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。     

基于液化流动模型的尾矿坝地震响应分析

针对传统等效线性法对尾矿坝地震响应分析结果与实际情况存在一定的出入的问题,通过振动台模型试验和数值计算结果比对验证数值计算方法的可行性,运用考虑液化后尾矿砂流动特性的孔压上升模型,基于完全非线性动力分析方法,对尾矿坝地震响应进行分析计算,通过对坝顶位移和加速度的监测结果进行分析,得出坝顶的加速度放大系数以及坝顶位移最大值;并由坝体水平方向位移云图、竖直方向位移云图及位移矢量图,判断可能发生局部滑坡的位置;对坝体内液化情况进行判定,得到尾矿坝的地震响应规律,为尾矿坝抗震设计提供一定的理论参考.     

上游型尾矿坝液化前后渗流场与孔压分布数值模拟

针对地震(或静力)液化作用对尾矿坝渗流场和孔压分布的影响进行研究,基于多孔介质渗流理论,考虑到尾矿坝渗流特性,编写分析程序SAFTD。根据程序假设的初始浸润面,通过调整浸润面处网格迭代求解最终浸润面的位置,选取一个经典算例验证程序的可靠性。针对典型的上游法尾矿库,采用SAFTD程序分析液化前后尾矿坝的渗流场与孔压分布特征。数值模拟结果表明,液化后尾矿坝的浸润面中间部分发生明显抬升,而在入渗点处和出渗点附近变化不大;液化后尾矿坝的孔压明显增加,坝体内部孔压增大约18%~280%,最大的孔压增量发生在初期坝的右下部,数值模拟结果与Ishihara对Mochikoshi 2号坝的分析结果相似。     

基于渗流-应力耦合分析的野鸡尾尾矿坝稳定性研究

基于渗流场与应力场耦合机理,对柿竹园野鸡尾尾矿坝进行稳定性研究。研究渗流-应力的耦合效应,提出了渗流-应力耦合以及渗流体积力计算的实施方案;建立二维的有限元渗流-应力耦合计算模型,分析了考虑耦合效应时的尾矿坝渗流场、位移场、应力场;最终分析了不同耦合关系对于渗流量、位移场、等效渗透集中力以及应力场的影响。研究结果表明：当前水力条件下,尾矿坝稳定性良好;尾矿坝主要受水平渗透力作用,初期坝坝顶、坝脚以及坝底等处应力集中;尾矿坝的渗流-应力作用不容忽视,不同的耦合关系对于x方向位移、渗透力的预测影响巨大;考虑渗流-应力耦合关系得到的主应力、剪应力以及竖向位移,比不考虑耦合效应时大。     

王家店水库混凝土重力坝爆破地震反应分析

通过两种途径分析了王家店水库重力坝在爆破时的地震效应。一是利用实测坝基地振动作为地面运动输入,对坝体进行了地震反应和爆破强度分析,包括具体的振动特性和动力反应。二是通过振动速度分析了坝体混凝土可能产生的最大应力,并与极限强度做了比较,给出了该混凝土重力坝爆破振动控制标准。最后讨论了重复爆破时对大坝可解产生的疲劳影响。上述分析结果表明:最大药量控制在300kg范围内,距大坝1700m处的爆破研究所进行的常年爆炸加工生产,对大坝是安全的,由重复爆炸对大坝引起的低周疲劳影响可忽略。     

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。     

马鞍石热电厂灰坝稳定性分析与地质灾害防治

为了对马鞍石热电厂灰坝工程做出安全性评价,对坝体在无渗水作用下可能发生的地质灾害进行了分析。选取坝体可能破坏的面进行理论计算,发现其安全系数值大于规范给定的数值,大坝是稳定的。经现场勘察及相应分析,该坝汇水面积较大,若不加整治,由强降雨引起的汇流雨水对坝体稳定造成一定的威胁,因此,提出了相应措施对大坝进行整治。     

