上游水位面对土石坝动态反应的影响

土石坝受地震力作用时,坝体内土壤的孔隙水压力立刻反应,激发的超额孔隙水压力比位移监测来得快,因此可将孔隙水压力反应作为土石坝耐震安全评估的一项重要指标。研究利用土石坝离心机模型试验结果,验证有限元素法动态数值分析的土壤组合定律模式,再将此模式应用到土石坝,模拟土石坝在人工合成地震力作用下的动态反应。     

土石坝静力学模型材料研究

<正> 土石坝,尤其是高土石坝的变形分析或稳定分析,目前都不够成熟。因此多数计算分析成果均有待于模型试验和原体观测来验证。 模型试验有两种:离心模型试验和静力学模型试验。对深复盖层的高土石坝进行离心机模型试验目前还存在下列困难:①模型的尺寸与离心机的半径之比一般不能大于1:10。现有的国外离心机的半径均在2～9m之间（国内离心机的半径很小）。允许的沿重力方向的模型尺寸仅为0.2～0.9m。②制造离心机费用昂贵。③离心机试验用于无粘性土常会遇到一些     

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。     

土石坝试验新技术研究与应用

研制的多功能静动力大型三轴试验系统是中国首台能够测量堆石料动态体变过程的大型三轴试验设备,构建了国内外70多座重要高土石坝筑坝堆石料静动力学性质试验数据库,揭示了静动荷载作用下堆石料的颗粒破碎规律及其影响因素、强度与剪胀(缩)非线性变化规律、地震残余变形发展规律、流变规律和饱和砂砾石料地震液化规律等。创建了高土石坝离心机振动台模型试验技术与试验结果分析方法,成功应用于高面板堆石坝与心墙堆石坝地震破坏机理和抗震加固方案有效性验证,得出的高土石坝地震加速度反应和地震残余变形定性与定量分布规律、高土石坝地震破坏机理结果得到了汶川地震后紫坪铺面板堆石坝和碧口心墙坝震害资料的证实。较好解决了目前高土石坝地面振动台模型试验与原型应力水平相差过大,常规离心机振动台模型试验因模型箱尺寸和振动台功率限制无法进行与原型应力水平一致的模型试验的难题。创建了土石坝溃坝离心模型试验技术与试验结果分析方法;研发了离心机大流量水流控制系统,实现了水流在地面普通重力场和超重力场之间的平稳过渡;研发了将模型布置和模型测量两部分有机融合为一体的专用溃坝模型箱,有效解决了管道流量计在坝体溃口流量变幅大和泥石流下无法正常工作的难题,实现了土石坝溃坝全过程溃口洪水流量的测量。上述研究成果为进一步提升高土石坝灾害预测与防控水平提供了重要技术支撑。     

大地震震害与震中距或断层距的相关性

震中距作为地震动衰减关系的参数,是地震现场快速评估的重要指标。根据汶川Ms 8.0级地震中378座严重震损土石坝的坐标数据,通过数理统计,分析不同梯段断层距和震中距下土石坝震损密度分布规律。对土石坝震损比例与震中距和断层距的相关性进行分析比较,并采用最小二乘法回归得出震损数量与震中距、断层距的关系式。结果显示汶川地震中土石坝的震损密度与断层距的相关性大于震中距。认为大震中宜采用断层距为评估现场震害的指标,中小震则宜选用震中距指标。     

大地震震害与震中距或断层距的相关性

震中距作为地震动衰减关系的参数,是地震现场快速评估的重要指标。根据汶川Ms 8.0级地震中378座严重震损土石坝的坐标数据,通过数理统计,分析不同梯段断层距和震中距下土石坝震损密度分布规律。对土石坝震损比例与震中距和断层距的相关性进行分析比较,并采用最小二乘法回归得出震损数量与震中距、断层距的关系式。结果显示汶川地震中土石坝的震损密度与断层距的相关性大于震中距。认为大震中宜采用断层距为评估现场震害的指标,中小震则宜选用震中距指标。     

