先期震动对土石坝地震永久变形的影响研究

针对经历了5.12汶川大地震的紫坪铺面板堆石坝工程,进行了坝料的大型动三轴试验,研究了先期振动对坝料残余应变的影响。在此基础上,采用基于3维非线性动力反应的地震永久变形计算方法,进行了紫坪铺面板坝地震永久变形的计算,重点分析了先期震动对坝体地震永久变形的影响。结果表明,如果考虑先期已遭受强震作用影响,大坝的地震残余变形明显减小。     

强震区高面板堆石坝抗震安全性评价

针对西部强震区高面板堆石坝,在三维非线性动力有限元分析基础上分析评价了面板堆石坝的加速度和应力反应、面板的应力及接缝变形、坝体地震残余变形、坝体单元抗震安全性、坝坡的抗震稳定性,对大坝的抗震安全性进行了综合评价。所提出的抗震安全性评价方法以及有关规律和结论可供工程建设参考。     

苗家坝面板堆石坝材料动力特性试验研究

在清华大学2 000 kN大型静/动三轴试验机上进行了苗家坝水电站砼面板堆石坝筑坝材料的大型三轴动力特性试验,包括动剪切模量与阻尼比试验、动残余变形特性试验、动强度试验等。基于试验结果分析了坝料的动力变形规律,为该工程的应力变形计算和设计施工提供了试验依据。     

特殊地形条件下面板堆石坝的动力反应特性及抗震能力研究

受地形地质条件所限,抽水蓄能电站上水库的面板堆石坝工程通常不得不修筑在山腰、山坡等地形条件复杂的区域,特殊地形条件对面板堆石坝抗震安全性能的影响如何是值得关心的问题。采用基于ABAQUS的UMAT子程序二次开发的等价黏弹性模型,研究了此类特殊地形条件下面板堆石坝的动力反应特性,提出应该从防渗系统的安全性、坝坡动力稳定性以及地震最大残余变形三个方面综合评价大坝的极限抗震能力,研究了此类特殊地形条件下面板堆石坝的地震破坏模式。研究结果表明:大坝在地震荷载作用下的动加速度,动位移,动应力等动反应值均较小,坝体竖向最大残余变形值小于坝高的1%,大坝具有较强的抗震能力;大坝沿顺河方向的最大动位移出现在坝高3/4靠近下游侧的坝坡处,倾斜的坝基地形会影响大坝的动力反应特性;倾斜坝基地形条件下大坝的破坏模式以防渗系统破坏和下游坝坡失稳为主,其极限抗震能力为0.50 g~0.58 g。     

坝料流变对高面板堆石坝的应力变形影响研究

在高应力状态下坝料的流变较为明显。为研究坝料流变对混凝土面板坝应力变形的影响,采用长科院九参数幂级数流变模型及其试验参数,对某高混凝土面板堆石坝进行应力、变形分析。结果表明,坝料流变使坝体变形明显增加,坝体应力有所减小。考虑坝料的流变特性后的面板法向位移(挠度)明显增加,面板坝轴向和顺坡向应力极值增加。对于分期浇筑面板和分期蓄水的高混凝土面板堆石坝,选用合适的流变本构模型正确地模拟堆石体的流变特性,可以为大坝填筑进度及面板分期浇筑时间的确定提供参考,并有助于正确地预测大坝的应力变形。     

基于地震时程分析的尾矿坝稳定性评价

采用永久变形分析和地震时程分析相结合的综合研究方法,开展某大型现场尾矿坝的稳定性评价。依据尾矿坝场地地震安全性评价结果,确定50年超越概率10%、5%的荷载时程输入曲线;采用修正UBCSAND模型进行隐式非线性分析;采用粘性输入边界,解决动力荷载时程较长时引起计算不收敛的问题;进行尾矿坝的三阶振型特征周期计算;进行基本烈度下永久变形分析,剖析不同坝体标高的变形特征;绘制位移云图并剖析位移变化特征;采用时程+SRM法,计算绘制50年超越概率10%和5%的安全系数时程曲线。根据永久变形和稳定性系数计算结果,综合判定尾矿坝稳定状态,据此对现场尾矿坝提出加固建议。建立的研究方法和成果可为大型尾矿坝稳定性评价工程提供参考。     

深厚库底回填料上面板堆石坝动力反应分析

深厚库底回填料是影响面板堆石坝动力响应的重要因素之一。为深入研究深厚库底回填料对面板堆石坝动力响应的影响,基于某拟建抽水蓄能电站,采用三维动力有限元分析系统研究其上库面板坝的地震反应,主要包括坝体加速度、面板动力响应、接缝变位情况以及库底防渗土工膜的动应变等。计算结果表明:由于库底回填料的存在,坝体加速度放大效应被明显削弱;面板周边以受拉为主,中部大部分区域受压;垂直缝呈现出周边张开、中间闭合的趋势;土工膜的顺河向和坝轴向的动拉应变皆小于屈服应变,最大应变出现在库底材料分界处,为提高坝体渗透安全性,建议对主堆石区与连接板相接处的回填料进行适当范围换填的处理措施。研究成果可以为类似工程提供参考。     

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。     

地震波斜入射对高面板坝地震反应的影响

为研究地震波斜入射对高面板坝地震反应的影响,根据地震波动入射理论,采用FORTRAN进行波动荷载的编程计算,并与大型通用有限元软件ADINA相结合,实现基于黏弹性人工边界的地震波斜入射,研究P波和SV波分别以不同角度入射对高面板堆石坝地震反应的影响。结果表明,地震波斜入射时大坝地震动反应与垂直入射时明显不同,常规垂直入射的结果偏于不安全,因此在高面板坝地震反应分析和抗震设计中应考虑地震波斜入射的影响。     

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。