地形地貌条件对边坡动力响应规律的影响

为研究边坡地形地貌条件对土质边坡动力响应规律的影响以及边坡地震反应机理,利用地震模拟振动台,建立不同坡面形态条件下的土质边坡模型进行振动台模型试验。试验结果表明:土质边坡地震动力响应具有高程放大效应,边坡加速度峰值(PGA)放大系数会随高程增加而增大,水平方向坡内土体较坡面土体对地震动荷载放大更为显著;土质边坡地形地貌条件对地震动荷载放大作用有较大影响,边坡坡度越大,边坡形态越复杂,其对地震动荷载放大效应越显著,边坡土体的变形破坏也越显著。     

深厚覆盖层中地震动传播规律离心模拟试验研究

深厚覆盖层上高土石坝抗震问题一直是土石坝抗震研究领域的热点之一,而地震动在覆盖层中传播规律研究是其重要组成部分,为揭示地震在覆盖层中的传播机理,本文开展了离心机振动台试验,分别研究了输入加速度峰值、土层特性对于地震动在其中传播规律的影响。研究发现,地震动经覆盖层传播后,低频成分被放大,高频被抑制,且随着输入地震动峰值增加,地震动加速度峰值放大倍数逐渐减小,而对于相同的地震动输入,加速度峰值放大倍数随着土体剪切刚度的增加而逐渐变大。     

小湾水电站边坡开挖爆破震动监测成果分析

通过对部分爆破震动监测数据进行统计分析,找出了小湾边坡爆破峰值震速出现的时刻及爆破震动主频的特点.利用一元、二元回归分析,得出了小湾边坡在不同开挖坡高、不同爆破方式下的震动衰减规律.规律表明:坡高不大时,震动放大效应不明显,但选择考虑高程效应的经验公式计算震动传播规律误差相对较小;坡高较大时,震速是因传播距离增大而衰减及因高程增大而放大的综合作用结果,随着高程的不断增大,出现了沿高程的局部放大效应,此效应实际上是一种坡面效应现象.分析表明,把握爆破震速峰值时刻及主频特点,探索爆破震动沿边坡的传播衰减规律,优化爆破参数和网路,改善预裂缓冲爆破效果,具有非常重要的实际意义.     

三屯河水库大坝数字强震动监测台阵

介绍了新疆维吾尔自治区三屯河水库大坝安全监测系统的数字强震动监测台阵。该台阵采用了先进的数字强震技术，具有动态范围大，记录频带宽、智能化程度高的特点，具备远程数据通讯和自动报警的能力。强 震数据通讯和数据处理软件齐备，可以迅速提供地震的加速度、速度、位移时程数据，加速度频谱数据和加速数据以及相应的图件。该台阵进行的强震动监测为大坝的地震安全评价，提供了有价值的资料。     

近断层脉冲型地震动作用下面板堆石坝的动力响应

越来越多的高土石坝正在西部地区建设或规划中,其中许多位于发震断裂带附近,遭遇近场强震的概率随着大坝数量的增加而增加,近断层脉冲型地震动作用下大坝地震响应特性亟待研究。本文选取10组台湾集集地震实测加速度时程,结合200 m级的面板堆石坝开展动力有限元分析,研究脉冲和非脉冲地震动作用对面板堆石坝的加速度、水平位移以及面板顺坡向应力的影响。结果表明,与非脉冲型地震动相比,脉冲型地震动对大坝堆石体的水平位移和面板顺坡向应力的影响较大,影响程度随着PGV/PGA(地面峰值速度/地面峰值加速度)的增大而增大。因此,在高地震区修建高土石坝时应对脉冲型地震进行专门研究,综合评价大坝的地震安全性和极限抗震能力。     

