不同激振方向下动水压力对高面板坝面板动应力的影响

目前关于面板坝与库水动力相互作用的研究较少,而且现有的研究没有考虑库底与岸坡振动所激起的动水压力,即不能精确计算动水压力对高面板坝的影响,难以满足300 m级面板坝的安全评价要求。本文采用比例边界有限元方法计算动水压力,对坝高为300 m的面板坝进行了地震作用下三维有限元动力分析,研究了不同方向地震激励下坝面动水压力的分布规律及其对面板动应力的影响。结果表明:顺河向和坝轴向激励的动水压力最大值相差不大,而竖向激振的动水压力最大值相对较大。顺河向地震作用产生的动水压力对面板动应力有明显影响,而坝轴向地震作用下,动水压力对面板动应力有一定影响;竖向地震作用引起的动水压力对面板的动应力影响较大,不考虑动水压力时会明显低估面板的顺坡向应力最大值及高应力区范围。     

超高面板堆石坝面板地震应力改善措施研究

在把握混凝土防渗面板地震响应及工作特性的基础上,采取工程措施有效降低面板的地震应力,保证强震时超高面板坝的安全运行,是面板坝跨越200 m级向更高坝发展亟待解决的关键技术问题之一。本文建议了一种根据面板动应力响应确定在最优位置(高程)设置永久水平缝及采用柔性加筋结构的组合抗震措施来有效降低面板地震应力,并以300 m超高坝为例,通过非线性三维有限元方法,系统地研究了永久水平缝设置位置(高程)、长度对地震应力改善效果的影响。并对不同坝高、河谷岸坡的数模坝进行分析计算,总结给出永久水平缝有效的设置位置(顺坡向动拉应力最大处)范围为0.70 H~0.85 H(H,坝高)的河谷中部坝段,其长度为0.3 L(L,坝轴长)左右。     

地震输入角度对抽水蓄能高面板堆石坝动反应影响研究

本文采用三维有限元计算方法和沈珠江动本构模型,研究某高烈度区大倾角坝基上高面板堆石坝的动反应特性。首先,讨论了地震波水平输入角度对面板堆石坝动反应的影响,以地震过程中坝顶峰值加速度,坝体最大动位移与最大动应力,面板最大变形值及最大动应力五个指标作为主要评判标准,对比地震波在八个不同水平输入角度下坝体动反应的大小,发现水平输入角度每改变45°,五个指标均随之变化,呈现"W"型变化规律,180°为最不利输入角度,各项指标都处于峰值点。然后,针对处于大倾角坝基上的抽水蓄能高面板坝进行了坝体动反应和坝坡稳定性分析,获得了堆石坝反应加速度随着坝高的增加而增大,以及震后存在残余变形等地震反应特性。最后验证了该工程坝体在地震反应过程中的安全性。研究结果可为高烈度地区倾斜坝基上高面板坝的动反应设计提供参考。     

近断层脉冲型地震动作用下面板堆石坝的动力响应

越来越多的高土石坝正在西部地区建设或规划中,其中许多位于发震断裂带附近,遭遇近场强震的概率随着大坝数量的增加而增加,近断层脉冲型地震动作用下大坝地震响应特性亟待研究。本文选取10组台湾集集地震实测加速度时程,结合200 m级的面板堆石坝开展动力有限元分析,研究脉冲和非脉冲地震动作用对面板堆石坝的加速度、水平位移以及面板顺坡向应力的影响。结果表明,与非脉冲型地震动相比,脉冲型地震动对大坝堆石体的水平位移和面板顺坡向应力的影响较大,影响程度随着PGV/PGA(地面峰值速度/地面峰值加速度)的增大而增大。因此,在高地震区修建高土石坝时应对脉冲型地震进行专门研究,综合评价大坝的地震安全性和极限抗震能力。     

