砂土地震液化的一个二维有效应力分析方法

在对土石坝进行有效应力的动力反应分析中,目前采用的孔压上升规律大都是通过量测不排水振动试验的孔压变化得到的。本文提出的二维有效应力动力反应分析方法,其孔压上升规律是根据孔压产生的机理,通过量测振动排水试验的砂样体积变化和砂样的回弹特性得到的。用这个方法分析了某尾矿坝施工过程中经受九度地震的情况,同时也对该坝进行了总应力动力分析,以便与有效应力分析方法进行比较。     

应用《STAB》程序的几点体会

《STAB》程序是中国水利水电科研院编制的土石坝稳定分析程序,它反映了现代土力学边坡稳定分析的理论和实践,具有有效应力和总应力两种分析方法和多种计算方法,并完全贯彻了《碾压式土石坝设计规范》的精神和要求。 从理论上讲,各个运用期采用那种分析方法都是可以的,但是实际应用中还应该选用较方便的分析方法。 1 分析方法及试验参数的选用 1.1施工期土石坝在施工期处于非饱和状态,孔压的产生和消散是     

尾矿高堆坝地震反应的综合分析与液化计算

本文采用了三种方法对德兴铜矿4号尾矿高堆坝(坝高186米)进行了地震反应的综合分析与液化计算。这三种方法是:总应力动力反应分析,不排水有效应力动力反应分析,排水(考虑孔隙水压力消散和扩散)有效应力动力反应分析。在分析中都考虑了尾矿材料的静力非线性和动力非线性。通过三种方法的综合分析,对该坝的静力稳定性以及在8度和9度地震运动下的抗液化稳定程度作出了评价。     

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。     

高面板坝三维真非线性地震反应分析方法及模型试验验证

基于所建立的土石料三维黏弹塑性动力本构模型,并采用新型三维各向异性有厚度薄单元来模拟面板和堆石的接触面特性,结合考虑孔隙水压力的消散和扩散的有效应力分析方法,开发了高面板堆石坝地震反应分析的三维真非线性有效应力分析方法。通过典型坝例分析,比较了真非线性分析与等效线性分析结果的差异,表明真非线性方法较真实地反应了结构的地震反应,而且能够直接计算出坝体的残余变形,在理论上更为合理。采用模型坝土石料低应力状态下实测的静力和动力特性参数,对三维模型坝进行了地震反应分析,并与相应的大型振动台模型试验结果进行了对比分析,两者结果相当一致,验证了研究所提出的计算方法的可靠性。     

1976年7月28日唐山地震时密云水库白河主坝有效应力动力分析

本文采用二维有效应力动力分析方法分析了1976年7月28日唐山地震时密云水库白河主坝斜墙砂砾石保护层滑落的原因。文中对于计算模式和计算方法也作了较系统的阐述。用等参数静力有限单元法计算了白河主坝的非线性静应力,用等参数动力有限单元法计算了非线性动应力、反应加速度、振动孔隙水压力的产生、扩散和消散过程及其不同时刻的分布规律、地震引起的沉降(残余垂直位移)及其与时间的关系。最后,结合算出的孔隙水压力对保护层作了一般的稳定分析。分析结果指明,白河主坝砂砾石保护层滑落的原因是:在地震剪应力作用下保护层内积累了大量的残余孔隙水压力,导致保护层与斜墙接触面的有效应力减小,抗剪强度大量降低之故。     

土石坝心墙应力变化对渗透系数的影响研究

试验和现场监测均表明,土石坝心墙的渗透系数并非是一个常数,而是随着其应力状态和密度的变化呈一定的空间分布。一般而言,心墙土在填筑过程中渗透系数的空间变化因自重荷载大小而产生,密度大的下层土渗透系数小于上层土;不同应力状态下,渗透系数也有一定规律。根据某土石坝心墙土料的等向压缩试验确定心墙各高程处的实际密度,基于该土料在不同密度条件下的渗透系数试验成果,确定各高程处心墙的实际渗透系数。考虑上述土料渗透系数的空间变化后,开展心墙孔压、应力状态的有限元数值模拟。将该结果与常规心墙采用单一渗透系数的计算方法对比发现,考虑心墙渗透系数的空间分布,能够更合理地反映心墙的实际孔压分布和应力状态。     