可液化地基单桩基础离心机模型试验的三维数值分析

文章通过三维水土耦合动-静一体有限元程序DBLEAVES对饱和砂土地基（Dr=40%）单桩基础的离心机模型试验进行模型试验相对应的原型三维有限元数值模拟和分析。对比分析小震（峰值加速度0.08g）和大震（峰值加速度0.47g）情况下的土体加速度、超静孔隙水压、沉降位移以及桩身弯矩等变化规律。其中,地基土的性质采用应力诱导各向异性的交变移动弹塑性模型模拟,基桩采用弹性梁单元模型模拟。结果表明：①超静孔隙水压会“隔断”振动波的传递,当土体接近完全液化时,土表面峰值加速度会明显小于输入波峰值加速度,而当超静孔隙水压比较小时,土表面加速度相对于输入波则可能会放大;②地震时所达到的最大超静孔隙水压比是地基土沉降量的主要因素之一,且一大部分沉降发生在震后的孔压消散期;③数值模拟与模型试验结果的对比分析表明,交变移动模型可以较好地反映土体在交变荷载下的动力响应特性,验证了所采用的DBLEAVES程序和有限元方法的有效性。     

扩径桩抗压性能的颗粒流数值模拟

采用二维颗粒流分析程序对扩径桩抗压试验进行数值模拟分析,并与现场试验结果进行对比。应用PFC2D程序,研究扩径桩在试验过程中时步-位移曲线、桩土颗粒排列变化及颗粒位移的变化。通过不同受荷阶段桩土细观力学特征的对比分析,得出桩在下压达极限荷载时的破坏性状。绘制桩在受荷过程中的荷载-位移曲线,并与实测值进行对比分析。     

瀑布沟土石坝体及防渗墙的离心模型试验和数值分析

本文论述瀑布沟土石坝及坝基防渗墙在施工完建、蓄水至正常高水位、水位骤降及７．５度，８度地震烈度等不同设计条件下的离心模型试验。得出不同坝高的土石坝及防渗墙各部位的应力、变形值。采用有限元计算，并和有关工程的原型观测资料进行了对比分析。     

基于改进CM模型的土石坝三维弹塑性地震反应分析

基于交变移动性（CM）模型,引入饱和度作为状态变量,给出了改进的土体塑性势面方程、屈服方程和协调方程,推导了新的硬化参量计算公式,发展了可连续描述非饱和与饱和土体静动力学特性的弹塑性本构模型。通过转换应力法,将模型从试验应力状态拓展到一般应力状态,使得本构模型可用于复杂三维河谷场地上修建的土石坝的弹塑性地震反应分析。数值模拟了汶川地震中典型震损土石坝的震害过程,模拟结果与实际震害吻合较好。对比研究了输入地震动强度对土石坝弹塑性地震反应分析结果的影响,结果表明土体的弹塑性特性对坝-基动力相互作用有着较大影响。     

瀑布沟堆石坝砾石土心墙施工期孔隙水压力特征与分析

 土石坝施工期孔隙水压力长消过程十分复杂,以瀑布沟心墙监测资料为基础,分析施工期砾石土心墙的孔隙水压力特征及其形成机制,并与小浪底坝和鲁布革坝监测资料进行对比分析。研究结果表明：瀑布沟心墙施工期孔隙水压力长消主要有4种模式,即滞后响应型、即时响应型I、即时响应型II、不响应型;即时响应型II是最主要的长消模式;渗压计响应滞后的实质是渗压计周围土料从非饱和状态过渡到饱和状态的过程;渗透系数是影响渗压计是否滞后的决定性因素;即时响应型I长消模式是心墙局部含水量偏高的结果,施工过程中应尽量使心墙含水量均匀,避免产生即时响应型I长消模式;填筑速率对滞后响应型和即时响应型II孔隙水压力的长消影响显著,而对即时响应型I孔隙水压力长消影响不显著。因此,设计和研究砾石土心墙坝应高度重视砾石土的不均质性。     