混凝土面板坝面板变形模式与水平向挤压破损研究

研究了混凝土面板在横断面内的变形模式和概化方法,探索了面板变形与面板坡向应力的关系和面板坡向应力的产生机制,揭示了时间、库水位等外部条件对面板坡向应力变形的影响模式,发现坝体变形导致的面板顺坡向挤压或拉伸是面板应力的主要来源。以三板溪面板堆石坝为例,研究了面板水平向破损原因,坝体较大的流变变形引起的面板顺坡向变形是面板较大坡向应力的主要来源,面板在库水推力作用下的局部弯曲变形、一期面板先期浇筑后坝体沉降的影响、特殊地形导致的面板水平向高应力以及垫层亏坡等造成的面板既有弯曲等都增大了面板坡向应力,并导致面板在结构存在缺陷的一、二期面板施工缝处发生破损。     

面板堆石坝面板力学模型及应力分析

面板堆石坝面板裂缝问题一直是制约其发展的一个关键技术问题。相对于竣工期混凝土干缩和温度应力造成的早期细小裂缝而言,蓄水期坝体结构受力变形是造成面板裂缝的控制因素。根据蓄水期面板受力情况,将面板看作弹性地基(堆石体)上的梁,根据鲍幸涅斯克弹性理论求得堆石体对面板的法向抗力和切向抗力,由面板微元受力模型,应用材料力学推导出面板顺坡向应力和轴向挤压应力的表达式。算例表明,公式可以用于估算面板顺坡向最大应力和轴向最大挤压应力。最后分析了表达式中有关参数的变化对面板应力的影响。此研究对控制面板应力和变形、防止面板裂缝具有一定的参考价值。     

面板堆石坝面板挤压破坏处理措施研究

分析总结国内外已建面板堆石坝在坝体变形控制、渗流控制等方面的成果,研究了混凝土面板接缝处挤压破损处理措施。在面板接缝处有填缝材料的情况下,面板坝轴向的相向位移明显增大,可见填缝材料使接缝保留了一定的变形能力,吸收了大量的挤压位移。使用钢度越小的柔性填料在极限范围内可吸收更多的挤压位移,但随垫层料侧向位移和面板法向分布力的增大,接缝处挤压位移相对于刚度较大的填料来说增长较快。达到压缩变形极限后,接缝处坝轴向相向位移超过0.5倍初始缝宽,面板后续的挤压应力增长较快,而轴向变形逐渐变小。钢度较大的填料则不容易发生变形,随着垫层料侧向位移和面板法向分布力的增大,相对于柔性填料其不容易达到压缩极限而发生硬化。     

拉哇高面板堆石坝极限抗震能力分析

拉哇面板堆石坝位于金沙江上游基本烈度达Ⅷ度的强震区,为评价其极限抗震能力,采用堆石体地震残余变形、坝坡动力稳定、面板应力以及面板脱空等指标,研究了规范反应谱、坝址一致概率反应谱以及设定地震反应谱等不同反应谱在不同峰值加速度下大坝的地震动反应。结果表明:在同一反应谱下随着峰值加速度的提高,大坝的动力反应逐渐增大;不同反应谱在相同峰值加速度下大坝的动力反应呈现较大差异。一致概率反应谱条件下大坝的加速度反应、面板脱空量、堆石体残余变形和下游坝坡的滑动都明显大于规范谱和设定地震谱;设定地震谱下的大坝动力反应则略高于规范反应谱。结合反应谱的生成方式,宜选取设定地震反应谱对拉哇面板堆石坝的极限抗震能力进行评价。计算得到拉哇面板坝的极限抗震能力在0.55g~0.6g。     

高面板堆石坝面板应力分布特性及其规律

准确把握高面板堆石坝静、动力条件下面板高应力区分布特性是保障防渗面板安全的关键问题。本文采用非线性三维有限元方法,以200m高坝为例,系统地研究高混凝土面板堆石坝在填筑和蓄水过程、遭遇瞬时地震及震后面板的高拉与压应力区分布特性及其规律,以及坝体几何特征参数对面板高应力区分布的影响。研究结果表明:面板顺坡向高拉应力区集中分布在河谷处岸坡附近及河谷中央(河谷坝段)坝高4/5~2/3范围内,坝轴向高压应力区主要分布在河谷中央竖缝两侧面板之间,据此建议了一系列改善面板应力的工程措施。     

