基于性能的高土石坝抗震风险分析

在总结世界各国大坝抗震设防标准的基础上,建立了基于性能的高土石坝抗震风险分析模型。根据大坝地震危险性分析,确定了基于性能的地震动输入标准及地震峰值加速度的概率分布形式,建立地震作用下高土石坝常见破损模式(坝坡稳定和永久变形)的结构易损性模型;结合震后损失建议了高土石坝抗震风险评价矩阵。     

高土石坝地震永久变形研究评述

在强震荷载作用下,土体将产生不可恢复的瞬时滑移变形或整体永久变形。永久变形的发展严重危及高土石坝的安全和正常使用,如何预测土体地震后的永久变形成为高土石坝抗震性能安全评价中一个重要的方面。围绕西部大开发和南水北调战略的需要,对高土石坝抗震性能安全评价研究的现实意义和研究现状进行了论述,综述了目前国内外有关高土石坝地震永久变形的分析方法,对今后高土石坝抗震性能安全评价的研究方向提出了一些建议。     

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。     

紫坪铺大坝汶川地震震害分析及高土石坝抗震减灾研究设想

紫坪铺面板堆石坝作为"5.12"汶川大地震强震区高土石坝的典型,重点总结了其主要震害,包括坝体地震永久变形,面板的脱空与垂直缝挤压破坏和施工缝错台,下游坝坡局部震损,防浪墙等坝顶结构震损,渗漏量变化等;并针对本次汶川地震土石坝震害的特点,提出进一步开展有关高土石坝抗震减灾设计研究的一些设想,包括土石坝震害及地震资料的调研与获取,高土石坝动力破损特征与地震灾害机理研究,高土石坝地震安全评价与震害评估方法研究,以及高土石坝抗震加固及应急处置措施研究等.     

我国高土石坝抗震安全研究进展

土石坝在我国水利水电工程中被广泛采用,近年来建成了一批高土石坝工程,不少位于高地震烈度区.其抗震安全一直是社会和业界关注的重点。由于地震传播和土石材料的复杂性,高土石坝抗震安全也是科学研究的难点和热点。通过大量研究和工程实践,我国在高土石坝抗震安全及工程措施方面取得了一系列研究成果,本文着重从高土石坝抗震研究和建设实践出发,概要总结我国高土石坝的抗震设防标准、安全评价准则及计算分析方法、抗震工程措施等方面的研究成果和技术进展。     

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。     

土工抗震60年研究进展与展望

本文论述了土工抗震学科的创立、发展和创新历程,并对汶川地震后土工抗震研究的新进展和主要成果进行了论述和总结,在此基础上对土工抗震学科今后的研究重点进行了展望。自汪闻韶院士1958年在中国水利水电科学研究院创立我国第一个土动力学试验室、开创我国土动力学和土工抗震学科以来,土工抗震学科在土体动力特性测试技术、土的液化机理及判别方法、土工振动台动力模型试验、土体真非线性动力本构模型、土石坝及地基抗震安全评价方法、室内外试验联合确定土体动力特性参数、土石坝及地基抗震设计理论(思想)和原则等方面取得了创新性和开创性的进展,奠定了我国土动力学和土工抗震研究的理论基础和领先地位。2008年汶川地震后,围绕高土石坝抗震的新需求,在高土石坝极限抗震能力分析方法、高土石坝地震破坏模式、高土石坝抗震减灾工程措施等方面取得了一系列新进展,逐步建立了室内试验和现场试验相结合、原型震害-数值模拟-物理模拟相结合、变形分析和稳定分析相结合、整体稳定分析和局部稳定分析相结合的高土石坝抗震安全评价体系。未来迫切需要开展复杂深厚覆盖层上高土石坝抗震关键技术,特高土石坝地震灾变行为与安全控制,基于性能的高土石坝抗震安全评价及灾害控制,水库大坝抗震监测预警、应急处置等方面的研究。     

