高土石坝地震工况坝坡稳定安全系数研究

现行碾压土石坝设计规范（DL/T5395-2007）明确规定只适用于低于200 m土石坝,随着设计施工技术的发展对于超过200 m的高土石坝坝坡设计安全标准问题亟待解决。相对安全率理论把可靠指标和安全系数置于同一平台进行关联和映射。现行碾压土石坝设计规范规定的低于200 m的土石坝坝坡稳定允许可靠指标4.2。基于风险控制原则提出200~250 m高土石坝坝坡允许可靠指标取4.45,250~300 m高土石坝坝坡允许可靠指标取4.7,相应的地震工况高土石坝坝坡稳定安全系数1.35和1.4,高土石坝工程实例地震工况下坝坡稳定安全系数均满足所提安全系数标准值。     

高土石坝地震工况坝坡稳定安全系数研究

现行碾压土石坝设计规范（DL/T5395-2007）明确规定只适用于低于200 m土石坝,随着设计施工技术的发展对于超过200 m的高土石坝坝坡设计安全标准问题亟待解决。相对安全率理论把可靠指标和安全系数置于同一平台进行关联和映射。现行碾压土石坝设计规范规定的低于200 m的土石坝坝坡稳定允许可靠指标4.2。基于风险控制原则提出200~250 m高土石坝坝坡允许可靠指标取4.45,250~300 m高土石坝坝坡允许可靠指标取4.7,相应的地震工况高土石坝坝坡稳定安全系数1.35和1.4,高土石坝工程实例地震工况下坝坡稳定安全系数均满足所提安全系数标准值。     

加筋土石坝小型振动台模型试验分析

土石坝振动台模型试验是认识坝体地震破坏过程和检验抗震措施效果的重要手段之一。针对2种坝体材料,利用小型振动台,开展了一系列不同加载工况、不同加筋方式的土石坝小型振动台模型试验。试验结果表明：①2种坝体材料的初始破坏都首先从坝顶开始,表明坝顶是抗震的关键部位,与已有研究成果基本一致;②相同加载条件下,级配较差的碎石料模型坝的抗震性能优于砂砾石料,表明相对于级配,堆石料自身的性质对土石坝抗震性能的影响更大;③由细铁丝网和纱布组成并在坝坡采取包裹处理的复合加筋的抗震措施,抗震效果优于平铺纱布、平铺纱布且在坝坡包裹处理、平铺细铁丝网等的抗震措施。研究成果可供进一步开展土石坝大型振动台模型试验的材料选择、抗震措施设计等参考。     

汶川地震土石坝震损方向性问题研究

文章选取汶川地震中德阳、绵阳两市5个地区内165座水库大坝,对水坝走向、震损数量和震损率进行了统计分析。统计数据表明,汶川地震中多数危重震损的土石坝走向在280°~290,°这与该范围走向的土石坝总数有关,土石坝走向和平均震损率关系并不显著。而土石坝震损率大于50%地震灾区,土石坝走向多垂直或者平行于发震断层走向,土石坝震损率与大坝走向存在一定相关性。文中从汶川地震的震源机制,地震波加速度方向与坝轴夹角等方面分析了产生土石坝震损方向性的原因。     

倾斜挡土墙后粘性土的地震主动土压力分析

文中考虑水平地震加速度、竖向地震加速度、卓越周期和墙面倾角的因素,运用拟动力学的分析方法,得到了考虑时间和相位变化的粘性土地震主动土压力系数、土压力合力和土压力分布强度的理论公式。在此基础上,分析了水平和竖向地震加速度系数、内摩擦角、墙面摩擦角对最不利工况下滑动面倾角、主动土压力系数、主动土压力分布的影响。研究表明:地震主动土压力分布为非线性;地震加速度导致粘性土的主动土压力大幅增加,增加的程度随着地震水平加速度系数的增大而增加。     

考虑堆石料空间变异性的土石坝坝坡地震稳定性随机有限元分析

本文探讨了筑坝堆石料的空间变异性对土石坝坝坡动力稳定性的影响。以新疆某在建高面板堆石坝为例,在蒙特卡洛法的框架下,采用基于局部平均细分法的随机有限元法模拟考虑筑坝堆石料空间变异性时土石坝的地震响应及坝坡滑移情况,通过对比随机有限元法和常规确定性有限元法的计算结果,提出:在地震动作用下,考虑筑坝材料空间变异性时,坝坡滑动体的数量、规模以及滑移量和滑动历时都有不同程度的增大,因而坝坡整体危险程度显著高于不考虑材料空间变异性的情况。坝坡各项动力安全性指标对筑坝材料空间变异性非常敏感;因而,考虑筑坝材料空间变异性时,各项安全性指标的离散性较大。     

