高堆石坝土工格栅抗震加固效果分析

强震区高堆石坝坝顶堆石体常由于地震加速度放大效应处于不稳定状态,目前比较经济有效的抗震措施是在坝顶一定范围内加筋来提高堆石体的强度和自稳能力。土工格栅以其与土石体相互作用的优越性而被广泛运用于土石坝坝顶抗震加固工程。以 240 m 高长河坝心墙堆石坝为例,分析土工格栅对强震区坝顶堆石体的抗震加固效果。运用时程法对加筋坝体进行动力反应分析,利用动力响应应力结果并结合 Newmark 滑块法理论,采用滑面应力分析有限元法对加筋限制高堆石坝地震永久变形的工程效果进行研究和探讨。结果表明,动力作用下格栅所受最大拉力远小于其抗拉强度,且加筋基本不影响坝体动力反应结果。可一旦坝坡发生滑移,加筋能使地震永久位移减少 40% ～ 50% ,有效限制坝顶堆石体侧向滑移,提高了坝体抗震稳定性。抗震稳定性又对加筋长度与竖向加筋间距敏感,较适宜的加筋长度及间距分别为 40 ～ 60 m 和 1 ～ 4 m 。     

土石坝地震永久变形的危险性分析

本文将地震地面运动模拟为零均值平稳高斯随机过程,以Newmark滑块模型为基础,建立了土石坝地震永久变形的概率分析模型,利用Monte-Carlo数值模拟检验,证明了在随机地震作用下土石坝永久位移服从正态或对数正态分布,通过大量综合计算,给出了永久位移概率分布参数与可能滑动体平均地震加速度功率谱参数之间的经验关系,针对一个算例,对土石坝地震永久位移进行了危险性分析。     

加筋土复合结构外部稳定性验算与荷载取值分析

通过加筋复合体稳定性验算与荷载取值分析,根据加筋土边坡整体稳定性分析理论,按圆弧滑动面法或楔形体滑动面法验算,得出以下结论:由于加筋桥台是需严格控制变形要求的土工结构,所用加筋材料除了应变时的筋材强度以外,仍需以极限抗拉强度应符合稳定性设计要求作为设计强度控制指标,以保证使用功能的可靠性和长期性。验算结果表明,该加筋复合体结构具有自我稳定能力。     

高混凝土面板堆石坝地震损伤机理研究

以紫坪铺面板堆石坝为例,基于堆石料的黏弹性模型和地震残余应变模型计算分析了高混凝土面板堆石坝的地震响应,并结合震害调查结果分析了高混凝土面板堆石坝的地震损伤机理。研究表明,输入地震加速度在坝顶附近和坝坡表面显著放大,呈现出显著的鞭梢效应,导致坝顶和下游坝坡上部堆石体松动滚落。地震导致大坝堆石体产生显著剪缩,坝体断面整体向内收缩,刚性混凝土面板与垫层料之间脱空,脱空后面板与垫层料之间的摩擦力大幅减小甚至消失,面板在自重和地震惯性力联合作用下向下滑动,致使面板水平施工缝发生错台,面板表面产生裂缝。地震还导致岸坡附近左右坝段堆石体向河谷中央位移,致使岸坡附近面板垂直接缝发生拉伸破坏,河床中部垂直接缝及附近混凝土面板发生挤压破坏。数值计算和震害调查结果均表明,高混凝土面板堆石坝的地震损伤现象主要与其堆石体地震残余变过大,以及堆石体与防渗系统之间变形不协调密切相关,故强震区修建高面板坝应尽可能提高堆石体压实密度,以减小坝体的地震残余变形。     

基于累积损伤理论的土石坝地震永久变形分析

以龙冈的在不规则荷载作用下土体应变的累积损伤理论为基础,提出了基于累积损伤理论的土石坝地震永久变形分析方法。采用大型静力和动力三轴仪,对某土石坝筑坝材料的静动变形特性进行了试验研究,确定了筑坝材料的静力和动力应力应变关系、累积应变模型和相应的材料参数。利用该方法,分别对在日本2008年6月14日岩手—宫城内陆M7.2级地震作用下该土石坝的在建坝体和竣工后坝体的地震永久变形特性进行了研究。结果表明：在建坝体的坝内沉降计算值与现场实测值基本吻合,并且通过与其它土石坝实测值的比较,说明竣工后坝体的坝顶沉降预测值在合理范围之内。     

