土工抗震60年研究进展与展望

本文论述了土工抗震学科的创立、发展和创新历程,并对汶川地震后土工抗震研究的新进展和主要成果进行了论述和总结,在此基础上对土工抗震学科今后的研究重点进行了展望。自汪闻韶院士1958年在中国水利水电科学研究院创立我国第一个土动力学试验室、开创我国土动力学和土工抗震学科以来,土工抗震学科在土体动力特性测试技术、土的液化机理及判别方法、土工振动台动力模型试验、土体真非线性动力本构模型、土石坝及地基抗震安全评价方法、室内外试验联合确定土体动力特性参数、土石坝及地基抗震设计理论(思想)和原则等方面取得了创新性和开创性的进展,奠定了我国土动力学和土工抗震研究的理论基础和领先地位。2008年汶川地震后,围绕高土石坝抗震的新需求,在高土石坝极限抗震能力分析方法、高土石坝地震破坏模式、高土石坝抗震减灾工程措施等方面取得了一系列新进展,逐步建立了室内试验和现场试验相结合、原型震害-数值模拟-物理模拟相结合、变形分析和稳定分析相结合、整体稳定分析和局部稳定分析相结合的高土石坝抗震安全评价体系。未来迫切需要开展复杂深厚覆盖层上高土石坝抗震关键技术,特高土石坝地震灾变行为与安全控制,基于性能的高土石坝抗震安全评价及灾害控制,水库大坝抗震监测预警、应急处置等方面的研究。     

高聚物胶凝堆石料技术及其抗震性能

为提高坝体堆石料的整体性及强度、改善土石坝的抗震性能,在分析高土石坝地震危害和抗震措施的基础上,提出加固坝顶和坝坡浅层等局部位置的高聚物胶凝堆石料技术,通过静、动三轴试验分析高聚物对堆石料的改性作用。试验结果表明,掺加高聚物之后材料的黏聚力大幅增加,动弹性模量略有提高,残余变形明显减小,显现良好的抗震性能。某典型高土石坝的数值计算分析结果表明,采用高聚物胶凝堆石料技术进行加固后,坝坡地震过程中的最小抗滑安全系数增加约10%,大坝的抗震稳定性得到提高。     

高土石坝抗震关键技术研究

高土石坝抗震关键技术研究“八五”攻关专题，是结合瀑布沟、小浪底、吉林台、紫坪铺、大柳树等５座２００ｍ级高土石坝工程进行的。内容涉及多种坝料及地基土的动力工程性质及其测试技术研究，高土石坝动力分析方法及抗震工程措施的研究，经过参与单位的努力，已取得了若干重要进展。     

我国高土石坝抗震安全研究进展

土石坝在我国水利水电工程中被广泛采用,近年来建成了一批高土石坝工程,不少位于高地震烈度区.其抗震安全一直是社会和业界关注的重点。由于地震传播和土石材料的复杂性,高土石坝抗震安全也是科学研究的难点和热点。通过大量研究和工程实践,我国在高土石坝抗震安全及工程措施方面取得了一系列研究成果,本文着重从高土石坝抗震研究和建设实践出发,概要总结我国高土石坝的抗震设防标准、安全评价准则及计算分析方法、抗震工程措施等方面的研究成果和技术进展。     

紫坪铺大坝汶川地震震害分析及高土石坝抗震减灾研究设想

紫坪铺面板堆石坝作为"5.12"汶川大地震强震区高土石坝的典型,重点总结了其主要震害,包括坝体地震永久变形,面板的脱空与垂直缝挤压破坏和施工缝错台,下游坝坡局部震损,防浪墙等坝顶结构震损,渗漏量变化等;并针对本次汶川地震土石坝震害的特点,提出进一步开展有关高土石坝抗震减灾设计研究的一些设想,包括土石坝震害及地震资料的调研与获取,高土石坝动力破损特征与地震灾害机理研究,高土石坝地震安全评价与震害评估方法研究,以及高土石坝抗震加固及应急处置措施研究等.     

