库区边坡地震-渗流耦合数值模拟

为系统研究库区边坡在地震-渗流应力作用下的边坡应力,渗流特性及稳定性的变化规律,对库区边坡地震动力响应进行了有限元研究,数值结果表明:地震作用下堤坝内部浸润线具有一定变化,主要升高部位在于中密砂内部,而在黏质砂部位浸润线的变化幅度则不大;堤坝内部中密砂上部及中部的有效应力变化剧烈,下部变化幅度较小,且临近上游侧的上部地震过程中发生液化失稳;上下游坝坡在地震过程中均出现小于1的情况,上游坝坡最小安全系数为0.82,下游坝坡最小安全系数为0.91,表明地震过程中上游坝坡更容易失稳。     

液化场地堤坝地震响应动态土工离心试验及模拟

基于动态土工离心机试验和多重剪切机构模型的有效应力分析方法,研究了不同地震强度下,液化场地堤坝的地震响应和大变形特征。动态土工离心机试验的液化场地模型,由相对密度为30%的饱和砂土构成,输入正弦波峰值分别为0.8056、1.7903和3.133m/s2。并采用有效应力分析有限元程序对堤坝的动点响应进行数值模拟,计算结果与模型试验结果相吻合。在此基础上研究了堤坝的加速度、变形以及下卧液化场地中的超孔隙水压力分布规律,分析了液化场地不同位置土层中的有效应力路径变化规律。研究得出,液化场地堤坝顶和坝趾在地震作用下会发生较大的沉降和侧向扩展,且随地震强度加大而增大。堤坝下卧浅层液化土的超孔隙应力比相对较小但其体积变形较大,坝顶的残余沉降可达1.4m,地震中堤坝底部土体同自由场地土体的有效应力路径和应力-应变特征不同。土工离心机试验结果同数值解析结果基本吻合。     

松粉砂地基地震后堤坝稳定性分析

本文在试验研究松砂静动力孔压上升曲线、不排水剪切过程中应力应变软化曲线和稳态强度等的基础上，基于地震结束后应力、孔压重分布的思想，采用有效应力有限元法，对某一堤坝及坝基进行了地震后液化区扩展及整体稳定性分析，表明本文所建议方法的可行性，揭示了进行地震后液化分析和安全性评价的重要性。     

松砂液化后液化区渐进扩散的计算方法初探

本文介绍了稳态强度有关特性，在此基础上，建议了因考虑稳态强度而导致地震液化后土体的液化区渐进扩散的计算方法.并利用某土坝作为算例，进行了计算，得到结果合理，为深入研究地震后的土体液化区扩散，从而进一步研究堤坝稳定性分析打下基础。     

水库大坝地震基础液化动力分析

基础液化对大坝长效安全运行构成严重威胁,时常导致边坡失稳。选取石梁河水库大坝典型断面进行地震危险性分析,开展现场标贯试验和室内动三轴试验,对坝体堆土、坝基粉质黏土、中砂和粗砂进行基础液化判别,对坝基可液化土进行了有效应力动力响应计算。结果表明,在8度地震作用下,上游库水位以下坝体堆土浅层轻微液化,坝基中砂层局部液化;大坝可能存在裂缝和局部隆起,但整体稳定,加强排水对减少基础液化切实可行。     

钱塘江防洪堤地震液化及稳定分析

本文针对钱塘江防洪堤堤身和地基均为松散的粉砂土在地震作用下易液化的特点，通过动三轴试验和共振柱试验研究了粉砂土的液化特性，并以Biot动力固结方程为基础、同时考虑土体非线性性质和土体阻尼效应，分析研制了堤坝动力响应及稳定的二维平面应变排水有效应力动力分析程序，采用国内两种典型的Ⅶ度地震曲线，对钱塘江防洪堤工程的三种典型工况进行了液化稳定计算，综合分析研究了钱塘江防洪堤工程的抗震性能。     

地震作用下岩质边坡变形破坏效应研究

文中以汶川地震灾区公路沿线的裕丰岩边坡为例,采用有限元模拟软件对该高边坡进行模拟分析,研究地震作用下岩质边坡的变形破坏过程。分析了坡体关键位置位移和应力变化,通过分析得出:在边坡水平方向上随着坡深的增大应力会增大,在坡表达到最小。边坡垂直方向上应力会随着高程的增加而减小,在坡顶达到最小,坡脚处最大的发展规律。而且在边坡拐点、转折端会产生应力集中,这些地方是边坡失稳的起始位置。坡体内最大的水平和垂直位移发生在边坡的中上部和坡体表面。上述规律对于防治地震作用下边坡的变形破坏效应具有指导作用。     

