非线性心墙坝渗流及坝坡稳定性分析

土石坝的坝坡稳定和渗流是影响土石坝安全和蓄水的重要因素,文中采用非线性极限法对本实例土石坝进行坝坡稳定和渗流分析。基于有效应力的方式,采取非线性离散结构土体,考虑了地震荷载和渗流作用建立极限分析的非线性规划模型。运用非线性迭代法对本实例土石坝进行非线性坝坡稳定及渗流模拟计算。得出非线性模型下土石坝坝坡滑移和渗流规律,对工程仿真分析有一定意义。     

北票市富贵鸟1号尾矿坝地震液化分析

结合北票市富贵鸟1号尾矿坝的工程实例,采用地震动力稳定性数值法进行了地震液化分析,通过计算该尾矿库在某一地震波作用下的动力稳定性,可得知:当地震波频频输入时,该坝体也不会产生较强的反应,且液化区位于尾矿库滩面内,与滩顶的距离在70 m以上,并且未在尾矿堆积坝坡处发现液化现象。     

考虑饱和-非饱和渗流的土石坝渗流及稳定性计算

以某土石坝为研究对象,依托Geo-studio软件的渗流计算和边坡稳定性计算模块,文章比较了仅考虑饱和渗流与考虑饱和-非饱和渗流两种状态下土石坝坝体的渗流和稳定性计算结果差异。计算结果显示,考虑饱和-非饱和渗流状态下的土石坝浸润线位置较仅考虑饱和渗流状态下的要高,单宽渗流量更大;与此同时,坝坡稳定性计算结果显示考虑饱和-非饱和渗流状态下的土石坝稳定性系数较仅考虑饱和渗流状态下的低。     

鞍钢矿业公司大孤山尾矿坝动力稳定性分析

文章以经简化和处理后的实测主轴剖面为计算模型,对大孤山尾矿坝渗流场进行了数值分析,并在此基础上,用动力有限元法研究了该尾矿坝在水平地震作用下的动力反应规律,并对坝体震动液化进行了判别,分析结果显示,该尾矿坝对地震动力反应较小,坝体稳定。     

基于数值流形法的土质边坡动力稳定性分析

由于对NMM动力作用下边坡的稳定分析研究较少,利用数值流形法（NMM）对这一问题进行了分析研究,引入黏性阻尼来耗散系统的能量,通过算例验证了NMM求解边坡永久位移的有效性;利用地震动力时程分析得到的边坡应力场计算出了边坡的动力安全系数时程曲线,并搜索得到地震时程下最小安全系数及其对应的边坡最危险滑裂面,将该最危险滑裂面模型作为NMM的计算模型进行永久位移的计算且与Newmark法得到的结果进行对比,两者结果相近。结果表明：NMM可有效进行边坡动力稳定分析、模拟计算边坡的永久位移。     

地震边坡破坏机制及其破裂面的分析探讨

 地震作用下边坡破坏机制是边坡动力稳定性分析的前提,目前主要采用拟静力与动力有限元时程分析的方法进行分析,认为地震边坡破坏机制为剪切破坏,并以极限平衡法计算得到的剪切滑移面作为地震动力作用下的破裂面,而不考虑地震荷载作用下的拉破坏,从而使地震边坡稳定性分析失真。汶川地震边坡调研发现,滑坡上部多数发生拉破坏,甚至有些岩土体被抛出,这是一个很好的启示,为此,采用FLAC动力强度折减法,结合具有拉和剪切破坏分析功能的FLAC3D软件对地震边坡破坏机制进行数值分析。计算表明,地震边坡的破坏由边坡潜在破裂区上部拉破坏与下部剪切破坏共同组成,而不是剪切滑移破坏,通过多种途径给出地震边坡破裂面位置的确定方法,为边坡动力稳定性分析提供更加准确的基础。     