高土石坝坝坡地震失稳风险评估

将风险概率理念引入高土石坝坝坡抗震稳定性分析中,提出了同时考虑筑坝料参数和地震不确定性的高土石坝坝坡地震失稳风险评估方法。将基于概率烈度的地震动作为拟静力法分析的输入,以考虑地震的不确定性;然后,采用蒙特卡罗法结合高斯过程响应面考虑筑坝料参数的不确定性,综合确定坝坡的地震失稳概率。最后,计算了紫坪铺混凝土面板堆石坝在设计基准期内的坝坡地震失稳概率。提出的方法可为高土石坝坝坡地震失稳风险评估提供参考。     

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。     

高面板坝土工格栅加固机制及抗震加固效果分析

现有土石坝震害调查、模型试验以及动力反应分析等研究结果表明,靠近坝顶区的上部坝坡是土石坝抗震的薄弱部位。目前强震区高土石坝抗震设计多采用土工格栅来加固上部坝坡,以提高坝顶区抗震稳定性,如何合理评价土工格栅的加固效果是国内外学者关注的焦点。本文在系统总结土工格栅加固机理的基础上,基于准黏聚力加固机理和等效复合体计算模型模拟土工格栅加固作用,从坝坡抗震稳定、坝体地震永久变形和面板防渗体系安全等方面对土工格栅加固高面板坝的加固机制及抗震加固效果进行了综合分析评价。结果表明：(1)格栅和堆石料的相互作用使得堆石料具有了一定的整体性,其刚度和强度均有一定程度的提高;(2)格栅加固可以限制堆石体侧向移动,提高坝坡整体性和稳定性,减少坝体地震永久变形,从而改善面板应力分布和减少面板接缝位移,提高防渗系统的安全性;(3)土工格栅对高面板坝具有综合的加固效果,需要采用综合性评价方法进行总体评价。     

地震危险性分析和地震动输入机制研究

结合溪洛渡,小湾等水电工程,研究300m级高拱坝抗震设计中的基础性问题：场址地震危险性分析中不确定性因素的影响分析,重大工程设定地震的确定,设计地震运输入机制等,建立了中国水利水电强震记录数据库,首次将地理信息系统（GIS）高新技术用于水库诱发地震危险性预测分析。本专题成果成大型高拱坝工程的抗震设计提供了一套更合理,具有实用价值的科学方法。     

考虑不同方向地震作用时土石坝动力反应分析

对Abaqus软件进行二次开发,引入等效线性模型,对某心墙堆石坝进行了三维有限元地震反应分析,研究了大坝在Ⅶ度地震下的加速度、动剪应力、相对动位移等反应规律。同时,分别对该坝考虑三向地震波输入及仅两个水平向地震波输人情况下的地震动力反应进行了计算比较,研究竖向地震加速度在Ⅶ度地震下对大坝的影响。结果表明：Ⅶ度地震情况下竖向地震波对土石坝顺河向和坝轴向的动力反应几乎没有影响,但是对竖向的影响不可忽略。     

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。     

三峡溢流坝段动力特性及动力反应分析

本文应用有限元的数学模型,计算了三峡溢流坝——库水——基础系统的动力特性,并用反应谱理论和时程分析计算了坝体动力反应。分析结果表明:该坝型有利于提高抗震能力,地震对坝的稳定和应力状况均能满足设防要求。最后还提出了进一步改善坝的动态特性的建议。     

Seismic stability safety evaluation of gravity dam with shear strength reduction method

A new method of numerical seismic stability safety evaluation for a rock slope is proposed based on the analysis of a gravity dam foundation subjected to earthquake loading. The shear strengths of the weak discontinuities are divided by different shear strength reduction ratios (K) and numerical seismic analysis is carried out after the static analysis is completed. With different K values, the curves of the permanent horizontal displacement of key points of the dam foundation (K-displacement curves) are studied. According to the curve change, the distribution of plastic zones in the foundation, and the slow convergence of the finite element method (FEM), the seismic stability safety factor is defined as K when the gravity dam is in the limit equilibrium state subjected to earthquake loading. These concepts were applied to the evaluation of seismic stability safety of a gravity dam for a hydropower project. The analysis of the example shows that the proposed method is feasible and is an effective method of seismic stability safety evaluation.     

