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。     

加强高土石坝抗震研究的现实意义及工作展望

围绕西部大开发和南水北调战略的需要,对高土石坝抗震研究的现实意义和若干关键问题及研究现状进行了论述。并针对高土石坝震害资料获取与整理、坝料动力特性研究、多耦合非线性动力分析理论和方法、动力破损特征与地震灾害机理、地震安全评价与震害预测的基本理论、抗震设计及抗震措施、震灾机理和抗震理论的动力模型试验等研究提出了工作设想和展望,并提出了建立土石坝地震安全评价及防灾对策专家系统的基本思路。     

高土石坝震害与抗震措施评述

目前,我国西部地区正建或拟建一大批高土石坝,这些高坝都位于地震高烈度区,做好抗震设计非常重要。本文总结了地震荷载作用下土石坝常见的几种破坏形式,包括地震永久变形、滑坡失稳、液化、防渗体破坏、次生破坏;针对这些破坏形式,总结了地震高烈度区高土石坝的抗震措施,包括预留超高、坡脚压重、坝顶加固、抗液化措施、防渗体处理等;提出了现阶段高土石坝抗震的计算方法和抗震措施存在的缺点和不足,并对我国今后的高土石坝抗震稳定研究提出了建议。     

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。     

高土石坝极限抗震能力的评判角度及标准述评

汶川地震后,我国对设计高土石坝提出了分析评价其极限抗震能力的要求。目前全面深入的评价方法,是从坝坡稳定、地震残余变形、液化安全性和防渗混凝土结构应力状态等方面,运用数值分析和动力离心模型试验的方法,综合判定高土石坝的极限抗震能力,长河坝心墙堆石坝工程首次采用了此综合评价方法。然而此类评判目前没有统一的判定标准,探求其原因,认为是数值或物理模拟方法不能十分真实地模拟实际情况、分析方法细节和验证实例资料的局限性、研究者的经验认识不同等。从这些原因的位置探求一些减少标准差异的评价方法,如边坡稳定分析时,取滑块的最大厚度不小于5m;混凝土防渗墙的应力评判应细化到抗压强度和抗拉强度,并研究提出相应评判标准,依据新的评价方法建议了评价标准。     

基于改进的地震动态分布系数及修正D-P模型的高土石坝坝坡抗震稳定分析

采用有限元法研究高土石坝的地震加速度分布,提出高度为250m级的土石坝建议地震加速度动态分布系数图示。在此基础上,基于修正的Drucker-Prager弹塑性模型,利用强度折减法对高度为250m级的土石坝坝坡抗震稳定性作进一步分析,结果表明随着坝体地震加速度动态分布系数的降低,坝坡的临界安全系数有所提高。     

土石坝地震响应的非线性剪切条模型与对比分析

对一维剪切条计算模型进行改进,提出了土石坝非线性地震反应的简化计算方法。首先将坝体沿坝高离散为一系列的具有不同剪切刚度与阻尼比等参数特性的层状体系,建立了各层的振动控制方程及其边值条件,进而采用数学物理方程方法进行了求解,确定了体系的振动特性,并根据振型叠加原理和Duhamel积分确定了坝体地震反应的线弹性解。采用等价线性化方法考虑坝料的动力非线性性质,通过对线弹性地震响应的反复迭代计算,使得各层土的模量和阻尼比与其相应的剪应变水平相协调,确定出与非线性坝体系统相等效的线性解答,并将所得到的地震响应作为非线性地震响应的近似解。最后,以均质坝和心墙坝作为算例进行了具体的数值计算,将所得结果与有限元数值解进行对比分析,论证了所提方法的适用性和合理性。     

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。     

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。     

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。     

7级地震前地下流体前兆异常特征及判定指标的研究

为了跟踪新疆及邻近地区未来1～2年的7级震情,以中国地震局地下流体学科技术协调组2011年制定的评估标准,对新疆地震地下流体观测网进行了评估和给予了综合评价;采用评估后达到A、B类的观测点月均值资料,使用月均值平滑、趋势速率、相对变差、从属函数等方法,提取了新疆及邻近地区7组7级以上地震的地下流体前兆异常特征,总结和归纳了其大震判定指标.