拉哇高面板堆石坝极限抗震能力分析

拉哇面板堆石坝位于金沙江上游基本烈度达Ⅷ度的强震区,为评价其极限抗震能力,采用堆石体地震残余变形、坝坡动力稳定、面板应力以及面板脱空等指标,研究了规范反应谱、坝址一致概率反应谱以及设定地震反应谱等不同反应谱在不同峰值加速度下大坝的地震动反应。结果表明:在同一反应谱下随着峰值加速度的提高,大坝的动力反应逐渐增大;不同反应谱在相同峰值加速度下大坝的动力反应呈现较大差异。一致概率反应谱条件下大坝的加速度反应、面板脱空量、堆石体残余变形和下游坝坡的滑动都明显大于规范谱和设定地震谱;设定地震谱下的大坝动力反应则略高于规范反应谱。结合反应谱的生成方式,宜选取设定地震反应谱对拉哇面板堆石坝的极限抗震能力进行评价。计算得到拉哇面板坝的极限抗震能力在0.55g~0.6g。     

复杂斜坡动力响应特征分析

深切谷坡浅表部卸荷裂隙发育,风化强烈,致使浅表层成为非连续介质,出现介质性质差异,地震动响应由此变得复杂。通过对青川东山斜坡地震动监测数据进行分析,并结合适用于分析岩质边坡运动过程的非连续变形分析(DDA)方法对青川东山斜坡动力响应特征进行数值模拟,揭示了震中距、高程、震级、地形以及“丁”字形山体等因素对地震波峰值加速度(PGA)放大的影响。结果表明垂直山脊方向以及高程较高时的地震波峰值加速度放大倍数较大,可达6.12倍;在地形突出部位,地震波亦能得到一定程度的放大,放大倍数可达3.3倍;在“丁”字形山脊结合部位,PGA放大倍数会出现一定程度的减小。     

大渡河摩岗岭地区不同坡体地震动响应研究

大渡河河谷摩岗岭地区为地震高发区,采用FLAC~(3D)软件对该地区三维地质模型进行模拟计算,结合3个监测点的实测数据,研究了该地区不同坡体地震动的响应。结果表明:以海拔最低的3号监测点为参考,河流右岸1号监测点水平SN向地表峰值加速度(PGA)的放大系数达到最大值4.43,数值模拟值为3.50;河流左岸5号监测点地震波的放大系数较右岸明显偏低,实测PGA放大系数2.94,数值模拟结果为1.54。同时数值模拟得出河流右岸坡体随着高程的增加PGA不断增大,在山脊顶部达到最大;而在河流左岸,PGA遵循先增大后减小的规律。研究表明,该地区不同坡体形态对地震动响应也不同,大渡河右岸单薄山脊对地震波放大效应明显高于左岸浑厚山体。     

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。     

地震作用下渗流边坡的动力响应耦合分析

运用有限差分软件FLAC3D,建立某一赋含地下水的顺层岩质边坡三维模型,基于Finn动孔压增长模型,对边坡在地震作用下的加速度响应规律作了流固耦合分析,并就地下水对边坡塑性区分布的影响作了简要分析。数值计算结果表明:含地下水边坡的地震动峰值加速度PGA放大系数和坡顶加速度均大于无水边坡,地下水位升高时,PGA放大系数和坡顶加速度呈波动变化,当边坡土体处于完全饱和状态时,两者均明显增大;坡脚加速度随水位变化也呈波动状态,当边坡土体处于完全饱和状态时,同样明显增大;含地下水边坡的PGA放大系数等值线比不含地下水时的曲线分布更为杂乱,规律性较差,但仍具有明显的加速度垂直放大效应和临空面放大效应;表面风化层的塑性区随水位升高,其拉剪共同作用破坏单元逐渐增加,表面边坡的破坏效应逐渐增大。综合加速度、坡顶位移和塑性区分布来看,地下水对地震作用下顺层岩质边坡的稳定不利。     