液化场地堤坝地震响应的自适应步长法数值模拟

土体在地震液化过程中表现为较强的材料非线性,此时动力数值分析中时间步长过大必然导致较大的误差。本文在水土耦合弹塑性有限元法和Newmark时域离散法的显式动力液化数值分析平台上,引入时域离散后验误差评估方法,并基于误差评估结果进行了时间步长的自适应调整,建立了基于自适应时间步长的液化动力数值分析方法,并将此方法应用于液化场地堤坝的地震响应数值模拟。通过分析堤坝算例,对比了自适应时间步长法和固定时间步长法计算的堤坝变形、超孔隙水压力比和平均相对误差等的变化规律。结果表明自适应时间步长法在土体动力液化显式数值分析中可以获得较高的计算精度,同时也可以提高计算效率、节省计算时间。     

液化场地堤坝地震响应的自适应步长法数值模拟

土体在地震液化过程中表现为较强的材料非线性,此时动力数值分析中时间步长过大必然导致较大的误差。本文在水土耦合弹塑性有限元法和Newmark时域离散法的显式动力液化数值分析平台上,引入时域离散后验误差评估方法,并基于误差评估结果进行了时间步长的自适应调整,建立了基于自适应时间步长的液化动力数值分析方法,并将此方法应用于液化场地堤坝的地震响应数值模拟。通过分析堤坝算例,对比了自适应时间步长法和固定时间步长法计算的堤坝变形、超孔隙水压力比和平均相对误差等的变化规律。结果表明自适应时间步长法在土体动力液化显式数值分析中可以获得较高的计算精度,同时也可以提高计算效率、节省计算时间。     

基于强度折减法的水库泄洪洞边坡稳定分析

在天然边坡上进行洞室开挖,将破坏边坡原始的地质及应力条件,有可能导致边坡失稳。本文以强度折减法为边坡稳定计算的方法,对清蓄下库泄洪洞的两种进洞方案进行边坡稳定分析。计算结果表明:采用调整后的进洞方案,进洞口位移大幅减小,塑性区分布远离洞室,衬砌结构拉应力值较低,边坡安全系数为1.33,满足泄洪洞边坡稳定要求。     

土质堤坝地震反应的简化有效应力计算方法

详细介绍了一种简便计算土质堤坝地震过程中动孔隙水压力增长的方法一一动孔压试验曲线法的基本原理和计算过程。利用该法对一土坝进行了考虑动孔压影响的非线性有效应力动力分析，预测了抗震加固前后大坝可能液化范围和坝坡稳定安全系数，并作比较分析。分析表明，动孔压试验曲线法应用简便，计算结果合理可靠。采用堆石压坡抗震措施能有效地减小大坝的液化度和可能液化范围，同时又能明显提高坝坡抗震的动力稳定性。     

高面板堆石坝坝坡稳定的动力有限元分析

建立新的有限元分析方法,为准确合理地进行高面板堆石坝的坝坡稳定动力分析提供参考。基于应力水平的有限元计算结果,将大型有限元软件ADINA的应力变形计算功能与GEO-SLOPE软件的边坡稳定分析功能相结合,提出了高面板堆石坝坝坡稳定动力有限元分析方法,并利用该方法对紫坪铺水利枢纽工程面板堆石坝在"5·12"汶川大地震期间的大坝动力反应及坝坡稳定进行了三维有限元模拟分析,得出坝体位移的动力分析计算结果与该坝震后位移实际观测结果基本吻合,坝坡动力稳定的分析计算结果与震后实际调查分析结果基本一致。所提出的高面板堆石坝坝坡稳定动力有限元分析方法是合理的,所获得的分析计算结果准确可信。     

地震作用下反倾向层状岩质边坡弯曲倾倒稳定性分析

当前关于弯曲倾倒破坏的研究鲜有涉及到地震荷载,地震荷载对反倾向边坡弯曲倾倒稳定性的影响规律尚不清楚。为了解决上述问题,提出一种分析地震作用下反倾向层状边坡弯曲倾倒稳定性的极限平衡方法,该方法认为边坡发生破坏时,坡体内部应力达到极限平衡状态,即基于边坡破坏面计算得到的坡脚岩层剩余下滑力(倾倒力)为0。基于静力等效替代思想推导了推力线高度的计算公式;通过严格的力学推导确定岩层的稳定区域、破坏区域及破坏区岩层的破坏模式,并通过逐步迭代的方式计算坡脚剩余下滑力(倾倒力)。选用皖南板岩边坡作为工程实例,计算结果表明采用本文方法得到的边坡破坏面和稳定系数是合理可信的。通过地震影响系数的敏感性分析发现,随着地震影响系数的增大,坡脚剩余下滑力(倾倒力)增大,而边坡稳定系数减小,边坡更容易发生浅层破坏,变得愈发不稳定。     

