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。     

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。     

渗流与地震作用下铁矿尾矿坝稳定性分析

尾矿坝有别于传统的挡水坝体,其堆积材料具有松散性、非均匀性及填筑质量不可控性等特点,常常在地震、强降雨等不利因素作用下发生溃坝灾害,严重危及人民生命财产安全。合理评判尾矿坝坝体在不同工况下的稳定性状是科学防灾减灾的前提。本文以内蒙古包钢集团某铁矿尾矿坝为研究对象,通过现场勘察与室内外试验,初步评价尾矿坝堆积体的稳定性,获取稳定性分析所需的物理力学参数;考虑强降雨渗流及地震作用,分别采用Geo-studio及STAB土质边坡稳定性分析软件,基于极限平衡法进行天然工况、暴雨工况、地震工况及暴雨+地震工况下的稳定性计算;基于有限元强度折减法,采用ABAQUS软件针对上述工况进行尾矿坝体稳定性对比计算;综合分析了三种稳定性计算方法在潜在滑带识别及稳定性计算成果等方面的差异,建议了极限平衡法与有限元分析相结合的复杂工况下尾矿坝稳定性分析方法。分析结果表明:渗流与地震作用下某铁矿2#尾矿坝段处于欠稳定状态,其余坝段处于稳定状态,为该尾矿库溃坝危险性评价提供了科学依据。     

尾矿坝治理技术

尾矿坝在矿山环境的保护和治理中起到很大的作用，它主要应用于堆放和处理矿山生产所带来的废渣、废水等污染物质，而坝体浸润线过高会影响尾矿坝的稳定性。尾矿坝治理技术众多，重点介绍了管井法降水、垂直水平自流排渗法、水平自流排渗法、辐射井排渗法等。在结合实例讨论的基础上，综合分析了不同方法的优、缺点，并提出了其应用范围以及其在应用中应注意的技术问题。     

利用渗透试验浅谈尾矿坝稳定性

随着国内矿产资源大量开采和利用,在堆积尾矿废弃物时,尾矿库坝体的容积和高度在不断增加,对尾矿坝的稳定性有着很高的要求。因此,通过对矿区土样进行渗透试验,测定了不同干密度下的渗透系数,并探讨渗透试验在各种影响因素下对土体的渗透性的影响,以此判断其对坝体的稳定性。     

浅议上游法细粒尾矿堆坝问题

上游法细粒尾矿堆坝是尾矿处理技术遇到的难题之一。本文对细粒尾矿堆坝的不利条件进行了分析，通过和一般砂性尾矿堆坝条件的对比，讨论了二者在沉积滩形态、坝体剖面结构及土层力学性状等方面的差异对尾矿坝稳定性的影响。并就如何解决这一辣手问题提出了一些看法。     

某尾矿坝扩容抗滑稳定性分析

用瑞典圆弧法对某尾矿坝的抗滑稳定性进行了计算分析,得到了不同坝体高程和不同运行情况下尾矿坝的抗滑稳定性安全系数。结果表明浸润线对坝体稳定性的影响很大,当浸润线位置较高,坝体趋于饱和状态时,坝体稳定性降低很多。同时根据抗滑稳定性的计算分析结果,对尾矿坝的治理提出了一些建议。     

基于有限元极限平衡法的尾矿坝坝体稳定分析

在平面应变条件下,采用基于弹塑性应力应变分析的有限元极限平衡法对尾矿坝坝体的稳定性进行研究。该方法可较好地结合极限平衡分析方法和有限元应力分析方法的特点。通过弹塑性有限元分析,合理准确地考虑结构整体应力场的影响,进而结合Hooke-Jeeves法优化搜索最危险滑动面的位置及其对应的最小安全系数。以某尾矿坝实际工程为例,比较分析了考虑正常、洪水以及特殊工况运行下有限元极限平衡法与极限平衡条分法和有限元强度折减法在安全系数大小及滑动面形状和位置的差异,重点运用有限元极限平衡法对尾矿坝坝体的稳定性进行验算并作出安全评价,为尾矿坝的安全设计施工提供可靠依据和技术支撑。     

地震加速度动态分布及对高土石坝坝坡抗震稳定的影响

《水工建筑物抗震设计规范》（DL5073-1997）建议的土石坝地震加速度动态分布系数适合于150 m以下的土石坝,而前许多土石坝的设计高度已远大于150 m。与低坝相比,高坝受地基刚性的约束减弱,坝体的自振周期延长。在坝体地震反应中,高阶自振周期与地震卓越周期耦合的机率增大,高阶振型的振动易被激发放大,从而导致坝体地震加速度沿坝高的分布与低坝有所不同。据此,采用有限元法研究了高土石坝的加速度分布,提出了高于150 m土石坝的地震加速度动态分布系数图示。在此基础上,利用堆石材料的非线性强度准则,对高度超过150 m的土石坝坝坡抗震稳定性作了进一步的分析,得出随着坝体地震加速度动态分布系数的降低,坝坡临界破坏的安全系数有所提高。     