非饱和土石混合料的初始吸力

土石混合材料广泛应用在土石坝、堤防、路基等工程中,而这些土工结构的边坡稳定性是工程上关注的问题。在非饱和土石混合料的边坡稳定分析时,需要知道边坡的负孔隙水压分布。现场直接测试吸力（气压为零时吸力是负孔隙水压的绝对值）成本高、精度有限。因此在研究土石混合料的初始吸力特性基础上,估算初始吸力分布不失一种可行方法。本文对不同初始物理状态下土石混合材的击实试样进行初始吸力测试,分析了土石混合料的物理状态与初始吸力的关系。试验结果表明：土样的饱和度比含水率与初始吸力有更显著的关系;在饱和度相同的情况下,土样的干密度较大的土样有较大的初始吸力;土样的初始吸力随着净压力的增大而减小;在干密度、饱和度相近的情况下,土石比越大初始吸力越大;相同的击实能量下,土石比大的试样干密度小。     

水布垭面板堆石坝施工与运行性状反演研究

 利用水布垭大坝建设阶段堆石料的现场大型试验成果,以及施工期、蓄水运行期原型大坝的实际变形监测资料,采用免疫遗传算法反演得到堆石的邓肯E-B模型参数和增量流变模型参数;对施工期面板的脱空现象、初蓄水时和蓄水运行期大坝的结构性态进行验证分析;大坝长期运行特性的计算预测结果表明,大坝结构运行是安全的,我国200 m级面板坝的筑坝技术已日趋成熟。但是,由于水荷载作用下面板下卧堆石应力增长,使得蓄水运行期大坝上游堆石区的流变增加更为明显,导致面板出现挤压现象,需要引起重视。     

深厚覆盖层上高土石坝的动力稳定分析

在高地震烈度区修建深厚覆盖层上的高土石坝面临许多新问题,如大坝的动力稳定、坝基液化问题等。以直粘土心墙及坝基截渗墙土石坝为例,采用三维动力固结有限元方法,研究强震区深厚覆盖层上的高土石坝的动力稳定问题。三维动力固结有限元程序以动力固结方程为基础,采用能够反应土体非线性、滞后性以及不可恢复性动变形特性的拟等效弹塑性本构模型,放弃了动孔压上升模式,在震动全过程中跟踪孔隙水压力产生、扩散和消散的发展变化,实现了动力渗流与动力反应分析的真正耦合,可较好地反映土体在地震过程中的实际性态,避免了动本构模型与动孔压模型有时难以合理搭配的问题。计算结果表明,深厚覆盖层上修筑的直心墙土石坝的静应力和静位移均较大,但它的动应力、动位移及加速度的反应值却均较小,且坝底的孔压比也较小,可满足稳定性要求。     

考虑堆石料软化特性的坝坡动力稳定和滑移变形分析

对10组已建或拟建工程堆石料低围压下三轴固结排水剪的试验数据进行分析整理,得到相应的峰值强度和残余强度,并拟合出考虑堆石料软化的归一化残余强度曲线。在此基础上,采用有限元动力稳定和滑移分析方法分别进行考虑和不考虑堆石料软化的稳定计算,并对计算结果进行讨论。结果表明:在低围压条件下,堆石料发生应变软化现象,整理的堆石料归一化残余强度曲线可为考虑堆石料软化的有限元动力稳定计算提供参考;地震过程中,无论是坝坡的最小安全系数,还是滑裂面的滑移量,随着加速度峰值的增加,是否考虑软化的计算结果差别逐渐增大。考虑坝坡堆石体的软化,对高面板堆石坝极限抗震能力评价具有重要的意义。     

