堆石坝地震响应和地基液化分析

利用冶勒大坝已经获得的强震监测资料进行大坝坝体及覆盖层动力参数反演,采用三维非线性有限元动力分析方法,分析冶勒大坝在其已经遭遇的最大地震,即4级地震作用下的坝体动力加速度状况,并根据计算结果判别坝基覆盖层的液化情况,进而对冶勒大坝在所遭受的4级地震下的抗震安全性作出评价。其中坝体堆石料及覆盖层砂粒料静力计算时采用邓肯E-B模型,动力计算是采用Hardin模型,地震响应分析采用等价线性法。     

Arching within hydraulic fill stopes

Arching is a well known phenomenon, which effects stress developments which were investigated and compared using analytical and numerical solutions. Marston’s (1930) solution was extended to a generalised 3-dimensional rectangular stope and later modified for square and circular stopes for comparison with FLAC results. Aubertin et al. (2003) & Li et al. (2003) models were improved significantly by placing the backfill within narrow stopes as lifts or layers in numerical modelling where the normal stress variation with depth were found to be more realistic. The FLAC results were compared with analytical solutions which were developed by previous researchers and modified by the authors to evaluate the arching effects in backfilled placed in narrow and circular stopes. It appeared from the investigation herein that δ = 0.67 ϕ and K = K _o condition gives a very close match with the numerical model solutions obtained from FLAC. Many laboratory tests were conducted to find out friction angles for four Australian mines, which were between 30 and 49 degrees.     

基于变形的土石坝地震风险分析

土石坝抗震安全的设计一般立足于预防结构的倒塌,如何使土石坝结构地震破损控制在可接受的风险水平是一个值得研究的重要课题。应用地震风险分析理论,建立了土石坝地震风险分析方法,包括地震危险性分析、地震易损性分析和地震灾害损失评估3个方面。在场地地震危险性分析基础上,将基于性能的抗震设计思想应用于土石坝结构地震易损性分析中,以土石坝坝顶相对沉陷为评价指标,划分土石坝震损等级,最后结合地震经济损失分析,建立了土石坝地震风险计算模型,在技术和经济上对土石坝地震破损风险进行分析计算。以某高土石坝为例,用该模型对大坝的震害和经济损失进行了预测分析,其结论可为土石坝安全评价及投资决策等提供依据。     

结构性吹填土剪切破坏的微结构效应

室内压缩试验、剪切试验和灵敏度试验分析表明吹填土的微观结构对其力学性质有很大的影响,是一种强结构性土。通过对剪切试验过程土样微观SEM照片进行微结构定量分析,探讨了孔隙和结构单元体微结构参数与轴向应变之间的关系。最后,对结构性吹填土剪切破坏的微结构效应进行了简要分析。结果表明,吹填土的剪切过程经历了孔隙气体压缩-水分运移、团粒散裂-颗粒滑移明显-结构破坏和新结构形成三个阶段。     

尾矿堆积坝透镜体分布状态研究

尾矿堆积坝中尾砂透镜体具有复杂的分布状态，对坝体的稳定状况有极大影响。根据工程地质勘察所揭露出的透镜体长度信息，定义了一个分布系数米描述透镜体分布状态，并对德兴铜矿2^#尾矿坝、永平铜矿1^#尾矿坝、安徽某铜矿尾矿坝及银山铅锌矿尾矿坝主剖面进行了分析。结果表明，分布系数能较好地反映出尾矿堆积坝的沉积状况，即分布系数值越大，尾矿坝的沉积状况越好：分布系数与尾矿土的不均匀系数成正相关，与粉砂不均匀系数有定量的关系。这些结果对尾矿坝工程地质勘察资料的分析及尾砂沉积规律的认识可能会有重要意义。     

A simple solution for drainage through a 2-dimensional hydraulic fill stope

Inadequate drainage has been attributed as the major cause of failure of several hydraulic fill stopes that have claimed lives. Therefore it is necessary to be able to predict the pore water pressure developments and flow rates throughout the filling operation. There are computer programmes that can simulate the hydraulic filling of a mine stope and enable computations of the pore water pressures, flow rates and hydraulic gradients at any time. This paper presents a simple analytical solution for estimating the maximum pore water pressure within the stope, flow rate and the hydraulic gradients at the entry and exit. The proposed solutions are verified against solutions derived from FLAC, a finite difference software, and the agreement is found to be excellent. A simple equation for the hydraulic gradient at the top of the stope, as a function of the height of water within the fill, is also presented.     