高面板堆石坝面板应力分布特性及其规律

准确把握高面板堆石坝静、动力条件下面板高应力区分布特性是保障防渗面板安全的关键问题。本文采用非线性三维有限元方法，针对150m以上的高面板堆石坝，系统地研究其在填筑和蓄水过程、遭遇瞬时地震及震后面板的高拉、压应力区分布特性及其规律，以及坝体几何特征参数对面板高应力区分布的影响。研究结果表明：面板顺坡向高拉应力区集中分布在河谷处岸坡附近及河谷中央（河谷坝段）坝高4/5~2/3范围内，坝轴向高压应力区主要分布在河谷中央竖缝两侧面板之间，据此建议了一系列改善面板应力的工程措施。     

土石坝-覆盖层-基岩体系动力相互作用研究

在我国西部强震区拟建的土石坝多坐落于覆盖层上,覆盖层土体具有动力非线性和饱和特性,土石坝-覆盖层-基岩体系动力相互作用复杂。为研究土石坝-覆盖层-基岩体系动力相互作用特性,分别采用地震动一致输入方法(联合地震惯性力和约束边界)和非线性波动输入方法(联合自由场非线性动力响应和非线性人工边界),对覆盖层上土石坝进行有限元动力反应分析,考虑了覆盖层厚度、土体动力特性、地震强度及地震波频谱特性的影响效应,着重讨论了大坝的加速度反应峰值。结果表明:在覆盖层土体饱和特性的影响下,一致输入方法不能合理模拟大坝体系动力的相互作用,所获得的坝体竖向加速度反应误差显著。非线性波动输入方法理论上更为严密,其所获得的坝顶竖向加速度峰值较一致输入方法降低明显,降低率为20%～62%,且当输入地震动以高频成分为主时一致输入方法的误差较大。对于坝顶水平向加速度峰值,非线性波动输入方法较一致输入方法的降低率为5%～32%。当土体材料阻尼效应明显时一致输入方法的误差较小,当输入地震动以低频成分为主时其误差较大。一致输入方法会明显低估覆盖层上土石坝的极限抗震能力。当土石坝可能遭受竖向分量较大的近场地震时,有必要采用非线性波动输入方法评价大坝抗震性能。     

地震波的入射方向对河谷岸坡放大系数的影响

用有限元和无穷元耦合模型计算了半圆形河谷在单位脉冲入射下的河谷地面反应，从而分析了地震波的入射方向对河谷岸坡放大系数的影响．岸坡放大系数定义为：河谷沿岸不同高程处的地震动峰值加速度与河谷底处地震动峰值加速度之比．因此，岸坡放大系数的变化将改变拱坝的应力和应力分布．研究表明：地震波人射角的轻微变化将对河谷岸坡放大系数产生极大影响，这说明高拱坝的抗震分析宜考虑输入地震波的不同入射方向的作用．     

天生桥一级水电站混凝土面板堆石坝三维非线性有限元动力分析

动力分析中分段迭代并分段改变基同计算方法是对计算程序的新发展，堆石、垫层、接触面部是用该坝设计中采用的石料作大型振三维试验、振动拖板、大型振动单剪试验求得的参数，计算得到的绝对加速度、动位移、面板动挠度、动应力、接缝动拉压剪量都颇合理，面板接缝的静动压量计算值可作为止水结构设计的依据。在地震过程中能满足抗滑稳定的要求，不必采取其他加固措施。     

粉土层液化可能性判断的地震反应分析法

通过对上海粉土层的有效应力地震反应分析，对粉 土层的液化势进行了预测。当从50m深度输入唐山地震波时，在地面加速度峰值为0.1g条件 下，粉土层不会发生液化；在0.15g和0.2g条件下，粉土层有液化的可能性。当从280m输入唐山地震波时，在0.1g、0.15g和0.2g条件下，粉土层均不会发生液化。     

高土石坝地震动最不利输入方向研究

文中对土石坝进行三维非线性动力反应分析,采用等价线性粘弹性模型,就地震波的形式、地震波入射角度、坝高等因素对动力反应的响应进行了研究.根据不同形式地震波以不同角度入射到坝体,坝体震动最大加速度的强弱变化情况,判断出土石坝地震动的最不利入射角度.结果表明,对于高100,200,300 m的土石坝,(15°,15°)为地震...     