偏压隧道洞口边坡地震动力反应及稳定性分析

用动力有限元法研究了偏压隧道洞口横向边坡在水平地震、垂直地震以及水平和垂直地震同时作用下的全时程动力反应规律。在动应力计算结果的基础上，叠加静应力场，分析三种工况下最危险滑动面的动力安全系数时程，并采用平均动力安全系数法和地震永久性变形评价洞口横向边坡的地震动力稳定性，最终建立了偏压隧道洞口横向边坡的地震动力响应分析及稳定性评价模型。     

潜在滑移线法分析边坡滑动面及稳定性

提出了用潜在滑移线 (面 )理论分析边坡滑动面及稳定性的新方法。该方法根据弹塑性有限元的应力分析结果 ,用数值积分方法确定边坡的潜在滑移线 (面 )、最危险潜在滑移面和边坡稳定性安全系数 ,具有严密的理论依据。通过大量的边坡算例和实例分析得出 ,本文所提出用潜在滑移线 (面 )理论分析边坡稳定及潜在滑面是正确的 ,具有较强的优越性 ;常规边坡稳定性分析与本文方法所得到的最危险潜在滑移线 (面 )形状和位置、边坡稳定安全系数均相差较大 ,常规法所得到的结果与实际与相差较大 ;岩土的变形参数变化对潜在滑移线 (面 )的形状影响较大 ,对边坡最危险潜在滑移线 (面 )的形状、位置及平均稳定安全系数影响不大 ;坡顶荷载变化对潜在滑移线 (面 )的形状、位置和边坡稳定安全系数均影响较大。     

用刚体弹簧元法求解边坡、坝基动力安全系数

提出采用刚体弹簧元分析边坡、坝基、坝肩等结构物在地震波作用下的动力稳定性,并将该方法应用于工程实际。该方法的新颖之处在于所得动力安全系数不再为某一定值,而是随地震波的作用而发生波动,因而更深刻地反映了动力现象本质,同时使得对最危险滑块组合的搜索成为可能     

应用ABAQUS程序进行渗流作用下边坡稳定分析

为进行渗流作用下的边坡稳定性分析,需考虑渗流场与应力场之间的相互耦合作用.ABAQUS有限元程序具有良好的渗流和变形耦合分析功能,能将渗流场和应力场直接进行耦合,故采用ABAQUS有限元程序结合强度折减技术进行稳定渗流作用下边坡稳定分析,得到边坡整体稳定安全系数,且利用该程序强大的后处理功能,可揭示坡体内渗流浸润面和最危险滑动面的形状和位置,为验证该方法的可靠性,与基于传统极限平衡理论的瑞典条分法和简化的Bishop法进行对比分析.实例计算结果表明,基于ABAQUS的有限元强度折减法克服传统极限平衡法的缺点,计算结果更为合理可靠,是进行渗流作用下边坡稳定这一复杂问题分析的有效方法,可为工程实践提供参考依据.同时,就土体渗透性强弱对渗流浸润面位置及边坡稳定性的影响进行大量的分析和比较,并通过计算表明有限元模型边界的选取对渗流浸润面位置及边坡稳定性都会产生影响,因此有限元建模应合理地选取计算边界.     

土石坝坝坡模型振动台破坏试验的数值验证

 在土石坝坝坡模型振动台破坏试验基础上,采用数值分析方法,对坝坡的动力特性、稳定性以及加筋抗震措施的性能进行研究。采用动力弹塑性分析方法,对坝坡模型振动台试验进行数值仿真,通过类比计算工况,比较、分析坝坡的破坏过程及其破坏性态以及永久位移的变化规律;同时,采用拟静力方法对坝坡的稳定性进行分析,通过设定滑裂面参数,比较滑裂面的深浅,分析加筋对坝坡稳定性的影响,并与试验结果进行对比验证。结果表明：对模型进行的数值模拟和模型试验所得到的结果较为一致,表明坝顶是薄弱部分,破坏首先从坝顶附近开始,减缓坝坡或坝坡加筋均可减小坝坡的永久位移,但加筋能提高坝坡的整体稳定性,能有效控制坝坡的浅层滑动,且不增加大坝填筑量,与缓坡比较有较强的优势。该研究结果可为大坝的加筋抗震措施设计提供依据。     