结构性吹填土压缩变形微观机理试验

吹填土是一种人造土,具有大孔隙比、压缩性强、低强度等特点,其微观结构对土的力学性质有很大的影响,是一种强结构性土。通过分析不同轴向应力下压缩土样的微观SEM照片,探讨了孔隙微结构参数与轴向应力之间的关系,得出在吹填土压缩变形过程中存在屈服应力。在所受应力大于和小于屈服应力时,吹填土的压缩性存在差异,其微观表现为微结构参数在压缩过程中产生了突变,其根源是在压缩变形过程中,吹填土的微观结构产生了破坏。简要分析了结构性吹填土压缩变形微观机理。结果表明,吹填土的压缩过程分为孔隙中气体的压缩与水份的运移、团粒的相对滑移和结构破坏与新结构形成3个阶段。     

Combined analysis of electrical resistivity and geotechnical SPT blow counts for the safety assessment of fill dam

Electrical resistivity survey and the geotechnical SPT blow counts (N value) method were simultaneously analyzed to investigate the stability of a center-core type earth-fill dam against the seepage phenomenon. The coupling of these heterogeneous field methods provided a chance to understand the status of underground material by comparing the geophysical and geotechnical view. The analysis shows that the zones with low resistivity value generally have low N value, which means low stiffness. However, some zones with a high resistivity pattern are not accompanied by an increase of its N value, and are even showing a lower N value. These results imply that one should be careful to directly correlate resistivity value with the real status of the core material of a fill dam. And a highly resistive zone may be in poor status due to the effect of increase of resistivity value as a result of the piping condition. Additional laboratory tests show that there is a deficiency of fine soil particles believed as the clay at the troubled region, which means an increase in resistivity value. Therefore, multiple explorations should be planned to reduce the uncertainty in application of geophysical methods to dam safety evaluation in order to compensate the resistivity information of core material.     

Quantitative dam break analysis on a reservoir earth dam

Mathematical simulations on dam break or failure using BOSS DAMBRK hydrodynamic flood routing dam break model were carried out to determine the extent of flooding downstream, flood travel times, flood water velocities and impacts on downstream affected residences, properties and environmental sensitive areas due to floodwaters released by failure of the dam structure. Computer simulations for one of the worse case scenarios on dam failure using BOSS DAMBRK software accounted for dam failure, storage effects, floodplains, over bank flow and flood wave attenuation. The simulated results reviewed a maximum flow velocity of 2.40 m/s with a discharge of approximately 242 mз /s occurred at 1.00 km downstream. The maximum discharge increased from 244 m³/s (flow velocity = 1.74 m/s occurred at 8^th. km) to 263 m³/s (flow velocity = 1.37 m/s occurred at 12^th. km); about a 39% drop in flow velocity over a distance of 4.00 km downstream. If the entire dam gives way instantly, some spots stretching from 0.00 km (at dam site) to approximately 3.40 km downstream of the dam may be categorized as “danger zone”, while downstream hazard and economic loss beyond 3.40 km downstream can be classified as “low” or “minimal” zones.     

尾矿坝地震反应的拟静力稳定分析

《水工建筑物抗震设计规范》[1] 所建议的拟静力分析属于毕肖普总应力分析方法,由于没有考虑静态与动态条间孔隙水压力的影响,计算结果偏于不安全。根据渗流场的分析结果得到静态孔隙水压力分布,依据动力液化分析确定动态孔隙水压力增量,并应用于条间水压力分析之中,提出了拟静力分析的改进有效应力分析方法,应用于某一尾矿坝动力稳定分析中得到了较为满意的计算结果。     