广义塑性模型适用性初探

为验证筑坝材料广义塑性模型在土石坝数值仿真分析中的适用性,以四川猴子岩高面板堆石坝为例,分别采用邓肯E-B模型和广义塑性模型对面板堆石坝进行三维数值模拟计算,并与现场监测数据进行对比。结果表明,竣工期广义塑性模型计算所得堆石体水平向位移及竖向沉降均小于邓肯E-B模型,坝体第一主应力计算结果基本一致,第三主应力E-B模型计算结果小于广义塑性模型;正常蓄水位期,水荷载作用下广义塑性模型预测的坝体水平向变形及面板挠度较邓肯E-B模型小,面板应力较邓肯E-B模型大。两种模型计算所得坝体变形及应力分布规律基本一致,广义塑性模型计算结果比邓肯E-B模型更接近现场监测数据。两种模型的数值计算与实测资料基本吻合。     

碧口水电站土石坝壤土心墙孔隙压力的计算与观测

在碧口水电站土石坝壤土心墙的孔隙压力计算中,初始孔隙压力系数（?）与竖向正应力采用非线性关系,且在（?）与（?）间取值;采用差分法及有限单元法进行孔隙压力消散计算。观测采用渗压计。从初步成果看,（?）的取值是可行的;考虑心墙拱效应后,竣工时的孔隙压力计算值与观测值比较接近。     

300 m级高土石心墙坝流变特性研究

300 m级高土石心墙坝的流变特性对预判坝体竣工后长期变形及沉降具有重要的意义,对于研究防渗心墙能否适应坝体长期变形并正常工作亦至关重要。依托314 m高的双江口土石心墙坝工程,使用大型高压三轴仪对上、下游堆石料进行了流变特性试验研究,研究表明当最终的应力状态一致时,堆石料的流变按照分级加载和按照单级加载得到的流变曲线随着时间的发展差异性逐渐减小,最后基本趋于一致。在试验基础上,依据流变经验模型,得出了流变分析参数,并采用三维有限元法分析了300 m级土石心墙坝的流变特征。数值分析表明流变速率对坝体工后沉降幅度影响显著,由于试验中的流变速率较之现场坝料的实际流变情况明显偏快,因此流变速率的确定还有必要依据已建工程的反分析进行修正。     

Pore Water Pressure Measurements in the Interpretation of the Hydraulic Behaviour of Two Earth Dams

The paper describes and interprets watertightness problems that occurred in two Italian earth dams: the Polverina Dam, a zoned earth dam with vertical clay core, and the Zoccolo Dam, a homogeneous embankment with upstream facing of bituminous conglomerate. Measurements of seepage flows, pore water pressures and displacements in different stages of the dams' lifetime were collected and suitably interpreted to detect the effectiveness of measured physical quantities in revealing watertightness problems. The paper focuses on the role of pore water pressure measurements to such a scope and enhances how the effectiveness of such measurements may be strongly affected by the particular stage reached by the consolidation process within the dam. The analysis of the two case-studies proved that pore water pressure measurements may result effective in revealing hydraulic problems only when significant re-equilibrium processes have taken place in the dam zones where the measurement points are located. Measurements result, instead, ineffective during a nearly undrained stage. The paper also discusses the effectiveness of seepage flow measurements to detect possible hydraulic problems.     

Nonlinear Earthquake Response Characteristics of a Central Clay Core Rockfill Dam

The effect of the 2008 Iwate-Miyagi Nairiku earthquake (M_J 7.2), Japan on the Aratozawa dam, which is a 74.4 m high rockfill dam with a central clay core located in the area, was studied with a main focus on the change in the vibration period, shear wave velocity, shear modulus, and pore-water pressure. In a vertical section of the central part of the dam, three sets of 3-component accelerometers and 15 pore water pressure meters were installed. During the main shock, the acceleration exceeded 10 m/s² at the gallery, inducing large shear strains in excess of 10^-3 and a sudden build-up of the excess pore water pressure in the core. Due to the large strains, the shear wave velocity and shear modulus showed a significant decrease from their initial values and the vibration period was elongated. The decreased shear wave velocity gradually recovered toward the end of the main shock, and continued to recover with the passage of time. The full recovery of the wave velocity was found to take at least one year, while the dissipation of the excess pore water pressure proceeded more quickly than the recovery of the wave velocity.