粘土心墙土石坝震后破坏机理的二维有限元分析

土石坝震后破坏机理研究是土石坝抗震研究中的关键问题之一.本文以新疆恰甫海粘土心墙土石坝为例,利用二维三角形常应变动力固结有限元程序,分析了地结束后粘土心墙土石坝坝体内部孔压场的时程变化规律及其对坝体稳定性的影.究表明,在粘土心墙土石坝震后固结过程中,受边界排水影响而产生的坝体内部压重分布以及孔压升高区域在坝体内部的迁移是导致粘土心墙土石坝发生震后坏的根本原因.本文研究结果可以为高地震烈度区粘土心墙土石坝坝体断面的合设计提供参考依据.     

高土石坝-地基动力相互作用的影响研究

我国土石坝建设高度已迈入300 m级,其体积和质量巨大,坝-基交界覆盖区域(建基面)沿顺河向长可超千米,且筑坝材料具有非线性特性,地震时的坝-基动力相互作用问题越发受到工程界的关注,亟待开展系统研究。本文以我国已建和拟建的若干代表性高土石坝工程为背景,采用波动分析方法考虑坝-基动力相互作用,系统地讨论了地基截取范围的影响,并通过与传统振动分析方法对比,研究了坝-基动力相互作用对大坝地震反应的影响。结果表明:高土石坝的地震反应计算采用波动分析方法更符合实际;在考虑坝-基动力相互作用时,建议地基截取范围取坝-基交界面顺河向长度的0.3～0.5倍(面板坝时约1.0H～1.5H,心墙坝时约1.2H～1.8H,H表示坝高);与振动分析方法相比,波动分析方法获得的坝体加速度极值降幅约为10%～40%,动位移极值降幅约为10%～50%,面板动应力极值降幅:拉应力约为20%～40%,压应力约为15%～30%。可见,坝-基动力相互作用的影响是显著的,振动分析方法不能反映地震对大坝作用的实际情况,高估了大坝的地震反应,从而低估大坝的极限抗震能力。     

基于双场耦合高聚物防渗墙土石坝静动力响应

高聚物防渗墙近年来被广泛应用在堤坝的防渗加固工程中,同时耦合分析方法也成为分析坝体应力场和渗流场的研究热点。为了研究坝体增建高聚物防渗墙后,考虑渗流场和应力场的耦合作用和不考虑双场耦合作用下坝体和墙体的静动力响应,采用FLAC3D软件建立高聚物防渗墙土石坝应力场和渗流场的三维数值分析模型,分析坝体与墙体在静力荷载及地震荷载作用下的应力、位移、孔压和加速度的分布规律。研究表明,与非耦合分析计算结果相比,高聚物防渗墙土石坝耦合计算的应力值和位移值较大,更有利于坝体和墙体的安全性分析,为土石坝防渗加固和堤坝高聚物防渗墙工程抗震设计及施工提供参考依据。     

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。     

察汗乌苏水电站坝基覆盖层土料的动强度特性

通过大型与中型动三轴试验，对新疆察汗乌苏水电站混凝土面板堆石坝坝基土料动强度与动孔压特性进行了试验研究。根据试验结果和以往成果中坝基动剪应力比分布规律初步估计，在该工程给定的地震设计烈度条件下，该坝基覆盖层可以满足建坝要求，不会发生液化破坏。研究成果可为深厚覆盖层地基上高土石坝的抗震稳定性计算和安全性评价提供科学依据，为深厚覆盖层工程特性的进一步研究提供参考。     

自振式水工闸门整体体系动力特性研究

为更好地分析自振式闸门利用振冲液化减阻的相关机理和技术，开发了一套利用振冲液化开启泥沙淤堵闸门的数值分析方法，并利用开发的方法进行了动力特性和反应分析研究。针对自振式水工闸门结构的特点，引入土料的三维真非线性动力本构模型，并通过比奥固结理论来考虑土体振动过程中孔压的消散和扩散过程，同时采用新开发的三维有厚度薄单元来模拟土与闸门的接触面特性，建立了适用于自振式水工闸门结构体系的三维真非线性有效应力动力反应分析方法，对自振式闸门结构整体体系进行了动力特性分析，给出了振动频率和振型，可作为动力分析的基础。     