考虑桩-土作用的高速列车-桥梁地震响应分析

基于空间梁单元有限元法,建立了两种高速铁路多跨简支梁桥的全桥空间分析模型,一种是包括桩基的列车-桥梁模型,给出成层土的动力阻抗,采用改进的Penzien模型模拟桩-土作用;一种是不考虑桩-土作用的墩底固结的列车-桥梁模型;分析了两种模型的自振特性,计算了两种模型在不同车速、墩高、地震强度、不同地震波等工况下的地震反应。计算结果表明,桥梁横向位移、加速度主要受到低频成分的影响,这部分频率与其底部地震波相互反馈,改变了地基运动的频谱组成,使接近于桥梁结构自振频率的分量获得加强,考虑桩-土作用后,横向位移/加速度增加较大;桥梁竖向振动频率受桩-土作用影响较小,随墩高和车速的增加梁体竖向位移增加不大,梁体竖向加速度受高频成分的影响较大,这些高频主要由车辆荷载和轨道不平顺引起。     

不同埋置深度的山岭隧道地震响应分析

根据大量震害资料的调查分析发现,地下结构埋置深度对其地震破坏程度影响很大。通过有限元方法计算8种不同埋置深度条件下的山岭隧道地震响应,并对计算模型的地震输入方法进行了验证,证明地震波输入处理方式的合理性。讨论埋深对结构动力响应的影响,提取衬砌关键节点的竖直向和水平向加速度、位移峰值,分析随着埋深的增大,加速度和位移峰值的变化情况,并以拱顶为例,计算每个埋深变化段的加速度和位移峰值变化率,得到了一定的规律性,如埋置深度从5 m增大到50 m,衬砌结构动力响应峰值大小下降较快。此外,还分析了埋深增大对衬砌结构内力峰值的影响。最后,提出在高烈度地震区修建隧道时其埋置深度尽可能不小于50 m,这为相关工程的修建提供了参考依据。     

土工织物与吹填土界面作用特性试验研究

筋-土界面强度参数是加筋结构设计和稳定分析的关键技术指标。拉拔试验能较好模拟现场加筋行为而得到广泛的应用。基于拉拔和直剪试验研究了拉拔（剪切）速率对筋-土界面特性和吹填砂强度特性的影响规律及机制,同时探讨了不同填料界面、筋材类型的加筋效果。结果表明：随着拉拔（剪切）速率的增大,吹填砂-筋材-吹填砂界面的抗剪强度下降明显,而软土-筋材-吹填砂界面以及砂本身强度则变化不大。从强度指标来看,拉拔速率增大,筋-砂界面强度的降低主要表现为似黏聚力的降低,筋-软土界面抗剪强度的增加表现为内摩擦角增大,剪切速率对吹填砂则基本无影响。筋-土界面特性受拉拔速率和正应力的共同影响,与筋材类型和填料特性有关。筋-土界面内摩擦角小于填料摩擦角,但在一定正应力下低速剪切时（如<0.53 mm/min）可获得高于填料的抗剪强度。宜根据似黏聚力大小合理选择摩擦参数进行加筋结构的设计与评价。     

城市垃圾填埋场的地震响应及稳定性分析

对典型构型填埋场的二维地震响应进行了详细计算,目的是考察不同强度地震动作用下填埋场的稳定性,评价影响填埋场稳定性的主要因素,及各因素之间的相对重要性。计算结果显示：（1）覆盖层的稳定性主要依赖于垃圾土的材料属性、填埋场高度、输入地震动的频谱特性、以及场地条件等参数;（2）衬垫层的稳定性取决于输入地震动的加速度峰值、卓越周期和填埋场的基本自振周期。     

覆盖层上土石坝非线性动力响应分析的地震波动输入方法

较多已建和待建的土石坝直接修筑于覆盖层上,合理描述土石坝与覆盖层之间的动力相互作用对大坝抗震安全评价至关重要。基于等效荷载和人工边界的地震波动输入方法能较好地反映出结构-地基之间的相互作用并得到了广泛应用。等效荷载和人工边界参数在均质线弹性地基条件下易于获得,而对于覆盖层地基,土体动力非线性特性给求解带来很大困难。鉴于此,首先根据覆盖层侧向边界的位移模式,发展了能高效、精确地获取多向地震动垂直入射时均质或成层覆盖层自由场非线性动力响应的简化模型;结合能动态实时获取地基材料参数的非线性人工边界,发展了一套覆盖层上土石坝非线性动力响应分析的地震波动输入方法。算例表明,发展的地震波动输入方法可大大减小计算网格量,并能较好地反映覆盖层对地震动频谱特性的影响且具有较高的精度。     