混凝土–堆石组合坝加速度响应大型振动台试验研究EI北大核心CSCD

混凝土–堆石组合坝(concrete-rockfill combination dam,简称CRCD)主要由上游混凝土墙与下游俯斜式堆石体构成,作为一种新型坝体结构,目前对其动力特性的研究鲜有报道。对此,开展基岩坝基混凝土–堆石组合坝大型振动台模拟试验,研究蓄水、地震波类型、频率、幅值等因素对加速度响应的影响。试验结果表明:CRCD模型对输入地震波具有明显的放大作用,混凝土墙顶部及堆石体顶部为峰值加速度最大区域,是抗震薄弱的部位。CRCD不同于混凝土重力坝,其混凝土墙与坝基非固结,因此墙体与堆石体及墙体与坝基之间的接触面是抗震设计的关键部位。堆石体坝顶具有一般土石坝的"鞭梢效应",但因混凝土墙的约束限制作用使得堆石体加速度反应小于一般土石坝。蓄水、地震波类型、频率、幅值对CRCD的混凝土墙及堆石体的加速度影响不同:蓄水对混凝土墙的加速度响应削弱作用稍大于对堆石体的作用;近场什邡波比中远场Taft波引起的加速度放大效应更明显;地震波频率对混凝土墙与堆石体的加速度响应影响差异不大;加速度放大倍数基本上随着地震波幅值的增大逐渐降低,且混凝土墙顶加速度放大倍数稍大于堆石体顶部值。试验结果初步揭示了CRCD的加速度响应特征,为其在地震作用下的抗震设计等提供参考。     

软土地基加筋土挡墙数值模拟及稳定性探讨

 对一软土地基加筋土挡墙建立二维数值模型,模拟其在分级堆载情况下挡墙和地基内的沉降、水平位移、土压力,以及土工格栅轴向应变的变化规律,模拟结果与现场实测结果基本吻合。采用有限元强度折减法计算的挡墙稳定性和滑裂面位置与实测情况一致,表现为深层滑动失稳。模拟和实测的各层筋材最大应变出现在距墙面4～6 m的位置,与目前土工合成材料加筋挡墙设计理论的朗肯破坏面位置不同,其原因是目前的挡墙设计理论基于刚性地基假定,未考虑地基变形对筋材应变分布及稳定性的影响。采用该数值模型探讨加长挡墙底部筋材对其稳定性的影响,得出挡墙稳定性与底部筋材加长长度和层数关系密切。得到的挡墙稳定性与筋材加长长度和层数的关系曲线,对于软土地基加筋土挡墙设计有指导意义。     

混凝土–堆石组合坝加速度响应大型振动台试验研究

混凝土–堆石组合坝(concrete-rockfill combination dam,简称CRCD)主要由上游混凝土墙与下游俯斜式堆石体构成,作为一种新型坝体结构,目前对其动力特性的研究鲜有报道。对此,开展基岩坝基混凝土–堆石组合坝大型振动台模拟试验,研究蓄水、地震波类型、频率、幅值等因素对加速度响应的影响。试验结果表明:CRCD模型对输入地震波具有明显的放大作用,混凝土墙顶部及堆石体顶部为峰值加速度最大区域,是抗震薄弱的部位。CRCD不同于混凝土重力坝,其混凝土墙与坝基非固结,因此墙体与堆石体及墙体与坝基之间的接触面是抗震设计的关键部位。堆石体坝顶具有一般土石坝的"鞭梢效应",但因混凝土墙的约束限制作用使得堆石体加速度反应小于一般土石坝。蓄水、地震波类型、频率、幅值对CRCD的混凝土墙及堆石体的加速度影响不同:蓄水对混凝土墙的加速度响应削弱作用稍大于对堆石体的作用;近场什邡波比中远场Taft波引起的加速度放大效应更明显;地震波频率对混凝土墙与堆石体的加速度响应影响差异不大;加速度放大倍数基本上随着地震波幅值的增大逐渐降低,且混凝土墙顶加速度放大倍数稍大于堆石体顶部值。试验结果初步揭示了CRCD的加速度响应特征,为其在地震作用下的抗震设计等提供参考。     