Parametric study using FEM for the stability of the RCC Tannur dam

Parametric study was carried out in this paper using the Finite Element Method (FEM) to study the effects of variations of the two parameters, i.e., variations in batter slope and foundation properties under static and dynamic loading conditions on the distribution of the peak stresses within the dam and foundation soils. The response spectra for the operating basis earthquake (OBE) and the maximum credible earthquake (MCE) were used in the dynamic analysis. It is shown that the distribution of peak stresses across base of dam and the extent of tensile zone on the foundation soils at the foundation level vary with the variations in the batter slope. Generally, as the batter slope increases the extent of the tensile zone at the foundation level decreases but not necessarily the maximum tensile stresses. However, an optimum batter slope could be achieved based on the results of this parametric study. It should be noted that the greatest tension is developed in the rock adjacent to the toe of the batter. For the foundation mechanical properties, it has been shown that the assessment of accurate soil mechanical properties has a great effect on the computed design stresses from finite element analysis. However, the greatest effect of the foundation properties was on the stresses at the base of dam while it has a negligible effect within the dam body.     

土石坝二维地震反应有限元计算的影响因素研究

用有限元法计算土石坝地震反应时,有限元模型的网格剖分、计算边界的处理是计算精度的主要影响因素,也是有限元法分析前处理的主要工作。基于河海大学岩土工程研究所开发的二维有限元土石坝计算程序,分析了网格剖分的形式、网格的合理尺寸、简单边界的计算取值范围对土石坝地震反应的影响。研究结果表明,在土石坝地震反应计算中,网格剖分的整体形式应该水平成层,网格尺寸以最大坝高的7 %～10 %为上限;在有覆盖层的土石坝工程中,简单边界的计算区域应包括覆盖层,并与覆盖层厚度有特定的关系。上述成果可使前处理过程更严谨、更易操作,可作为研究和实际工程计算的参考。     

地下岩体洞室群地震响应的加、卸载响应比分析

将加、卸载响应比理论引入地下岩体洞室群地震响应分析中。以输入的地震加速度作为加、卸载,以洞室围岩的加速度作为响应,合理地确定了加、卸载响应区段。通过有限差分程序FLAC3D建立了白鹤滩水电站13号机组剖面数值分析模型,选用汶川地震波进行动力时程计算,探讨地下岩体洞室群的地震动力稳定性,研究结果表明：在100年超越概率2%的地震作用下,白鹤滩水电站地下洞室群围岩响应比峰值范围在4.05～11.52之间;结合应力及位移分析,主厂房拱顶及层间错动带C4在尾调室上游边墙出露部位的围岩均进入了非线性变形状态,但响应比在整个时程中并没有趋于无穷大,围岩没有发生失稳破坏;错动带两侧的围岩产生了一定的相对位移,会对尾调室的边墙稳定性产生不利影响。该研究方法可应用于一般地下岩体结构的地震稳定性分析中。     

土石坝拟静力抗震稳定分析的强度折减有限元法

基于拟静力抗震设计概念,提出利用强度折减有限单元法分析土石坝的抗震稳定性,给出了两种确定地震惯性力的方法：（1）依据《水工建筑物抗震设计规范》[1],并结合有关土石坝动态分布系数计算了沿坝高分布的地震惯性力;（2）直接利用土石坝有限元地震动力反应分析得到的单元节点加速度反应,依据建议的方法确定坝体各单元节点的地震惯性力。将上述计算确定的地震惯性力与其他形式的外荷载共同作用到土石坝上,采用强度折减有限元法确定土石坝坝体的拟静力抗震安全系数。对于稳定渗流期,水位降落期等不同工况,或需要考虑振动孔隙水压力作用的饱和无黏性土填筑坝等不同计算条件,给出了使用折减强度有限元法分析坝体抗震稳定性的实现途径和方法。研究表明,有限元法对边界条件、复杂断面条件和材料分区及荷载组合均具有较强的适应能力,因此,使用有限元法分析土石坝抗震稳定性具有显著的优越性。     

心墙堆石坝渗透稳定可靠性分析的随机响应面法

将大规模渗流有限元计算与随机响应面法相结合,对双江口心墙堆石坝进行渗透稳定可靠性分析。在基于随机响应面法的可靠度分析框架内,堆石坝稳定渗流有限元计算过程和可靠度分析过程分开独立进行,通过对心墙渗透坡降较大区域的节点建立统一的渗透稳定功能函数,采用渗流有限元分析方法和随机响应面法,计算出该区域每个节点处的渗透破坏失效概率,并将最大失效概率作为心墙的失效概率。最后,分析了心墙渗透系数、覆盖层渗透系数、上游水位与心墙具有最大失效概率节点处渗透坡降的相关关系,以及心墙渗透系数和上游水位的变异性对心墙渗透破坏失效概率的影响。计算结果表明,随机响应面法3阶Hermite展开就能够保证良好的计算精度,且计算耗时较小;双江口堆石坝心墙具有最大失效概率节点处的渗透坡降与上游水位密切相关,而与心墙本身的渗透系数呈弱负相关关系,与覆盖层渗透系数的相关性不显著;随着上游水位变异性的增大,心墙失效概率急剧增大,而这种效应对于心墙渗透系数并不明显。研究成果为随机响应面法在实际工程中的应用奠定了一定的基础。     

