地震荷载下土石坝动力分析的几个关键问题

本文比较了新旧抗震规范的差异,对土石坝动力分析的几个关键问题如阻尼、地震波的输入、地震影响系数、土的动力本构模型、液化机理进行了探讨,为大坝抗震设计和动力分析提供指导意义.     

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。     

土石坝抗震设计结构措施综述

本文在对国内外建筑在具有活断层基础上的土石坝,在地震动力荷载作用下的运行情况进行综合叙述的基础上,扼要地介绍了国内外在土石坝设计中所采用的有效的抗震结构措施,重点叙述了在活断层上的土石坝的抗震设计原则、结构措施,以及用离心试验来研究活动断层对坝体的影响等,并介绍了设计实例。文章最后指出,对于重要的高土石坝,必须进行地震动力的分析,而且在现阶段发展水平下,其抗震结构设计甚至比计算分析更重要,更实际些。     

冶勒沥青混凝土心墙堆石坝抗震设计

冶勒沥青混凝土心墙堆石坝建于深厚覆盖层地基上，最大坝高125．50m，抗震设计烈度为Ⅸ度。抗震设计分别采用拟静力法和三维非线性动力反应分析法对大坝进行坝坡稳定和坝体-坝基动力反应计算，并结合已有的经验进行综合分析，评价大坝的抗震安全性，优化大坝布置和断面设计，设置抗震措施。     

潮河土坝抗震加固设计

潮河土坝抗震加固是第一次对一个大型土坝在正常运行情况下进行抗震加固，采用的不放空水库深水条件下抛石压坡的加固技术，拟静力法和动力反应分析法相结合确定加固断面的设计方法，以及对坝前淤泥的处理方法，对今后进行土坝抗震加固具有参考价值。     

土石坝及堤防抗震加固与快速修复技术

技术简介：土石坝抗震加固及快速修复技术主要包括：砂土堤坝抗液化技术、土工合成材料的快速防渗和导渗技术、堤坝渗水险情的快速抢护技术、堤坝管涌险情的快速抢护技术、崩岸险情的快速抢护技术和震后土石坝裂缝险情的快速抢护技术。     

小浪底大坝坝基抗震液化问题研究

对小浪底大坝坝基覆盖层地震液化可能性及其对大坝的影响进行研究。结果表明，河床覆盖层中表层堆积的粉细砂、壤土及砂砾石层顶部的一部分为第四纪全新统沉积物，密实度低，属于液化土；上更新统砂卵石层的含砂率一般小于30％，相对密度大于0．65，地震时不易产生液化，但也有局部含砂率大于30％，只是其分布范围小，不会对坝体造成危害；坝基类砂层为非液化土。     

土石坝抗震稳定的极限能力与评价标准研究

目前土石坝极限抗震能力的评判指标尚不统一,评价标准仍不明确,且缺乏合理的依据。本文基于地震反应分析,从坝坡抗震稳定性和地震滑移变形对土石坝的极限抗震能力进行了研究,提出以地震滑移变形发生突变作为土石坝抗震稳定极限能力的判定标准。以某沥青混凝土心墙堆石坝为例进行了计算分析,当地震峰值加速度为0.55g时,上、下游坝坡F_s1.0的累积时间分别为2.5 s和2.8 s,地震滑移变形分别为0.46 m和0.55 m,并产生了明显的突变。由此,可判定大坝的极限抗震能力为0.55 g。结果表明,土石坝的抗震薄弱部位位于坝顶1/5坝高范围内,符合实际震害的一般规律,建议该区域应采取合理的抗震措施。     

高土石坝复合加筋抗震加固技术开发与应用

针对高土石坝的抗震安全这一我国西部强震区水电开发中的重要问题,在总结以往高土石坝抗震措施优缺点的基础上,同时吸收柔性加筋材料(土工格栅)和刚性加筋材料(钢筋)在高土石坝抗震加固方面的优点,开发了一种高土石坝复合加筋抗震加固技术,并阐明了高土石坝复合加筋抗震加固技术的开发背景、结构形式及技术特点。通过大型振动台模型对比试验验证复合加筋抗震措施的有效性和可靠性,结果表明:与未加筋模型坝比较,复合加筋抗震加固技术能降低坝体地震永久变形,有效抑制坝顶堆石松动,具有一定的减震与隔震作用。该复合加筋抗震加固技术已在坝高295 m高的两河口心墙堆石坝抗震设计中得到应用。     

岩土工程研究60年回顾与展望

本文简要回顾了中国水利水电科学研究院岩土工程研究所建所60年的科研工作情况,重点介绍了近10年来的主要科研进展及主要研究成果,内容包括土的工程性质研究、土石坝工程技术研究、土工离心模拟技术研究、岩石力学与工程技术研究、工业固体废弃物安全贮放技术研究、现代信息技术在岩土工程中的应用研究等,同时对今后岩土工程研究所的重点科研发展方向进行了展望。     