深厚覆盖层中地震动传播规律离心模拟试验研究

深厚覆盖层上高土石坝抗震问题一直是土石坝抗震研究领域的热点之一,而地震动在覆盖层中传播规律研究是其重要组成部分,为揭示地震在覆盖层中的传播机理,本文开展了离心机振动台试验,分别研究了输入加速度峰值、土层特性对于地震动在其中传播规律的影响。研究发现,地震动经覆盖层传播后,低频成分被放大,高频被抑制,且随着输入地震动峰值增加,地震动加速度峰值放大倍数逐渐减小,而对于相同的地震动输入,加速度峰值放大倍数随着土体剪切刚度的增加而逐渐变大。     

卡基娃面板堆石坝非线性强度指标坝坡稳定与可靠性研究

针对目前在建和拟建的大型面板堆石坝地质条件差、地震烈度高、坝高不断增加的情况,解决一些比较突出的关键技术问题的重要性和迫切性日益突出。通过极限平衡理论和可靠度理论2种方法对属200m级高堆石坝范畴的卡基娃面板堆石坝进行坝坡稳定计算,研究了其非线性强度指标坝坡稳定及可靠度,分析了相关关键技术指标、安全系数标准对坝坡稳定安全的影响及可靠性水平等关键问题。与极限平衡理论相比,采用基于可靠度理论的方法设计坝坡,可以量化安全裕度,有利于高堆石坝坝坡的优化设计,这无疑对于减少工程投资和环境保护都具有极大的现实意义。     

下伏岩溶地层隧道的地震响应分析

为研究下伏岩溶地层隧道结构的地震动响应,基于黏弹性人工边界理论,编写了等效荷载时程施加程序,计算并分析了洞隧间距、洞径大小及溶洞跨径比对隧道结构地震响应特性的影响。研究结果表明:结构地震响应随着洞径的增大而增大,随着洞隧间距的增大逐渐趋于平缓;围岩与结构的加速度响应均与节点位置深度呈非线性相关,且围岩加速度响应略大于同深度的隧道结构。溶洞跨径比对结构的加速度响应和应力响应影响不同。结构的主拉应力峰值与洞隧间距呈负相关,结构下部主拉应力峰值包络图随着洞径的增大略向拱底靠拢,且主拉应力峰值最大值均出现在拱脚附近。研究结果对隧道结构设计、建设及监测具有指导意义。     

地震作用下边坡平台对边坡的动力响应及失稳破坏影响分析

利用有限元分析软件建立数值计算模型,采用基线校正的10 s水平加速度时程作为地震输入条件,对在不同平台个数、平台宽度以及平台分布等多种工况下边坡模型的动力响应及稳定性进行数值模拟分析。结合各工况地震过程中坡面质点PGD放大系数、动剪应力峰值与震后最大剪应变、塑性区范围以及稳定性评价指标,对地震作用下边坡动力响应特性和失稳破坏进行了定性的评价研究。计算结果表明:以本文40 m高的边坡为例,设单个平台时,于15 m和20 m高程处设置平台对边坡动力稳定性更有利;设2个平台时,10～20 m的平台组合相对于其它组合对边坡动力稳定性更有利;对于多级边坡,随着平台宽度的增加,边坡整体破坏趋势逐渐分解为各级边坡局部破坏趋势,可以较大幅度地减小最下方坡脚的应力集中,进而提高边坡的动力稳定性;此外,平台内侧属于上级边坡的坡脚处,易产生剪应力集中区,属于薄弱部位,应加强各级坡脚的支护。