覆盖层上高面板堆石坝的极限抗震能力

针对地震作用下面板坝的非线性动力反应,为了准确评估大坝的极限抗震能力,从坝坡抗震稳定性、坝体震后残余变形、坝基覆盖层液化和面板接缝变形等方面探讨面板坝的地震破坏计算方法和评价标准。采用三维有限元法,对某覆盖层上高135 m的混凝土面板堆石坝进行极限抗震能力计算,结合多角度综合分析表明,大坝的极限抗震能力约为0.52g~0.54g,大坝具有较强的抗震能力。     

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。     

塑性应变能判据在含组合软弱结构面岩质边坡动力稳定分析中的应用

由于地质构造作用,一处岩质边坡往往在几个软弱结构面的共同作用下发生失稳,其破坏形式与单一软弱结构面的破坏形式有较大差异,尤其是在地震的往复作用下,其稳定性分析十分复杂,需要合适的判据对其稳定状态进行判别。鉴于塑性应变能具有客观性强,能真实反映岩土体稳定性的特点,本文基于有限元软件ABAQUS 使用强度折减法建立某一实际水利工程含组合软弱结构面岩质边坡震后塑性应变能与折减系数的关系曲线,以震后塑性应变能突变为失稳判别准则对边坡在地震作用下的稳定性进行了分析,并将计算结果与常用特征点位移突变、塑性区贯通判据结果进行对比。结果表明：塑性应变能突变判据与特征点位移突变、塑性区贯通判据得到的结果相近,准确性有保证,且不受观测点选取等主观因素影响,得到的结果唯一,是在分析含组合软弱结构面岩质边坡动力稳定性时的较优选择。     

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。     

地下洞室震害类型及破坏程度影响因素数值分析

通过对世界各国实际震害资料的搜集整理,综合分析得出地下洞室地震破坏形式有山体边坡破坏造成的结构破坏、洞口塌方、洞室横断面错动破坏、沿相交断层产生较大位移、围岩剥落、支护或衬砌扰动或变形等。运用数值模拟技术,分析地下洞室震害程度影响因素。计算结果表明地震烈度越高,洞室越易遭受破坏;圆形洞室动力稳定性较好;建在均匀、坚硬的岩石中的地下洞室不易遭受地震破坏;地下洞室所处区域地应力越大,其位移动力响应值较小;地下洞室衬砌刚度增大在一定程度上将会加大震害程度;洞室出口段容易遭受地震破坏。     

基于塑性应变能理论的边坡动力稳定性研究

由于地震作用的随机性和复杂性,使得边坡动力稳定状态的判定较静力问题复杂许多,目前还未形成统一且公认的动力失稳判别准则。将塑性应变能理论和突变理论应用到边坡动力稳定分析中,以边坡震后总塑性应变能突变为失稳判别标准来确定边坡动力安全系数。对算例边坡进行动力稳定分析表明：相比于塑性区贯通判据和关键点位移突变判据,塑性应变能判据受人为因素影响较小,计算结果更具客观性,且给出的安全系数准确性有保证,是分析边坡动力稳定问题的较优选择。     

考虑卸荷带和岩体软化特性的某桥址边坡稳定性研究

为了综合分析卸荷带以及凝灰岩泥化夹层对某桥址边坡稳定性的影响,通过不同岩体强度加权计算得到凝灰岩及其泥化带综合强度,结合现场勘察结果,对凝灰岩及其泥化夹层的分布取上限值、平均值和下限值并确定了卸荷带岩体强度参数。在对岩质边坡破坏模式分析的基础上计算了自然工况、地震工况、桥基荷载作用工况、桥基荷载和地震荷载共同作用工况四种不同条件下桥基所在典型边坡的稳定性状况。结果表明:自然工况和地震工况下,桥址边坡最危险滑面的剪入位置为前缘卸荷带,桥基荷载作用下边坡滑面剪入口移至中缘桥基所在位置;桥基荷载作用工况相较于自然状况,桥基处坡体稳定性降幅最大达到23％,最小安全系数为1．526,大于工程边坡稳定性规定的1．350,综合判断该桥址边坡稳定。