温控参数折减有限元法在拟静力土石坝坝坡稳定分析中的应用

土石坝的拟静力计算与温控参数折减有限元法相结合,对土石坝边坡稳定性进行有限元计算与分析。按《水工建筑物抗震设计规范》(SL203-97)的规定,依据坝高动态分布系数施加水平等效地震惯性力,然后用温控参数折减有限元法确定土石坝边坡的临界失稳状态及其所对应的安全系数。结果表明:采用此法进行拟静力土石坝边坡稳定分析与传统的Bishop法相比,计算结果相一致,且可以反映土石坝的应力、应变和整个边坡破坏发展过程。     

深厚覆盖层上心墙堆石坝强震动力响应分析

土石坝由于施工便捷、取材方便,是目前我国西部比较常见的一种坝型。但西部地区地震活动频繁且烈度较高,特别是一些土石坝坝基下存在深厚覆盖层,对土石坝的地震动力响应有重要影响。采用黏弹性模型-等效线性化方法对国内某拟建土石坝进行三维动力响应分析。考虑到实际土石坝坝体是不完全排水的,将根据经验公式得到的残余体变分成两部分,一部分转化为残余孔压,另一部分为产生的残余变形。根据有限元计算结果,分析在坝基深厚覆盖层影响下坝体残余变形、加速度响应、残余孔压等动力反应的特征和分布规律。计算结果符合一般规律,说明本文采用的计算方法适用于含深厚覆盖层心墙堆石坝的静动力分析。     

高土石坝地震动力响应特征弹塑性有限元分析

我国的高土石坝主要分布在水利水电资源最为丰富的西南地区,而这些地区多位于强震带,研究高土石坝地震作用下的动力响应特征对于大坝的设计和安全评价有着重要的意义。本文采用数值计算的方法来研究高心墙土石坝地震作用下的动力响应特征,采用理论构架更为完善的弹塑性模型-非线性方法进行高心墙土石坝二维和三维地震动力响应计算分析。通过和实际工程及传统粘弹性等效线性方法的对比分析,认为弹塑性分析方法能较好地反映土石坝在地震过程中的实时动力响应,在分布规律上比传统方法更为合理。     

高土石坝振动台模型试验理论、技术与应用

对土石坝振动台模型试验理论和技术进行系统阐述,提出基于原型和模型坝料静、动力特性试验的模型相似设计方法和不同强度地震动递进输入(白噪声微振-设计地震-校核地震-破坏试验)的振动试验方法。基于1g大型振动台和ng超重力离心机振动台设备性能现状,结合高土石坝的结构特点和动力试验相似模拟要求,对土石坝振动台模型试验的优势及局限进行深入讨论。结合已有的工程实践,对土石坝振动台模型试验在工程中的应用进行总结,并以某实际高面板堆石坝为例研究面板坝生命周期内经历多次地震情况下结构动力特性的演化规律。     

核电厂边坡地震影响系数研究

比较了不同行业抗震设计规范计算地震影响系数的方法,基于真时程动力分析法,通过设置人工透射边界,研究了典型核电厂边坡三量(位移、速度和加速度)动态放大系数取值,对比了各向同性和各向异性本构情形下的三量动态放大系数分布规律。研究表明:边坡三量增幅随坡高呈先增大后减小再增大的规律,各向异性边坡增幅大于各向同性边坡。当边坡高度超过100m后,边坡出现了三量动态放大系数瘿点,且各向异性边坡的瘿点多于各向同性边坡。计算获得的各向同性边坡动态放大系数取值区间为1.05～1.6,各向异性边坡的动态放大系数取值区间为1.6～2.7。研究成果可指导核电厂边坡的抗震设计,具有较好的应用价值。     

基于有限元法的土石坝除险加固渗流问题分析

土石坝坝体在坝前水位作用下极易产生渗流,为研究坝体加固对渗透水压的影响,针对具体水库实例,采用有限元法对除险加固前/后的坝体进行渗透坡降、单宽渗流量、准流网等计算,分析3种工况下的渗流过程,为土石坝的除险加固设计提供参考。结果表明:加固后上游坡各工况下的安全系数明显提高,其中单宽渗流量最大,可达0.636m~3/d,远大于规范允许值。     

已建成土坝的抗震能力复核

为了开发水利资源,全世界特别是我国已修建了大量土石坝。今后,包括在地震区仍会大量兴建此类工程。 随着地震科学的发展,对于已建土坝所在地区可能遭受的地震强度的现今认识,往往与建坝当时的估计有所差异;不少早年所建土坝甚至当年就该对地震设防的也没统防;近二十年来土石坝地震动力分析方法也有很多改进。因此,对已有土石坝的抗震能力进行复核,是保证水库合理、有效运营以及保证水库下游人民生命财产安全的一项非常重要的工程问题。     

层状非均质土坡抗震稳定性的变分解法

本文根据塑性极限平衡原理,在作者原有工作的基础上,进一步考虑土坡剖面及土料特性的层状分布与地震荷载沿坡高的非均匀变化等特征,运用变分法将层状土坡的稳定性计算简化成为带有层间约束条件的某一泛函变分驻值问题,进而求解与其相对应的边值方程,确定了地震条件下非均质土坡的临界破坏机制及其屈服加速度系数。最后结合具体数值计算结果分析了土料非均质性等因素对土坡极限抗震性能的影响。     