基于黏着滑动耦合动力分析的Newmark滑块位移法

基于摩擦滑移结构的抗震机制,在动力响应分析中考虑塑性滑动位移与加速度响应之间的关联性。当滑动体发生滑动时,将滑动加速度作为附加惯性荷载直接引入动力平衡方程的右端荷载项,联立滑动体底部的平衡方程,利用振型叠加法确定滑动时刻滑动体的响应加速度和滑动加速度,进而利用Newmark滑块位移法得到该时刻滑动位移增量和累计滑动位移,直至地震结束。利用上述方法对Wartman振动台试验中所采用的可变形土柱进行动力响应分析,加速度响应和滑动位移结果均与Wartman的试验结果较为一致。最后,借助重力墙挡土结构对处于共振状态下基于上述算法和传统解耦算法墙体的动力响应和滑动变形结果进行比较。计算结果表明,塑性滑动位移和动力响应之间的关联性对滑动体动力响应幅值和滑动变形均具有显著的影响,忽略两者关联性的解耦算法在滑动方向上的响应加速度幅值和累计滑移量与基于上述算法的计算结果存在较大差异,累计滑动位移和加速度的卓越周期为上述算法的2倍左右,计算结果较为保守。     

静动载下筋材变化对加筋土挡墙性能影响分析

为了研究动静荷载下,加筋长度及筋材类型变化对加筋土挡墙工作性能的影响,进行了7种工况下的加筋土挡墙模型试验,对比分析了加筋土挡墙的水平土压力、水平土压力系数、墙面水平位移和加载板竖向沉降及筋材应变等参数的发展规律。试验结果表明:动载下加筋土挡墙筋材应变随着加载时间的增长、加筋长度的减小、位置高度的增加而增大,且顶层筋材应变远远大于其他层;加筋长度及筋材横肋的减少明显降低挡墙的承载性能,格栅横肋减少导致挡墙极限承载力降低18% ,加筋长度减少使面板水平位移最大增大了2.2倍;与静载作用下相比,动载下土工格栅的侧向约束作用及网兜效应能够得到更好地发挥。     

高土石坝坝坡地震稳定分析研究

采用有限元动力时程稳定和变形分析方法,对不同高度大坝坝坡稳定进行分析,开展了最危险滑弧确定方法 、地震动持时对稳定和变形的影响、滑弧位置和深度以及坝坡加固范围的研究 。结果表明：拟静力法采用规范建议的加速度分布系数不能反映高土石坝实际地震反应规律,计算得到的最危险滑弧较深且滑动范围偏大,不利于确定坝坡的加固范围;坝坡在地震过程中,最小安全系数与最大滑动量对应的滑弧并不一致且是不断变化的,有限元动力法计算坝坡稳定时,应在每一时刻任意搜索最危险滑弧;地震持时对坝坡安全系数影响不大,但对滑动量有较大影响;不同滑弧深度对坝坡安全系数有较大影响,存在一个临界深度,当滑弧超过临界深度时,坝坡安全系数大于 1.0 ;坝坡稳定安全性评价需要综合考虑安全系数与变形的计算结果。根据计算结果,建议了坝坡加固的范围。     

高面板堆石坝抗震安全评价标准与极限抗震能力研究

针对强震区高面板堆石坝的特点,提出了基于稳定、变形、面板防渗体系安全的高面板坝抗震安全评价和极限抗震能力分析方法,并建议了坝坡抗震稳定、坝体局部动力稳定、坝体地震残余变形、面板防渗体系的抗震安全评价标准。对坝高超过250 m的某高面板堆石坝进行了极限抗震能力分析,根据坝坡稳定性、地震残余变形、单元抗震安全性、面板防渗体系抗震安全性等多角度的评价结果,初步认为,该高面板堆石坝的极限抗震能力为0.50g~0.55g。     

基于设定地震场地相关反应谱的高土石坝抗震安全评价

结合最新颁布的《水电工程水工建筑物抗震设计规范》(NB35047—2015)中关于甲类设防重大土石坝工程设计反应谱的规定,重点研究了基于设定地震的场地相关反应谱和一致概率反应谱确定的动参数下高土石坝的动力反应特征。通过240m高长河坝高心墙堆石坝在两种不同反应谱下设计和校核地震动下的计算分析发现一致概率谱得到的坝顶动力响应加速度、动位移、永久变形、坝坡安全系数和塑性滑移等关键安全评价指标均高于场地相关反应谱的结果,进而探讨了两种反应谱对长河坝高土石坝工程极限抗震能力的影响,计算结果表明采用基于设定地震的场地相关反应谱得到的坝体的极限抗震能力明显高于一致概率谱,采用一致概率谱得到的地震动参数进行长河坝抗震设计和抗震加固措施研究易得到较保守的结果。     