非一致地震动输入下高面板坝地震反应特性

为研究地震波非一致输入对三维高面板坝动力反应的影响,采用波场分离的思路将人工动力边界处的总波场分解为无局部场地效应影响的自由场和局部场地效应引起的散射场,借助黏弹性边界建立地震波在自由场作用下地震动非一致输入,实现考虑地基辐射阻尼和地震波行波效应的地震动输入。对我国西南地区某高面板坝进行非一致地震动反应分析,研究P波和SV波作用下坝体结构的动力反应规律。结果表明:当P波非一致输入时,随着入射角度的增加,竖向加速度和动位移极值逐渐减小,水平向加速度和动位移极值逐渐增大;SV波非一致输入时,地震动反应规律与P波入射时相反。入射角度对地震波的行波效应以及坝顶加速度反应谱幅值等都有较显著的影响。     

康定Ms6.3和Ms5.8级地震下 摩岗岭震动监测数据研究

为研究康定M_s6.3和M_s5.8级(M_s为面波震级)2次地震动的响应规律,在大渡河摩岗岭段两岸斜坡不同高程处掘进平硐并安置了强震监测仪。监测数据揭示1^#监测点记录的水平向和竖直向PGA(地表峰值加速度)最大,M_s6.3级水平向达到了16.5～22.2 cm/s²,竖直向也达到了8.9 cm/s²;M_s5.8级水平向为9.9～11.8 cm/s²,竖直向为4.1 cm/s²。以2^#监测点记录的2次地震加速度PGA值为参考,1^#监测点水平向和竖直向PGA放大系数最大,M_s6.3级水平向和竖直向放大系数分别达到5.4,4.2,而震级较小的M_s5.8分别为3.7,2.2。傅里叶谱分析可得各监测点记录的2次地震卓越频率相差不大。由各监测点加速度反应谱可得同次地震中海拔最高的1^#监测点水平向和竖直向反应谱幅值最大;对比同一监测点不同震级加速度反应谱,较大震级的M_s6.3级各个方向幅值比M_s5.8级大。研究表明斜坡不同高程部位对地震波具有选择放大作用,高程越大,这种放大效应越明显。     

新旧抗震规范下重力坝抗震安全性能分析

结合新修订的《水电工程水工建筑物抗震设计规范》(NB35047-2015)与原来的《水工建筑物抗震设计规范》(DL5073-2000),采用振型分解反应谱法分析了新旧规范下重力坝地震动应力、动位移与动加速度的分布规律。研究结果表明:与采用原规范计算得到的结果相比,采用修订规范后,各坝型基频对应的反应谱放大系数增大,计算出的坝顶动位移有所增大,而坝顶动加速度反应却呈现降低趋势;建基面部位地震动应力反应有所增大;坝头部位的地震动应力反应有所降低;坝头部位以下的上、下游坝面地震动应力有所增大。结论为工程设计人员利用新抗震规范对重力坝进行抗震安全性评价提供了参考。     

考虑堆石料空间变异性的心墙坝地震安全性随机有限元分析

土石坝堆石料物理力学性质具有一定的不确定性,探讨了堆石料的空间变异性对心墙坝地震安全性的影响。以某高心墙堆石坝为例,采用基于局部平均细分法的随机有限元法,模拟了考虑筑坝堆石料空间变异性时心墙坝的地震响应以及永久变形情况,对比分析了随机有限元法和常规确定性有限元法的计算结果,并对随机物理参数的敏感性进行了分析。研究结果表明,考虑筑坝材料空间变异性时,(1)大坝峰值加速度响应的取值和频谱特性都发生一定程度的离散,为使设计方案的保证率达到90%以上,需将确定性分析得到的峰值加速度放大1.1倍～1.2倍;(2)大坝震后最大沉降的离散程度相比更大,为使设计方案的保证率达到90%以上,需将确定性分析结果放大1.4倍～1.6倍;(3)心墙坝动力响应对堆石料的干密度和孔隙率的敏感性强于对平均粒径和不均匀系数的敏感性,但当平均粒径和不均匀系数的变异性较大时,大坝响应仍表现出明显的离散性。     