均质土坝非平稳随机地震反应分析

考虑地震荷载的随机性及强度、频率的非平稳性,基于作者提出的适用于非平稳随机过程的一般随机地震动模型,采用虚拟激励法,建立了非平稳随机地震反应分析方法,并将其应用于某实际均质土坝动力分析中。土石坝及坝基体系采用整体有限元离散,坝体和坝基材料的动力非线性性能以等效线性化方法考虑。首先,基于目标加速度时程的强度和能量信息,确定了作为输入的加速度时—频演变功率谱密度;其次,比较了确定性时程动力分析和非平稳随机分析的结果,探讨了频率非平稳随机地震激励下的土石坝地震反应特性;最后,比较了2种不同坝基条件下的土石坝非平稳随机地震反应,探讨了频率非平稳随机激励下的土石—坝基动力相互作用。分析结果表明：地震动的频率非平稳性对土石坝动力反应有一定影响;坝体—坝基动力相互作用在地震过程中的不同阶段表现有所不同,主震阶段的相互作用显著。     

超深厚覆盖层中深埋细粒土地震残余变形特性振动三轴试验研究

土石坝(超)深厚覆盖层地基中的深埋细粒土抗地震残余变形能力较差,尤其是在土层厚度较大时,覆盖层地基连同坝体在强震作用下可能会产生较大的地震沉陷。针对我国西部某大型土石坝工程,对超深厚覆盖层地基中深埋粉砂层土的地震残余变形特性进行三轴试验研究。研究表明:试验土料级配曲线与相应土层各钻孔平均级配曲线很接近,试验土料的颗粒级配对实际土层的颗粒组成特性具有代表性;试验土料的地震残余变形特性主要受土体密度、固结条件和围压力条件等控制,尤其是固结比对土体地震残余变形特性影响较大;各因素对土体残余体积变形特性和轴向变形特性的影响规律有所差异。     

西板岔沟尾矿坝静力和动力稳定性分析

采用西安理工大学研发的EFES3D程序,运用等价粘弹性模型的三维有效应力有限元法,对河南洛南西板岔沟尾矿坝进行了地震永久残余变形、液化分析和边坡稳定分析,求得残余变形、孔压水平分布场和边坡安全系数。计算得到的坝坡的静力稳定最小的安全系数Fs为1.9,地震反应结束时的动力边坡稳定安全系数为1.19。计算结果表明西板岔沟尾矿坝在静力状态及动力作用下都是稳定的。     

地震与海啸作用下重力式岸墙旋转位移拟静力分析

被动状态下位移预测是挡墙地震工程设计中的关键,而岸墙后回填土的孔隙水压力对墙体运动具有一定影响。采用拟静力法计算墙后部分浸水土体的被动动土压力,根据静力水压力理论近似计算土颗粒里的动水压力;同时考虑地震荷载和海啸力的作用,根据力矩极限平衡确定旋转门槛加速度系数,采用旋转块体方法计算岸墙被动旋转运动下的地震位移。探讨回填砂土内摩擦角、墙体与土间摩擦角、地震加速度系数、回填土地下水位、海啸波浪高度等参数对旋转位移的影响。     

汶川地震土石坝震害分析及三维弹塑性数值模拟

<正>汶川地震中土石坝震损数量大、分布广、险情重、险情种类多,震后土石坝的地震安全性问题受到了研究人员的普遍关注。土石坝的三维弹塑性地震反应分析一直是研究的热点和难点,本研究调查分析了汶川地震中土石坝的典型震害现象与破坏特征,选取了破坏严重的代表性土石坝,建立了计算模型,完成了土石坝的三维弹塑性地震反应分析,主要研究成果如下:(1)汶川地震中土石坝震害调查与分析。基于汶川地震水库大坝震害调查资料,建立了     

基于Bishop条分法的多点多向地震动作用下边坡稳定性分析

以人工合成的多点、多向地震加速度时程作为地震动输入,基于Bishop条分法推导了地震边坡稳定安全系数的表达公式。在此基础上,针对某一具体算例,分析了不同地震峰值加速度下的不同坡高边坡稳定安全系数的变化规律,并与单点、单向地震动输入的结果进行了对比。结果表明,对于本文给出的算例,在坡高与地震峰值加速度都相同的条件下,多点、多向地震作用下的边坡安全系数要大于单点、单向作用下的安全系数;当坡高小于30 m、地震峰值加速度小于0.1 g时,多点、多向地震动作用下的边坡安全系数与单点、单向相差不大;当坡高大于30 m、地震峰值加速度大于0.1 g时,多点、多向地震动作用下的边坡安全系数相对单点、单向要小36%以上,此时边坡稳定性评价必须考虑地震动的多点、多向特性。