深厚砂质覆盖层土坝的弹塑性地震反应分析

由于可液化砂质土应力-应变特性模拟的复杂性及数值计算的不稳定性,深厚砂质覆盖层土坝的弹塑性地震反应分析是土坝抗震研究中的一个尚未完全解决的课题。采用u-p完全耦合的饱和多孔介质有限元分析方法和砂土多重机构弹塑性模型,对遭受M6.7级地震的国外某深厚砂质覆盖层土坝进行弹塑性地震反应分析,研究了坝体和地基的动力反应特性及其超静孔隙水压力产生、扩散和消散的变化规律。结果表明：计算得到的坝体加速度和永久变形与实测值存在一定的差异,但基本上反映了坝体加速度与永久变形的实际分布情况,从而说明采用的本构模型和计算方法具有一定的精度;由于坝体和坝基的超静孔隙水压力较小,且坝体永久变形不大,可以不对坝体和坝基进行加固处理;坝趾附近浅层地基的超静孔隙水压力较大,有可能发生液化,因此,须采取相应的抗液化加固措施。     

行波激励下防波堤地震动力响应分析

考虑到行波效应对防波堤地震动力响应的影响,建立了基于弹塑性本构的防波堤-地基系统三维有限元模型。分析中考虑了结构间的动态接触作用,并采用基于接触负载均衡的显式并行计算方法,解决了大规模非线性有限元问题的求解困难。计算给出了不同视波速下行波效应对防波堤挡浪墙沉降、防波堤残余变形以及挡浪墙截面弯矩的影响程度及规律。结果表明：挡浪墙震后沉降随视波速增大而增大,并逐步逼近一致激励响应;行波效应对防波堤残余变形模式几乎没有影响,行波激励与一直激励下所得的残余变形模式基本一致,横波地震动输入下引起的震后残余变形要大于纵波输入下的残余变形;多数情况下,行波激励下的挡浪墙弯矩会比相应的一致激励下的响应大。分析方法及结果为防波堤三维整体抗震设计提供了参考。     

栗西沟尾矿坝地震响应及液化分析

采用不排水有效应力法,利用Geo-slope软件,对金堆城栗西沟尾矿坝进行了地震响应的综合分析与液化计算。结果显示: a .栗西沟尾矿坝在静态条件下是稳定的; b .在7度地震条件下,尾矿坝的加速度反应较小,其放大倍数为2.204; c .栗西沟尾矿坝内动剪应力和动孔压绝大部分是随着地震历时的增加而逐渐增大; d .坝内孔压比都较小,抗液化安全系数较大,但局部液化区的存在,仍可能影响到整个坝体的安全性,应在液化区采取加固措施。     

考虑桩-土-结构相互作用的桥梁桩基地震反应有限元分析

地震荷载作用下桩-土-结构相互作用问题在桥梁抗震研究中越来越受到重视。本文结合工程实例,利用有限元仿真软件ADINA,建立桩-土-结构相互作用的有限元实体分析模型。选取三种时程波作为地震荷载,对在地震作用下桩-土-结构相互作用对桩的沉降位移,桩侧摩阻力和有效应力的影响进行了分析研究,对桩基设计提出了较为合理的建议。     

土石坝心墙水力劈裂分析

简要分析了水力劈裂的发生条件、力学机理。基于水压楔劈机理,利用有限元方法建立了一种水力劈裂的发生判定方法。该方法假定心墙预先存在局部渗透弱面（裂缝）,通过将裂缝位置的单元材料改为裂缝软材料,考虑库水进入裂缝后对裂缝周围土体的作用,建立水力劈裂分析的平面有限元模型,确定裂缝端部垂直于裂缝面的正应力,进而依据该正应力判断水力劈裂发生的可能性,该方法同时可模拟水力劈裂的发展过程。