金堆城尾矿坝加高方案数值模拟及稳定性分析

金堆城尾矿坝为了进行加高设计而对尾矿库区进行了地质钻孔勘探。基于实际钻孔勘探成果,最佳反演分析了各分区-尾矿砂和初期坝堆石体模型的渗透系数、物理力学指标和加高方案下的浸润面分布。结合加高设计方案,采用基于有效应力法的EFES-3D计算程序对该尾矿坝加高后的应力应变场进行了数值模拟和坝坡稳定性分析,得出应力应变场分布图和边坡安全系数。可以看出,在上游法加高方案下,尾矿坝坝坡有涌起抬高现象,安全系数有所降低,不利于尾矿坝的稳定安全和运行管理。为此提出了在加高方案设计中加强排渗设施建议。     

地下洞室地震动力响应的岩体结构控制效应

为了评价在层间错动带C2影响下白鹤滩地下洞室群尾调室在地震作用下的稳定性,针对其在试验中表现出来的明显的延性及法向荷载依赖性等特征,一种非线性的连续屈服（CY）模型被采用,用来描述层间错动带在静力以及地震动力作用下的复杂力学特性。在CY模型中,非连续面的变形特性采用幂函数形式表述,并且考虑了剪切破坏过程中强度的渐进性破坏。CY模型预测的C2错动带的力学行为与试验获取的结果相比较差异非常小,证明了CY模型在静力作用下的适用性。基于位移非连续假设的应力波透射理论被用来论证CY模型在动态作用下的适用性,同时将结果与线性结构面本构模型的结果进行了对比。比较结果表明,CY模型预测的规律与已有文献利用其他非线性模型得到的结论基本相同,并优于线性本构模型,理论结果在数值软件中得到了验证。3条地震波在经过特殊的反应谱匹配处理后,对白鹤滩地下洞室左岸1#尾调室进行了地震动力响应分析。分析结果表明,C2错动带在地震作用下对尾调室的变形及稳定性有明显的控制作用。地震作用下洞室整体运动趋势以刚体位移为主,岩体间相对变形为辅。相对变形中,错动带C2的相对变形占据了较大的成分。C2的相对变形以接触面上下盘的切向错动变形为主,主要发生部位为洞室顺C2走向的部位;结构面上、下盘法向变形为辅,主要发生在洞室顺C2倾向部位。通过超载法,获取了洞室的地震动力安全裕度。当超载系数从2增加到3时,C2的剪切变形、洞室的塑性区指标均剧烈增加,显示洞室的安全裕度大约在2～3之间,即洞室最大可抗拒峰值加速度为438g～657g的地震动作用。研究结论可供地下洞室的抗震设计与分析参考。     

Stochastic finite element methods for the seismic response of soils

Some of the available stochastic finite element methods are adapted and evaluated for the analyses of response of soils with uncertain properties subjected to earthquake induced random ground motion. In this study, the dynamic response of a soil mass, with finite element discretization, is formulated in the frequency domain. The spectral density function of the response variables are obtained from which the evaluation of the root-mean-squared and the most probable extreme values of the response are made. The material non-linearities are incorporated by using strain compatible moduli and damping of soils using an equivalent linear model for stress–strain behaviour of soils and an iterative solution of the response. The spatial variability of the shear modulus is described through a random field model and the earthquake included motion is treated as a stochastic process. The available formulations of direct Monte-Carlo simulation, first-order perturbation method, a spectral decomposition method with Neumann expansion and a spectral decomposition method with Polynomial Chaos are used to develop stochastic finite element analyses of the seismic response of soils. The numerical results from these approaches are compared with respect to their accuracy and computational efficiency. © 1998 John Wiley & Sons Ltd.     

青藏铁路多年冻土区桥梁桩基础地震响应的试验研究与数值分析

基于对负温条件下青藏铁路高温不稳定多年冻土区桥梁桩基础的缩尺模型振动台试验,明确了动荷载作用下模型桩-土界面和两桩中间土体存在温度升高响应。在此基础上,考虑天然状态和地震荷载作用下地温升高两种条件,运用动力有限元方法,对青藏铁路清水河特大桥桩基础进行了地震响应分析。计算表明,在高温状态下(-1℃以上),多年冻土的地基及桩基础在地震荷载作用下的动态响应对温度的升高异常敏感;在50年超载概率2%的青藏人工波作用下,因桩基础的相对位移增大了地基与桩基础间的滑移、脱离现象,特别是高温状态下地基与桩基础间的变形出现了明显的不稳定滑移,影响了整个桩基础的稳定性。