻前堰體的位移普遍大于下游墻后堰體的位移，主要原因在于孔隙水壓力產(chǎn)生的滲透壓力影響所致。

圖3 水平位移等值圖Fig.3 Horizontal displacement contour maps

圖4 垂直位移等值圖Fig.4 Vertical displacement contour maps

4.4 計(jì)算結(jié)果與實(shí)測(cè)變形資料分析

防滲墻體變形直接關(guān)系到圍堰堰體結(jié)構(gòu)的安全運(yùn)行和功能的正常發(fā)揮，因此研究堰體材料變形要與實(shí)測(cè)資料相結(jié)合。取61＃節(jié)點(diǎn)與實(shí)測(cè)資料進(jìn)行對(duì)比分析，對(duì)比結(jié)果如圖7所示。

結(jié)果表明：①節(jié)點(diǎn)水平位移、垂直位移的計(jì)算值與實(shí)測(cè)值具有近似的變化規(guī)律。②堰體本構(gòu)模型是一種理想化的本構(gòu)模型，計(jì)算值的規(guī)律性應(yīng)該是服從某一特定的指數(shù)曲線，因此與實(shí)測(cè)資料又不完全吻合，建議在將來(lái)深厚覆蓋層圍堰變形研究中進(jìn)一步完善。

圖5 上游防滲墻位移沿高程分布圖Fig.5 Displacement distribution of upstream cutoff wall along the elevation

圖6 下游防滲墻位移沿高程分布圖Fig.6 Disp lacement distribution of downstream cutoff wall along the elevation

圖7 61＃節(jié)點(diǎn)實(shí)測(cè)與計(jì)算位移比較圖Fig.7 Contrast of calculated and measured displacement of No.61 node

5 結(jié) 論

本文提出的三參量固體流變模型既可以描述材料的蠕變過(guò)程行為，又能描述材料應(yīng)力松弛特性，符合大多數(shù)材料的粘彈性力學(xué)特性，故選用三參量本構(gòu)模型分析研究圍堰堰體結(jié)構(gòu)的應(yīng)力應(yīng)變關(guān)系是適用的。該模型在三峽工程二期圍堰堰體材料的應(yīng)力應(yīng)變分析及預(yù)測(cè)中獲得到了良好的效果，也為類似的復(fù)雜土石壩或土石圍堰的設(shè)計(jì)研究提供了參考和依據(jù)。

通過(guò)本文的研究和計(jì)算分析可以看出，選擇Duncan E-μ模型用于高水頭下的圍堰堰體及防滲墻變形特性研究是合理的。以三峽工程二期圍堰為例進(jìn)行了有限元分析計(jì)算，計(jì)算結(jié)果和實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)都表明圍堰在高水頭作用下可以安全運(yùn)行，為類似的工程提供了參考。

［1］ 李青云，程展林.三峽工程二期圍堰運(yùn)行后的性狀分析［J］.巖土工程學(xué)報(bào)，2005，27（4）：410－413.（LI Qing-yun，CHENG Zhan-lin.Analysis of the Behaviour of StageⅡCofferdam of TGP［J］.Chinese Journal of Geotechnical Engineering，2005，27（4）：410－413.（in Chinese））

［2］ 殷德順，任俊娟，和成亮，等.一種新的巖土流變模型元件［J］.巖石力學(xué)與工程學(xué)報(bào)，2007，26（9）：1899－1903.（YIN De-shun，REN Jun-juan，HE Cheng-liang，et al.A New Rheological Model Element for Geomaterials［J］.Chinese Journal of Rock Mechanics and Engineer-ing，2007，26（9）：1899－1903.（in Chinese））

［3］ 李興照，黃茂松，王錄民.流變性軟黏土的彈黏塑性邊界面本構(gòu)模型［J］.巖石力學(xué)與工程學(xué)報(bào)，2007，26（7）：1393－1401.（LI Xing-zhao，HUANG Mao-song，WANG Lu-min.Bounding Surface Elasto-Viscoplastic Constitutive Model for Rheological Behaviors of Soft Clays［J］.Chinese Journal of Rock Mechanics and Engineer-ing，2007，26（7）：1393－1401.（in Chinese））

［4］ 蔣中明，顧正華，張新敏，等.三峽工程二期圍堰運(yùn)行期變形特性研究［J］.巖土力學(xué)，2007，28（4）：747－752.（JIANG Zhong-ming，GU Zheng-hua，ZHANG Xin-min，etal.Study on Deformation Character of Three Gor-ges Project＇s 2nd Phase Cofferdam During Its Operation Period［J］.Rock and Soil Mechanics，2007，28（4）：747－752.（in Chinese） ）

（編輯：曾小漢）

M echanical Character and Deformation of M aterial of Three Gorges Project’s Phase IICofferdam

SUN Kai-chang1，TIAN Bin1，SUN Zhi-yu2
（1.College of Hydraulic＆Environmental Engineering，China Three Gorges Univ.，Yichang 443002，China；2.Department of Science＆Environmental Protection，China Three Gorges Group.Yichang 443002，China）

Themechanical properties and features of two main components of the Three Gorges Project＇s Phase II cofferdam are obtained based on sampling and experiments and the deformation law is found.Based on the experi-mental results and measurement，the 3 parameters rheologicalmodel is put forward，which can describe notonly the behavior of creep，but also the feature of stress relaxation and that corresponding with the viscoelasticity ofmajority materials for the cofferdam material.The model meets the viscoelastic mechanical properties of most materials.Based on the Duncan E-μconstitutivemodel，the FEM analysis is programmed.According to themeasured deform-ation data of the cofferdam，the deformations of cofferdam and cutoff wall are calculated.The computation result shows that under the high head in flood season and once load，the instantaneous deformation has the following law：the vertical displacement ofmost cofferdam elements is settlement，only a few are upward displacement.The struc-tural deformation of the cutoffwall is consistentwith that of the cofferdam，which proves that the cofferdam can op-erate safely under high head.

Three Gorges Project；cofferdam；Duncan E-μconstitutivemodel；3 parameters rheologicalmodel；de-formation

TU433

A

1001－5485（2011）02－0060－05

2010-08-05

“十一五”國(guó)家科技支撐計(jì)劃課題（2008BAB29B02）

孫開(kāi)暢（1970-），女，吉林梨樹(shù)人，副教授，主要從事水利水電工程施工技術(shù)和施工安全研究，（電話）0717-6392318（電子信箱）sunkaichang＠gmail.com。