复杂地震背景下新疆高土石坝抗震设计与应用实践

汶川地震后,国家颁布了新的地震动参数区划图和水电工程抗震设计相关规范。因此,针对新疆山区水库坝址区抗震设计烈度高、地质条件复杂的问题,为了更好的进行新的地震动参数区划、水电相关规范规定下高震区高土石坝的抗震设计和适应新颁地震区划条件下水电规范对老坝抗震复核的要求,结合近年来新疆高土石坝工程实践及国内外土石坝筑坝先进技术和经验,从高地震区动参数选取、坝体结构型式与坝料分区、防渗体结构、坝体压实与沉降变形控制、大坝抗震措施等方面对新疆高土石坝抗震设计和应用实践现状进行了系统总结,提出复杂地震背景下新疆高土石坝建设应遵循"稳、控、防、排"4字抗震设计理念进行抗震措施设计,并对新的地震动参数区划条件、新规程和规范要求下新疆高土石坝抗震安全评价及老坝抗震复核等工作中存在的问题进行了探讨,给出了相应的建议。对新疆土石坝抗震设计和应用实践的总结以及对新的条件和要求下新疆高土石坝抗震安全面临的问题的探讨和建议可为类似环境条件下的坝工建设提供技术借鉴。     

新疆高土石坝抗震措施研究综述

文章以新疆吉林台一级水电站混凝土面板坝为例,分析了面板坝的抗震设计及其在经历"8·9精河"地震后的运行情况,又结合国内外高土石坝在地震荷载作用下常见的几种破坏形式,总结了新疆高土石坝工程的抗震措施,使得今后新疆高土石坝遭遇强震时坝体不至于产生严重破坏,经修复后仍能正常运行,为新疆高土石坝的抗震设计和工程建设提供参考借鉴...     

基于性能的高土石坝抗震风险分析

在总结世界各国大坝抗震设防标准的基础上,建立了基于性能的高土石坝抗震风险分析模型。根据大坝地震危险性分析,确定了基于性能的地震动输入标准及地震峰值加速度的概率分布形式,建立地震作用下高土石坝常见破损模式(坝坡稳定和永久变形)的结构易损性模型;结合震后损失建议了高土石坝抗震风险评价矩阵。     

高土石坝的抗震设防依据与选用标准

进入21世纪，我国西部大开发中的水利枢纽、水电开发和引调水工程综合投资巨大，拟建和在建高土石坝处于高地震、深覆盖和高陡边坡工程环境，抗震安全问题尤为突出。在此根据已建工程抗震经验，论述复杂地震地质背景条件下高土石坝的抗震设计依据和安全状态；现行水工建筑物抗震设计标准的适用性；以及提高土石坝抗震性能的技术途径等问题。供探讨与参考。     

高土石坝综合抗震措施及其效果的验算

简要回顾了近十年来高土石坝的破坏机理和抗震措施研究方面的成果，指出地震时高土石坝破坏性态及可行的抗震对策，提出了一个综合考虑多种减震措施的高土石坝抗震方案。采用快速拉格朗日差分方法对某高土石坝进行了弹塑性动力反应分析，分别研究了采用抗震措施和不采用抗震措施坝体的永久变形，从而考察本文建议的抗震方案的减震效果，同时研究了地震波的频谱特性以及同时输入水平和竖向地震动对抗震效果的影响。计算结果显示，采用本文建议的抗震方案可以使坝顶区的竖向和水平永久位移降低接近50％；当同时输入水平和竖向地震动时，本文的综合抗震措施减震效果依旧明显。     

高心墙堆石坝地震动力特性及抗震极限分析

虽然土石坝具有较好的抗震性能,而且一些高土石坝还经过了强震考验,但土石坝的极限抗震能力仍是人们关心的问题.数值模型方法是预测大坝地震动力反应和进行地震安全评价的有效工具.本文采用三维有限元方法分析了某高心墙堆石坝的地震动力特性,探讨了大坝地震破坏评价标准,并在此基础上开展了大坝极限抗震能力研究.根据大坝动力响应的特点,分析了可行的抗震工程措施.     

高土石坝试验技术与安全评价理论及应用

我国是世界上高土石坝数量最多的国家,复杂建坝条件和恶劣服役环境下高土石坝建设和长期安全保障面临着严峻的技术挑战。简要介绍了近年来有关坝体粗颗粒料试验技术、坝基覆盖层原位测试技术、高土石坝离心机振动台模型试验技术、高土石坝溃坝离心模型试验技术、高土石坝安全评价以及灾害预测理论等领域的研究成果及推广应用情况。研发了高土石坝粗粒料力学性质试验设备,在深入揭示复杂荷载和变化环境下粗粒料力学性质演化规律及其对高土石坝变形影响机制的基础上,构建了粗粒料本构理论体系;研发了深厚覆盖层力学性质测试技术与分析方法,破解了多年来无法准确测定具有显著结构性深厚砂砾石覆盖层力学性质的技术难题;创建了高土石坝地震破坏灾变与溃坝试验技术与分析方法,用物理模型试验定量预测高土石坝地震残余变形及其发展规律;提出了高土石坝地震安全评价标准和极限抗震能力计算方法。研究成果已成功应用于紫坪铺、水布垭、吉林台、长河坝、糯扎渡、如美、大石峡、阿尔塔什以及马来西亚巴贡水电站等一批高土石坝工程,部分成果纳入相关设计规范与国家和行业标准。     