深厚覆盖层上高心墙坝地震惯性力动态分布系数研究

对于强震区坐落在深厚覆盖层(深度超过50 m)上的高土石坝,通过拟静力稳定分析结果初步判定其抗震稳定性是抗震设计的主要内容,其中水平向地震惯性力沿坝基覆盖层至坝顶的动态分布系数是关键。然而,现行《水工建筑物抗震设计标准》(GB 51247—2018)中地震惯性力动态分布系数多基于坐落在基岩上的高土石坝的动力响应规律确定,现有动态分布系数忽略了深厚覆盖层和地震动强度对地震动传播规律的影响。因此,以坐落在深厚砂砾石覆盖层上150 m级高黏土心墙堆石坝为研究对象,结合现行土石坝设计规范和国内已建高土石坝实例,基于统计平均的方法确定了坝顶宽度、坝料分区、坝坡坡比、覆盖层材料的静、动力特性等关键参数,深入探讨了150 m级高黏土心墙堆石坝在小震(0.1 g)、中震(0.2 g)和大震(0.4 g)规范谱地震动作用下不同深度砂砾石料覆盖层的动力响应分布规律,进而总结归纳出不同深度覆盖层下150 m级高黏土心墙堆石坝的水平向地震惯性力的动态分布系数,将其引入到拟静力法稳定分析中,最后基于最危险滑动面和最小安全系数与现行规范所得结果进行对比分析。研究结果表明,小震(0.1 g)和中震(0.2 g)下采用文中推荐的考虑深厚覆盖层和地震动输入强度影响的水平向地震惯性力动态分布系数时将得到更符合工程实际的评价结果。研究成果可为深厚覆盖层上的高土石坝抗震设计提供参考依据。     

底缝对高拱坝地震反应影响的研究

作为减少坝踵部位拉应力的一个工程措施，在拱坝上游底部设置人工底缝已有４０年的历史，然而，强震时底缝对高拱坝抗震性能的地震反应影响的机理和程度，为人们所关注。本文首先通过大型地震模拟振动台的大比尺动力模型试验，比较验证基于显式有限元结合人工透射边界的波动模拟方法与动接触力理论相结合开发的大坝非线性波动分析方法和程序；继而采用经试验验证程序，研究小湾高拱模拟底缝的地震反应。结果表明：底缝影响是局部的，     

三维坐标法在水坝变形观测中的应用

水坝变形是包括水平位移和垂直位移的三维量。水平位移一般可通过边、角观测法来确定其二维坐标，垂直位移一般可用水准法观测，但几何水准法较为繁琐。而三维坐标法观测水坝的变形，能同时观测测点的三维坐标，从而得到水平垂直位移量，从实际应用情况看，这种三维坐标法灵活方便、高效经济，可在一定范围内代替几何水准的工作，尤其对中小型水坝等建筑物的变形观测能收到事半功倍的效果。     

用多拱梁位移法作拱坝动力分析

为解决用多拱梁分载法进行拱坝动力分析时计算较困难的问题 ,提出用多拱梁位移法作为拱坝动力分析的方法 ,即把拱坝离散为一系列水平向的拱和竖向的梁 ,推导出拱单元、梁单元、基础单元的单元刚度矩阵 ,用子空间迭代法计算拱坝的前n阶自振频率和振型向量 ,然后可计算出地震作用时拱坝的动力荷载及地震引起的拱坝应力。     

水库大坝水平静水应力竖向分布规律的新探索

以地球物理学基本理论为指导，根据地球重力场的特点。探讨了水库大坝侧压力及水平静水应力的来源，提出了水库大坝水平静水应力产生的主要原因在于水体重力(即水体地心引力)的观点。水体重力不仅可以产生竖向静水应力，而且还可产生水平静水应力。给出了水体重力所致水平静水应力的科学表达方式，提出了水库大坝静水侧压力及水平静水应力计算的一种新方法，找出了水库大坝水平静水应力的竖向分布规律(与实际情况基本吻合)。