Kokhav Hayarden抽水蓄能电站上、下库坝坡抗震稳定分析

参考国际水电工程的相关要求对以色列Kokhav Hayarden抽水蓄能电站上、下库坝坡进行抗震稳定分析。采用以色列英文版抗震设计规范SI 413—2013确定深厚覆盖层上坝体建基面加速度反应的峰值、加速度设计反应谱和时程输入加速度,进而采用美国规范ASCE 7-05和ICOLD等建议的三种常用拟静力法和拟动力法(Newmark滑块位移法)对建立在深厚覆盖层上的上、下库坝坡进行运行地震和最大设计地震下的抗震安全性复核。由不同允许滑动位移下的拟静力安全系数和坝坡地震滑动位移量计算结果可知,Kokhav Hayarden抽水蓄能电站上、下库坝坡均能满足OBE地震下坝坡位移小于5 cm的工程技术安全控制要求,坝坡抗震设计满足规范要求,上、下库坝坡在OBE和MDE地震下具备良好的抗震稳定性。研究成果对国际工程中深厚覆盖层上土石坝坝坡抗震设计和安全评价具有重要的参考价值。     

地震波斜入射下深厚覆盖层河谷加速度分布特征分析

我国西部地区普遍具有高山峡谷和深厚河床覆盖层的特点,而对于深厚覆盖层河谷场地的地震动分布特征的研究却很少。本文采用黏弹性人工边界及其相关地震动等效荷载输入的方法,研究了地震动P波和SV波入射角度及入射波峰值对深厚覆盖层河谷场地加速度放大系数分布特征的影响。结果表明：（1） P波和SV波入射角度一定时,入射波峰值对河谷两岸平台及岸坡的加速度放大系数影响很小;（2） P波左侧入射时,随着入射角度的增大,左岸平台及岸坡x分量的加速度放大系数增幅较大,z分量的加速度放大系数增幅较小保持在2倍左右,河谷覆盖层表面x和z分量加速度放大系数逐渐趋于均匀分布;（3） SV波左侧入射时,随着入射角度增大,整个河谷覆盖层表面x分量的加速度放大系数呈现出坡脚附近较小,中间部位和两岸平台较大;z分量放大系数呈现出相反的规律。这些结论可以为具有覆盖层河谷工程场址的地震动参数设计及加速度监测点布置提供一定的参考。     

深厚覆盖层特性变化对沥青混凝土心墙坝动力反应影响研究

在我国西部强震区修建的沥青混凝土心墙坝大多建于深厚覆盖层上,深厚覆盖层的存在明显改变了覆盖层底部传入到坝体的地震动特性。考虑了覆盖层厚度、土体动力特性参数和土层结构型式等因素的变化,建立二维有限元计算模型,基于一致输入方法分析了覆盖层对沥青心墙坝动力反应的影响规律。结果表明：沥青心墙顶部加速度放大系数并非随覆盖层厚度增加而逐渐增大,而是存在一个临界厚度,超过此厚度时,加速度放大系数有所降低;同一厚度下覆盖层土体动剪切模量增加,则沥青心墙顶部加速度放大系数增大,随着饱和程度的增加,其加速度放大系数先增大后减小;覆盖层土体软弱细砂层的耗能作用使得覆盖层顶部加速度放大系数降低率达31.7%。     

基于NB35047-2015规范的锦屏拱坝抗震复核

能源行业标准《水电工程水工建筑物抗震设计规范》(NB35047-2015)已于2015年9月1日颁布实施。介绍了依据该规范开展的锦屏一级高拱坝抗震安全复核工作。主要内容包括:基于设定地震的场地相关设计反应谱研究;采用动力拱梁分载法、线弹性有限元法和非线性有限元法,进行设计和最大可信地震作用下的应力和坝肩岩体动力稳定分析;在选定的人工地震波基础上,采用以基岩峰值加速度在设计地震基础上比例放大的方式,进行大坝地基系统在超设计地震荷载下的地震超载能力分析。复核分析表明,锦屏一级高拱坝具有较高的抗震潜力;设计地震和最大可信地震作用下,坝体抗压强度安全满足现行抗震规范要求,且抗压强度安全有较大安全裕度,坝体拉应力基本未超过混凝土容许的应力范围,仅局部应力集中部位拉应力较大,能满足校核地震作用下"不溃坝"的设防要求。