确定岩质边坡地震安全系数的简化方法

作为岩质边坡地震稳定性评价的规范方法,拟静力法忽略岩体的动力特性和地震动大部分特性的影响,而地震时程分析法考虑的因素较全面,却相对费时费力。目前岩质边坡地震稳定性评价缺乏较好地考虑岩体的动力特性和地震动特性的简化方法。为此,综合利用时程分析法和拟静力法的各自优点,建立地震安全系数与拟静力安全系数间的关系,提出2种岩质边坡地震稳定性评价的简化方法：(1) 对于重要边坡,建立边坡地震安全系数与地震动峰值、边坡拟静力安全系数的统计经验公式;(2) 对于一般边坡,统计边坡地震安全系数与拟静力安全系数的修正系数,建议相应的修正方案。以典型岩质边坡为例,采用显式波动有限元–极限平衡法,阐述所提出的简化方法的详细实施步骤,初步证明所提出方法的可行性和合理性。所建议的简化方法为重要工程岩质边坡震后快速评估和一般工程岩质边坡抗震稳定性评价提供有益的思路和重要参考。     

顺层岩质边坡地震动力响应及地震动参数影响研究

 利用FLAC2D建立顺层岩质边坡模型,分析其在地震作用下的动力响应规律,研究地震动参数对其动力响应的影响。结果表明：顺层岩质边坡在地震作用下失稳主要由结构面控制,位移主要发生在潜在滑移面上部岩体中;对地震波存在垂直向和临空面放大作用,其滤波作用没有土质边坡明显,不同岩层会对某一频率的波产生明显的放大效应;当振幅、卓越频率增加时,坡肩下方的加速度放大系数呈递减趋势,且在强度相对较低的岩体内较明显,但随着振幅增加,边坡动力响应增强;各处加速度放大系数受地震动持时影响较小,剪应变增量受其影响较大。当振幅、持时增加时,边坡位移呈增大趋势;当卓越频率增大时,边坡位移减小。同时,证实了地震边坡破坏由上部拉破坏与下部剪切破坏组成,研究结果有助于进一步揭示边坡在地震作用下的失稳机制。     

地震作用下边坡岩体动力稳定性数值模拟

 以金沙江龙蟠边坡变形岩体为例,采用人工合成地震动为输入条件,并考虑超静孔隙水压力的作用,运用离散单元法进行边坡岩体的全时程动力分析,探讨地震作用下边坡岩体的动力响应规律及稳定性。数值模拟结果表明：地震惯性力的作用引起剪应力的积聚效应;岩体结构面对岩质边坡的地震动力响应起控制性作用;边坡最危险状态是地震刚刚开始时由静态到动态所发生的巨大系统改变之时;地震作用导致岩体变形破坏的主要机制是剪应力积聚和超静孔隙水压力累积效应的耦合作用。同时,计算结果还表明,龙蟠边坡变形岩体在遭受地震时不会发生整体性的远程滑动,这一结论对金沙江宽谷坝址的抉择具有重要的工程应用价值。     