Evaluation of the dynamic response of the Damlapinar CFR dam

Concrete faced rock-fill (CFR) dams are now very popular. The structural complexity of these dams and the high risk associated with the social and environmental consequences of failures require very reliable analyses of their performance, especially as regards seismic loading. In this paper, a dynamic analysis procedure for CFR dams is proposed and described, using the Damlapınar CFR dam as a case study. The acceleration time history and maximum horizontal peak ground acceleration values were developed based on maximum credible earthquakes over 50 years from nearby seismic sources. Numerical studies showed that the Damlapınar CFR dam will remain stable under the maximum credible earthquake with a peak ground acceleration of 0.15 g. According to the numerical results, earthquake-induced deformations of the dam are expected to be within the safety margins determined by the Ministry of Public Works and Settlement, Turkey. The results also indicate that a non-linear analysis capable of capturing dominant non-linear mechanisms can be used to assess the stability of CFR dams.     

高心墙堆石坝地震反应复合模型研究

高土石坝抗震分析得到国内外学者的极大关注。采用土工离心机振动台模型试验和动力数值模拟技术相结合的复合模型方法 来 研究高心墙堆石坝地震反应特性。 首先对不等比尺的离心模型试验结果进行数值模拟,以验证数值计算模型和确定计算参数,然后用数值方法对离心模型试验结果进行拓展和外延,推广到等比尺和原型情况。对比分析了 高心墙堆石坝地震加速度放大系数、地震残余变形、防渗墙动应力和破坏模式。计算值与试验值变化规律一致, 表明复合 模型是研究高心墙堆石坝地震反应特性一种行之有效的方法,（ 40 ～ 50 ） g 离心机振动台模型试验基本上可以反映高土石坝的地震反应特性。     

高土石坝地震安全控制标准与极限抗震能力研究

基于土石坝震害调查和原型观测资料分析，针对高土石坝的坝坡稳定、坝体地震永久变形以及混凝土面板接缝位移3个影响高土石坝安全的主要因素，初步建议了相应的地震安全控制标准，并应用于高心墙堆石坝和面板堆石坝的极限抗震能力计算分析。结果表明：按规范设计的高土石坝具有较强的抗震能力，其极限抗震能力在0.50g以上，可抵抗9度以上地震而不致于出现灾难性后果；高土石坝的极限抗震能力与相应的地震安全控制标准密切相关，按照本文建议的标准，高心墙堆石坝坝坡稳定是其极限抗震能力的控制因素，高面板堆石坝面板周边缝安全是其极限抗震能力的控制因素。     

汶川8.0级地震对典型高坝结构安全的影响分析

 汶川8.0级地震具有震级高、震源浅、破坏性强和次生地质灾害严重等特点。在对震区高坝灾情归类分析的基础上,选择典型的不同坝型高坝,包括宝珠寺重力坝、沙牌碾压混凝土拱坝、紫坪铺面板堆石坝等工程,从大坝距发震断裂距离、大坝基础处理及大坝结构类型的抗震性等因素对大坝结构安全的影响展开分析研究。结合在建的一批300 m级高坝,对抗震设防标准、水库诱发地震等问题进行讨论。结果表明：(1) 现行大坝抗震设计是可行的,300 m级高坝工程抗震能力仍需深化研究;(2) 大坝工程基础、抗力体经合理加固后,增强了岩体结构的整体性,可有效提高大坝及基础的抗震能力;(3) 高坝应急预案的设计与管理,流域性统一公共水电工程灾害应急平台建设有待加强;(4) 对水库诱发地震的研究需加强。     

岩质高边坡稳定性分析与评价中的四个准则

对于岩质高边坡而言,其潜在滑动面上力学参数的合理性、边坡开挖后需要的整体加固力以及计算的边坡安全系数与实际边坡安全储备的接近程度将直接影响岩质高边坡工程的安全性与经济性。从现有的确定边坡潜在滑动面力学参数的反演分析方法入手,指出其存在的局限性,提出边坡潜在滑动面力学参数最小取值准则;在此基础上,根据开挖岩体的总压力充其量是诱发边坡失稳的全部不利荷载的思路,提出边坡最大主动加固力准则。将潘家铮的上、下限原理应用于边坡的数值分析与稳定性评价,提出数值法进行稳定性分析评价的安全系数上、下限准则,并将其在工程评价中进行验证与推论。该研究可为工程设计人员进行有效经济地选择岩质高边坡加固方案提供宏观判据与基本原则。