水工混凝土结构抗震研究60年

本文简要介绍了中国水利水电科学研究院60年来在水工混凝土结构,主要是大坝的抗震研究方面的进展。回顾了其历经"启蒙"、追踪世界前沿的"跟跑"和"并跑"三个发展阶段。概述了主要研究成果,诸如:坝址的地震动输入及其场址相关地震动参数的确定;应用高性能"云计算"技术,对坝体-地基-库水体系地震响应及其基于损伤力学的损伤破坏过程的非线性并行计算分析;极端地震下地震灾变的定量判别准则的确定;采用三向六自由度地震模拟振动台进行坝体-地基-库水体系动力模型试验;大坝现场试验和地震动监测;大坝混凝土全级配试件包括损伤本构关系的动态特性试验及应用三维细观力学分析和CT技术研究其内部开裂状态;编制水工建筑物抗震设计国家标准等。最后,对常规的抗震设计理念和方法提出了改进建议。     

水电站大坝安全监测自动化的现状和展望

简要回顾了电力系统水电站大坝安全监测自动化的发展过程,结合水电厂实际应用情况对典型的自动化系统作了介绍,系统总结了近20年自动化工作的经验和教训,客观评价了水电站大坝自动化监测的现状,最后提出了自动化监测的发展方向.     

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。     

土体结构性数值模拟及应用研究

随着现代地基原位取土技术的发展以及对土体微观结构认识的提高,越来越多的研究认识到未扰动状态下的自然原状土与重塑土相比其力学特性存在显著差异。为研究土体结构性的影响,在剑桥模型基础上考虑超固结与结构性状态变量因素的影响,在上下负荷面剑桥模型理论框架下,通过三轴压缩试验对结构性土的受力响应特性进行了模拟试验研究,对受结构性因素影响下土体的屈服过程、可压缩性、在循环加载作用下超孔隙水压的发展以及相应状态变量演化规律进行了详细对比分析。试验研究结果表明:与重塑土相比,结构性土的加载响应存在明显的屈服软化过程,加载过程中伴随着结构性的破坏表现出更高的可压缩性且更容易导致动力液化的发生。在对土体结构性详细研究的基础上,通过数值模拟桩柱结构在自然地基环境下的地震响应,对结构性因素对结构动力响应的影响进行了研究分析。研究结果表明:由于更高的非线性以及可压缩性特征,自然原状土地基在地震作用下能够引起更高的超孔隙水压,加速土体力学强度的衰减进程,进而表现出更大位移响应以及震后塑性位移,直接影响结构的稳定与安全。研究结论加深了对自然土体结构性的认识,可为高结构性自然原状土地基条件下的结构受力分析与设计提供参考。     

黑河土石坝的地震响应和液化分析

本文根据饱和土体固 液两相介质的振动固结模型，采用非线性静力本构模型(Duncan-Chang模型)及摩尔 库仑强度准则和土的动力模型(Hardin模型)对黑河土石坝进行了地震作用下的动力反应有限元分析，得到了振动期孔压增长与消散过程。分析表明，该坝不会出现液化现象。     

湿陷性地基上心墙土石坝应力变形特性分析

利用非线性有限元法,对某湿陷性地基上土石坝进行结构分析.计算中考虑了渗流的作用和土石料的湿陷效应.研究表明,较为深厚和软弱的地基上的心墙坝的变形分布较一般土石坝复杂,应力分布也相对不规则.当地基伴有湿陷性时,这种复杂和不规则程度会进一步加剧,进而影响大坝的安全性.因此,在对这类大坝进行设计时,应充分考虑这些不利因素.     

多目标约束下的土石坝抗液化措施数值建模与优化分析方法

土石坝坝基地震液化问题严重威胁工程安全。现阶段的液化研究主要集中于液化机理分析,而在抗液化措施的设计优化方面,现有土石坝工程主要依靠以往的工程经验来处理坝址的液化土层。本文构建了以土石坝坝体坡面水平位移梯度、坝顶震陷和抗液化措施成本最小化为优化目标的数学模型,提出了以静动力抗滑稳定安全系数、地基最大液化范围、液化深度、典型点地震过程中平均液化度和震后永久水平位移为约束条件的土石坝压重平台和坝基置换参数优化设计方法;采用完全非线性动力算法和多目标遗传算法,通过VC++集成FLAC3D进行开发,实现了综合考虑土石坝抗液化措施的安全性能与经济效益的多目标优化设计。该方法应用于工程实例中,采用存档微遗传算法对压重平台及地基开挖置换的9个控制性设计参数进行优化。结果表明,优化后的方案相较初始方案使上下游坝体坡面水平位移梯度指标降低了16.59%和24.33%,坝顶震陷减少了21.03%,工程造价节约了18.53%。所提出的模型与方法为改善土石坝坝基液化问题提供了新的思路。