河谷场地地震波传播解析模型及放大效应

从形态上看,自然界存在平坦、凸起和凹陷3种常见的地形及场地条件,而河谷场地是一种常见的凹陷地形,且在河谷场地修建了大量工程(如土石坝、桥梁等)。实际震害调查表明地形及场地条件对地震灾害影响很大。针对河谷场地地震波传播解析模型及放大效应,全面总结了笔者及其课题组长期以来的研究成果。主要包括以下4个方面:(1)提出了近源地形与场地效应的概念,用线源柱面SH波模拟入射地震波,平面波是其远场入射的特例,构造了线源柱面SH波自由场,定义了近源激励下的放大因子,实现了入射波波前弯曲及其地形放大效应,为其它地形和场地引起的近源放大效应研究开启了新的可能。(2)构建了非对称V形河谷地震波传播解析模型,包括亥姆霍兹运动方程、河谷表面自由边界条件及虚拟辅助边界应力与位移连续条件,提出了区域分解与区域匹配分两步走的策略,首先将整个区域分解成3个符合极坐标系的子区域,在子区域中对运动方程进行求解获得相应的波场(含有未知系数),然后将各个子区域的波场在边界进行匹配,利用边界条件求解未知系数,从而获得整个区域的波场解答以及柱面SH波的二维散射规律,揭示了非对称V形河谷的差异放大效应,这将对建在非对称V形河谷上的长大跨度工程有着不可忽视的影响。(3)U形河谷在地球表面是普遍存在的,由于缺少实际地震记录和理论研究,U形河谷的地形放大效应仍然未知。构建了U形河谷解析模型,本质上也就是亥姆霍兹方程的边值问题,并得到了这个问题的波函数级数解,发现了U形河谷谷底对地震波的异常放大现象,改变了学术界以往认为凹陷地形底部地震动一定会衰减的不全面认识,并被用来解释中世纪暖期美国亚利桑那州的大量山体落石与滑坡现象。(4)河谷常有沉积物(覆盖层),覆盖层将进一步加剧地震放大效应。构建了线源柱面SH波半圆形沉积谷解析模型,并给出了其解析级数解,发现覆盖层对地震波有明显的放大效应,且覆盖层阻尼比较小时剧烈放大,这将加剧工程结构的破坏。最后,考虑河谷场地地震放大效应进行河谷两侧边坡地震稳定性分析,及土石坝地震反应分析与坝坡地震稳定性分析,认为河谷场地地震放大效应对边坡工程与土石坝工程抗震分析有着重要的影响。     

反倾层状结构岩质边坡动力响应特性及破坏机制振动台模型试验研究

采用物理模型试验,研究强震作用下反倾层状结构岩质边坡动力响应特征及破坏过程。试验结果表明：(1)加速度放大系数具有随坡高而增大,且越接近坡顶放大越明显的非线性高程效应及越接近坡表放大越强烈的非线性趋表效应。(2) 基本以3/4坡高为界,此高度以上,边坡水平加速度放大效应明显高于垂直加速度,而此高度以下,垂直加速度放大效应较明显。(3) 地震波频率对加速度放大系数影响最大,当地震波频率越接近坡体自振频率时,加速度放大越明显,且边坡出现波动特性的坡高越低。(4) 加速度峰值不改变动力加速度放大系数在坡体内的分布,但加速度峰值越高,边坡动力加速度放大系数越大。(5) 反倾层状结构边坡在地震力作用下的破坏过程主要为：地震诱发→坡顶结构面张开→坡体浅表层结构面张开→浅表层结构面张开数量增加、张开范围向深处发展,且坡体中出现块体剪断现象→边坡中、上部及表层岩体结构松动,坡体内出现顺坡向弧形贯通裂缝。试验中出现的变形分带现象进一步证明了动力加速度放大系数在坡体内分布的非线性。     

平稳随机地震动模型及其激励下土石坝地震反应特性研究

考虑地震荷载的随机性,根据随机过程理论,提出一种简单的模拟平稳随机过程的地震动模型,并给出了确定模型参数的原则和方法。继而,将其应用于一实际均质土坝,并与Kanai谱和马尔柯夫谱进行了比较,验证了该模型的合理性。同时,探讨了该土石坝在随机荷载激励下的地震反应特性。     

Earthquake performance assessment of concrete gravity dams subjected to spatially varying seismic ground motions

This paper investigates the earthquake performance of concrete gravity dams under spatially variable seismic excitations. A nonlinear finite element model is developed and validated using shake table experimental results. The model is then subjected to spatially varying earthquake ground motions incorporating the wave passage effect, with values for apparent propagation velocities consistent with the source-site geometry and the shear wave velocity in the foundation rock. The evaluation reveals that different response patterns occur when spatially non-uniform and uniform seismic ground motions are applied as input excitations to the model, because spatially non-uniform excitations induce the quasi-static response, whereas uniform excitations do not, and, in addition, the dynamic response caused by different input motions varies. Notably, spatially non-uniform excitations produce larger opening at the heel of the dam and severer slipping at its toe; this latter observation can have a significant effect on the global equilibrium and stability of the dam during an earthquake.     

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。