1研究背景
复合土工膜因具有防渗效果好、重量轻、铺设方便、节省造价、缩短工期等优点，目前已在堤坝工程中得到了广泛应用[1-4].复合土工膜由土工膜与土工织物热压而成，实际工程中以两布一膜型式的复合土工膜居多，两边的土工织物可以保护土工膜免受刺破等危害，且较单一土工膜有更大的抗拉强度等优越性，更适合于水头较高的堤坝工程。
复合土工膜与防渗墙联合作为防渗体系容易在其联接部位处产生破裂而存在安全隐患。三峡工程二期深水围堰在拆除时曾发现防渗墙与复合土工膜搭接部位局部已经开裂[5].分析其主要原因是土工膜所在堰体与防渗墙之间存在较大的差异沉降，并且防渗墙的水平变形导致防渗墙与堰体之间产生较大的脱开，同时预留的复合土工膜收缩节部位并未发挥作用[6].因此，复合土工膜与防渗墙的接头部位是该防渗体系的薄弱环节，应在设计时予以注意。
某水电站上游围堰拟采用复合土工膜与塑性混凝土防渗墙的联合防渗体系，最大堰高约70 m,上下游最大水头差约150 m,河床砂卵石覆盖层厚度达70余m,具有深厚覆盖层、高水头、高堰体3个特点，防渗墙与堰体之间更易产生较大的差异变形，进而引起复合土工膜在接头部位产生破坏。目前国内外尚无已建的类似工程，对该围堰的土工膜与防渗墙联接型式进行深入研究具有重要的实际工程意义。本文重点研究防渗墙与堰体存在差异变形条件下复合土工膜与防渗墙联接部位膜的受力及变形规律，以及深厚覆盖层上高土石围堰的整体应力变形规律，避免复合土工膜因防渗墙与堰体的差异变形而产生破坏，同时确保围堰整个防渗体系的安全，为此类土工膜防渗工程的设计、施工和运行管理提供理论依据。
2工程概况
某水电站预可行性研究阶段设计推荐采用混凝土双曲拱坝，坝高235 m.根据方案比较，采用隧洞导流方案，上游土石围堰堰顶高程873.0 m,顶宽10 m,最大堰高72.0 m,河床高程在799.1 m以上，河床砂卵石覆盖层厚度达70余m.高程836 m以上均为干地碾压填筑而成，主要由石渣料、块石、砂砾石反滤料、黏土填筑而成。迎水面坡比为1 ∶ 2.0,背水面坡比为1 ∶ 1.75.围堰高程836 m以下为水下填筑部位。块石料抛投坡比1 ∶ 1.5,砂砾石料坡比1 ∶ 1.75,在迎水侧抛投厚5 m的块石防冲。
在上游围堰坡脚与大坝基坑覆盖层开挖开口线间预留宽50 m的平台，覆盖层内采用放坡的方式进行开挖。第Ⅲ层（ 原河床高程807 ~ 765 m） 开挖坡比1 ∶ 2,坡面设0.3 m厚的反滤层和0.5 m厚的干砌块石护坡，在高程765 m处设宽5 m的平台。平台以下第Ⅱ层及第Ⅰ层开挖坡比1 ∶ 2.25,坡面坡脚均设置浆砌石基座。开挖至基岩后，再在高程765 m以下的坡面铺设2层共厚0.5 m的反滤层，表面用厚1 m的块石保护。在坡脚基岩面上设置排水沟，将覆盖层内的渗水收集后及时排出。
围堰防渗采用混凝土防渗墙上接复合土工膜，防渗墙底部采用帷幕灌浆防渗。为便于在防渗墙施工的同时进行上部堰体的填筑，防渗墙上部防渗体为复合土工膜斜墙，复合土工膜为两布一膜结构（500 g /1.2 mm HDPE /500 g）。
3计算模型与方案
本文采用非线性有限元法开展复合土工膜与防渗墙联接形式的研究，分析两者间接头部位土工膜的受力与变形规律，以及整体土石围堰的应力变形规律。选取河床主断面进行二维（ 准三维） 平面应变有限元数值分析。围堰地基主要为覆盖层与基岩； 堰体主要采用石渣混合料、石渣填筑而成。围堰主断面及材料分区如图1所示。计算模型共剖分3 192个单元，6 556个节点，多数为8节点六面体单元，并采用了少数的6节点五面体单元过渡，如图2.复合土工膜是柔性抗拉材料，不具备抗压和抗弯特性，计算时通常采用薄膜单元来模拟其力学特性[7-8].
长江科学院在三峡二期围堰拆除调查工作中发现，防渗墙上、下游面普遍存在泥皮，其厚度一般为2 ~ 3 cm[9].计算中，必须考虑泥皮的塑性和徐变作用。因而，在计算模型的防渗墙两侧边设置了2 cm厚的泥皮单元。
整个围堰分2期施工，并在施工期间度汛。计算模拟施工的全过程，荷载分级按堰体填筑次序进行，采用24个加载级模拟整个施工过程，其中采用18个加载级模拟堰体的填筑，围堰蓄水与基坑开挖过程分6级，水位上升约6 m一级。每步加载又分若干个增量步，以反映材料非线性过程。具体施工过程为： 分级填筑截流戗堤→防渗施工→下游侧围堰分层施工填筑→防护结构施工→度汛→围堰分层施工填筑至堰顶高程→铺设土工膜，接头施工； 土工膜以上碎石土及相关结构施工围堰挡水→基坑抽水及边坡开挖。
为了研究土工膜与防渗墙联接形式对围堰应力变形的影响，设置了不同的土工膜铺设方案，分别为： 方案1,土工膜在防渗墙顶端平直铺设；方案2,土工膜在防渗墙顶端抬高2 m后铺设； 方案3,土工膜抬高至顶面后铺设，具体铺设方案见图3所示。