高土石坝建设的若干应用基础研究问题

筑坝材料的静、动力工程特性与土石坝静力和地震动力分析及评价方法研究是岩土力学的重要内容，岩土力学随土石坝建设的发展而发展。本文总结了高土石坝建设发展的一些新情况和新趋势，提出了若干需要重点研究的应用基础问题，包括：覆盖层工程力学特性研究；粗粒料工程力学特性试验模拟方法研究；复杂高应力下筑坝材料的变形和强度特性研究；土石坝堆石料长期变形问题研究；覆盖层与上部建筑物相互作用的数值分析方法研究；高土石坝综合评价方法和评价标准研究；覆盖层处理技术研究；高土石坝抗震研究等。     

高土石坝动力反应的敏感性分析

目前高土石坝抗震设计一般要进行坝体动力敏感性分析,但分析方法还没有共识。为此,以典型200m心墙堆石坝为例,进行了土石坝动力敏感性分析,分析结果表明,坝料动力特性取模量比衰减的上限曲线和阻尼比增长的下限曲线进行组合,坝体的动力反应和地震永久变形均最大,建议作为坝体抗震设计的控制工况。     

现代坝工技术及其发展趋势(一)

简要回顾坝工技术发展的历史，重点介绍重力坝、拱坝和土石坝等坝型在设计理论、设计方法和筑坝技术等方面的发展过程和当前研究水平，针对计算分析中存在的问题，反分析研究愈来愈受到重视．同时也对当前流行的碾压混凝土坝、混凝土面板堆石坝、复合土工膜防渗土石坝等新材料、新坝型、新技术进行了论述．在深厚透水坝基防渗处理方面重点介绍混凝土防渗墙技术和高压喷射灌浆处理技术等．     

水工抗震学科国际科学技术发展动态跟踪

结合国内水工结构抗震研究的发展,对近年发表于相关领域的国际期刊杂志的工程抗震研究最新发展进行调研。伴随实际强震、近震地震动记录及震害资料的不断丰富,工程抗震研究也得到了不断深入,近期国内外在工程抗震的关注点主要包括基于性能的抗震设计、设计地震动参数的确定、近断层地震动的脉冲特征、地震动持时对结构地震损伤的影响、增量动力分析、混凝土大坝开裂后的动力稳定、地震动时空非均匀性对拱坝地震响应的影响等方面,本文对上述关注点进行了概括总结。     

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。     

基于关系数据库的土石坝病险智能诊断专家系统设计

土石坝病险智能诊断专家系统的研制和应用对于土石坝的安全运行意义重大。文中介绍了利用ActiveX数据对象（ADO）数据库访问技术，结合关系数据库与规则库，实现基于关系数据库的土石坝病险智能诊断专家系统的设计方法。     

粗粒料的切线模量表达式与参数确定方法

运用两座250 m级高土石坝的实测沉降资料与有限元计算结果,分析了高土石坝的应变量级与应力水平,在此基础上分析了双曲线应力应变模型及其参数确定方法的合理性。研究表明,250 m级高土石坝竖直向应变量级可以达到5%,故常规三轴试验可以适应变形预测对应变范围的要求,但坝内应力水平普遍较低,与确定参数所用的高应力水平段试验数据不协调,从而给土石坝应力变形计算带来不确定性。为更充分地运用低应力水平时的试验结果,建议了应力应变数据的多项式拟合方法,提出一个新的切线模量表达式。对比研究表明,双曲线模型及其参数确定方法高估了等向压缩应力状态下粗粒料的初始切线模量;低估了剪切应力状态下粗粒料的切线模量。文中所提出的表达式可以更好地与应力应变试验结果相吻合,且参数的不确定性大为降低,为提高土石坝应力变形计算的可靠性奠定了基础。