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。     

基于多源遥感数据的山西省交口县某尾矿库堆载过程回溯与失稳模式分析

2022年3月17日,山西省交口县某铝矿尾矿库发生溃坝事故,造成较大经济损失。为了探究尾矿库溃坝的原因,基于多时相光学卫星立体像对数据和SBAS-InSAR等遥感技术,回溯分析该尾矿库的堆载过程、库容变化和坝体形变,并采用GeoStudio软件Slope/W模块评价溃坝前边坡的稳定性。结果表明:(1)该尾矿库于2019年9月前已堆积至最大库容,2021年12月前在2^#坝后方子库堆载至96万m³,超出设计库容4.8万m³,从而降低了坝体的稳定性;(2)溃坝物源主要来自2^#坝以上库区,在2^#坝与1^#坝之间以及1^#坝到沟口区域均主要以堆积为主;(3)该尾矿库溃坝属于典型的渗流场诱发尾矿坝失稳,尾矿加载导致其坝体边坡稳定性安全系数由1.125降至0.991,是该尾矿库溃坝的直接诱发因素。     

Numerical investigation of the response of the Yele rockfill dam during the 2008 Wenchuan earthquake

In this paper the seismic response of a well-documented Chinese rockfill dam, Yele dam, is simulated and investigated employing the dynamic hydro-mechanically (HM) coupled finite element (FE) method. The objective of the study is to firstly validate the numerical model for static and dynamic analyses of rockfill dams against the unique monitoring data on the Yele dam recorded before and during the Wenchuan earthquake. The initial stress state of the dynamic analysis is reproduced by simulating the geological history of the dam foundation, the dam construction and the reservoir impounding. Subsequently, the predicted seismic response of the Yele dam is analysed, in terms of the deformed shape, crest settlements and acceleration distribution pattern, in order to understand its seismic behaviour, assess its seismic safety and provide indication for the application of any potential reinforcement measures. The results show that the predicted seismic deformation of the Yele dam is in agreement with field observations that suggested that the dam operated safely during the Wenchuan earthquake. Finally, parametric studies are conducted to explore the impact of two factors on the seismic response of rockfill dams, i.e. the permeability of materials comprising the dam body and the vertical ground motion.     

无限元法在深覆盖层土石坝动力分析中的应用

以复杂地质条件的西藏高原地区旁多水电站实际工程为背景,探讨了有限元法与无限元法在深覆盖层悬挂式防渗墙土石坝结构非线性动力分析中的差异,分析和比较了无限元法和有限元法在西藏高原旁多水电站土石坝结构三维模型地震动响应的计算结果,验证了引入无限元法模拟西藏高原地区地基中复杂地质条件下的无限域或半无限域问题的可靠性和精确性。结果表明:在西藏高原地区复杂地质条件下,无限元法相比有限元法能量弥散现象较为明显。通过分析得到了西藏高原具有深覆盖层坝体结构地震动响应的规律性分析结果,为无限元法在西藏高原地区此类工程中的应用提供参考。     

爆破地震作用下桩-土-结构相互作用的数值模拟

土-结构动力相互作用是地震工程和结构抗震的重要研究内容,但目前对爆破地震作用下土-结构动力相互作用的研究较少。运用大型有限元软件ANSYS/LS-DYNA,建立了桩-土-结构相互作用体系的三维有限元模型,由桩尖输入实测爆破地震波,取得了良好的计算效果。计算结果表明：考虑桩-土-结构相互作用后,群桩基础中每个桩的位移、加速度和剪应力幅值均呈桩顶大、桩尖小的倒三角分布,桩与承台的接合部比较容易受到损坏;桩-土-结构相互作用体系在爆破地震波冲击后,还会发生几次振动,但是这些振动产生的影响要小于爆破地震产生的影响,这与实测结果相符合;爆破地震波冲击下,群桩基础中,角桩顶部表面的桩土接触压力较大,但在爆破地震波冲击后,中心桩顶部表面的桩土接触压力较大,且具有一定的周期性,直至衰减为零。     