混凝土坝抗震安全评价指标和方法研究

以提出混凝土坝整体抗震性能评价指标体系和方法框架为目标,分析研究了美国水工建筑物设计规范(EREM)基于性能目标的抗震评价方法、评价标准、定量化性能指标,同时对国内外相关成果进行了对比分析。针对高混凝土坝的最大设计地震(MDE)的设防水准以及最大可信地震(MCE)的安全目标,为了更好地评价地震动作用下结构性态,应注重定量化评估坝体—地基—库水的整体效应,以及应力和变形响应的累积效应,结合现有的高混凝土坝的抗震评估,进行线弹性评价和非线性响应分析。线弹性评价预测应引入USACE评价程序和判别准则中的结构需求能力比、超线弹性累计时间和性能曲线等定量化指标,再结合现行规范从坝体关键部位、横缝等方面进行非线性响应分析修正分步实施,建立混凝土高坝抗震性能定量化评价框架。研究成果为混凝土坝抗震性能评价提供参考。     

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。     

土石坝施工期的孔隙压力观测--关于<土石坝安全监测技术规范SL60-94>的讨论意见

简要讨论了土石坝施工期心墙孔隙压力的观测,非饱和土孔隙压力的成分与性质,孔隙气压力与孔隙水压力的观测,以及几个有代表性工程孔隙压力观测结果的评识,最后就土石坝施工期孔隙压力的观测提出见解和建议.     

超200m级高土石坝坝坡稳定安全系数研究

随着土石坝筑坝技术的不断发展,建造的土石坝越来越高,但超过200 m高土石坝设计一直沿用只适用于低于200 m土石坝的现行土石坝设计规范,相关设计规范亟需完善。基于相对安全率理论计算了不同坝高、不同坡比和不同地震烈度工况下土石坝坝坡稳定安全系数,明确超200 m高土石坝坝坡稳定安全系数变化规律。取超200 m高土石坝坝坡稳定允许可靠指标4.2为标准值,计算了传统方法的相对安全率和可靠度方法的相对安全率,并对两者进行线性回归。结果显示,对于超过200 m高的土石坝,其坝坡稳定安全系数正常工况取值1.6、地震工况取值1.3,与允许可靠指标达4.2处于同一风险控制水平。     

含地下水的回填砂土重力式岸墙地震残余角位移的拟静力计算

引用液化度指标考虑含地下水的回填砂土地震过程中的超静孔隙水压力对墙体运动的影响,基于Mononobe_Okabe拟静力法修正考虑液化度的动主动土压力,根据静力水压力理论近似计算土颗粒里的动水压力。同时考虑了水平与竖向地震载荷,根据力矩极限平衡确定旋转门槛加速度系数,采用旋转块体方法计算岸墙主动旋转运动下的地震残余角位移。选用一理想的地震运动特征,应用该简单预测位移的方法对一算例进行了推算;并对回填砂土内摩擦角、墙体与土间摩擦角、水平与竖向地震加速度系数、回填土地下水位、墙前自由水位和码头墙宽高比多种参数下     

地震作用下孔隙水压力对边坡动力稳定性的影响

以某水库堤坝为研究对象,研究了地震作用下孔隙水压力对边坡动力稳定性的影响。先分析地震荷载引起的渗流场时程变化,再与应力场进行耦合,分析坝坡稳定性。渗流场和震动场分析采用有限元法,坡体稳定性分析采用极限平衡法。结果表明:地震作用会激发超孔隙水压力的增长,是否考虑地震荷载和孔压变化的耦合效应会使得稳定性分析结果有较大差异。不考虑该耦合作用时,边坡易发生浅层滑动,滑动面较平坦,易高估堤坝的抗震稳定性;考虑该耦合作用时,滑面位置明显深入,易发生深层滑动。孔压的累积效应可能是两相介质边坡动力失稳的关键因素。因此,地震作用下孔隙水压力对边坡动力稳定性分析具有至关重要的作用。     

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。