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。     

波浪作用对单柱式桥墩地震反应特性的影响

以ABAQUS有限元软件为计算平台,建立了考虑波浪作用影响的单柱式桥墩-桩-土体系非线性地震反应分析二维有限元模型,土体以四节点实体单元离散,采用土体粘塑性记忆型嵌套面本构模型描述土的动力特性;桥墩以及桩以两节点梁单元离散,采用动塑性损伤模型描述混凝土的动力特性;根据Stokes五阶波浪理论,将基于Morison公式计算所得的波浪力以分布力的形式施加于桥墩之上,比较了静水条件下和考虑波浪作用时不同地震动激励下单柱式桥墩结构的地震反应特性,结果表明:波浪作用的影响使桥墩墩身相对墩底的位移反应、桥墩墩底的剪力和弯矩反应有较明显的增大,但对桥墩墩身加速度反应的影响可忽略不计,波浪作用影响的大小与输入地震动特性有关.在单柱式桥墩的抗震设计中考虑波浪作用的影响是必要的。     

城市地铁爆破开挖对浅埋地下大直径管道的安全影响研究

在城市浅埋地铁爆破开挖中,经常遇到地下管网、涵洞等构筑物,而爆破地震效应对其影响范围和程度的正确评价就显得尤为重要。本文以长沙地铁爆破开挖为例,以现场实测数据为基础,采用有限单元法,对爆破振动下大直径混凝土污水管道的动力响应、变形和动应力等进行了计算,评价了爆破地震对管道的安全影响。研究表明:管道在控制爆破作用下是偏于安全的;爆心距是影响管道受到爆炸作用力影响大小的最主要因素;对于以实测数据为基础,采用加速度激励的时程分析方法以爆破振动对埋地管道的影响进行评价,是一种可行且较为精确的方法。     

混凝土重力坝整体动力特性研究

结合金安桥混凝土重力坝工程的抗震性能研究,对大坝按整体模型和分缝模型分别进行了动力试验。试验中考虑了横缝和动水压力的影响,得到了整个坝体空库、满库时的空间动力特性。并对大坝进行了三维有限元动力分析,与模型试验结果进行了比较,两者符合得较好。     

土石坝振动台模型试验颗粒流数值模拟分析

目前一般采用振动台试验、离心振动台试验和有限元动力分析来获得土石坝在设计地震荷载作用下的形态和抗震性能。本文结合孔宪京等的土石坝振动台试验结果开展了颗粒流细观数值模拟研究,克服了传统连续介质力学的宏观连续性假设,形象而直观地表现出坝体在动力荷载作用下的破坏特征。数值模拟规律与振动台试验规律基本一致。同时还分析了坝体颗粒粘结强度和地震峰值加速度变化对坝体破坏特征的影响。数值结果表明,当颗粒间粘结强度较低时,表现为坝体表面颗粒的滑动破坏,粘结强度稍大时,会出现局部的小块颗粒团整体滑动破坏;随着峰值加速度的增大,坝顶沉降量在增大,坝体破坏特征不变。     

白杨河水库砼坝的地震动力分析

水坝抗震能力的评估在新疆具有重要的现实意义．采用有限单元法对白杨河砼坝的动力强度及稳定性进行了计算，结果表明地震时坝的破坏不取决于空库或是满库，而是与它们的周期有关；而且下游坝面遭到破坏的可能性大于上游坝面．在考虑水平及竖向地震荷载作用下，白杨河砼坝满足强度及稳定性要求。     

Probability density evolution method for seismic liquefaction performance analysis of earth dam

To investigate the seismic liquefaction performance of earth dams under earthquake loading, we present a new methodology for evaluating the seismic response of earth dams based on a performance‐based approach and a stochastic vibration method. This study assesses an earthfill dam located in a high‐intensity seismic region of eastern China. The seismic design levels and corresponding performance indexes are selected according to performance‐based criteria and dam seismic codes. Then, nonlinear constitutive models are used to derive an array of deterministic seismic responses of the earth dam by dynamic time series analysis based on a finite element model. Based on these responses, the stochastic seismic responses and dynamic reliability of the earth dam are obtained using the probability density evolution method. Finally, the seismic performance of the earth dam is assessed by the performance‐based and reliability criteria. Our results demonstrate the accuracy of the seismic response analysis of earth dams using the random vibration method. This new method of dynamic performance analysis of earth dams demonstrates that performance‐based criteria and reliability evaluation can provide more objective indices for decision‐making rather than using deterministic seismic acceleration time series as is the current normal practice. Copyright © 2016 John Wiley & Sons, Ltd.