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。     

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.     

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。     

高土石坝地震动力反应特性大型振动台模型试验研究

心墙堆石坝和面板堆石坝是目前高地震烈度区高坝建设中普遍采用的两种高土石坝坝型,它们的动力反应特性和抗震性能是水电工程界普遍关注的问题。本文基于双江口高心墙堆石坝、两河口高心墙堆石坝和猴子岩高面板堆石坝等3个实际工程的大坝大型地震模拟振动台模型试验,对比、分析试验结果,研究高土石坝地震动力反应特性,重点考察了两种坝型(心墙坝和面板坝)地震动力反应特性的异同点。研究表明:高面板堆石坝和高心墙堆石坝均有良好的抗震性能;水库蓄水对两种坝型结构动力特性参数变化的影响规律有所差异;面板对堆石坝上游坝坡的保护作用明显,有效抑制了上坝坡的加速度反应;面板堆石坝虽然抗震性能优良,但对面板相关的设计和施工水平依赖性很强。     

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。     

高土石坝地震安全评价及抗震设计思考

介绍了国内外几座典型土石坝的震害表现,并对这些土石坝,特别是紫坪铺混凝土面板堆石坝的震害原因进行了详细分析.结果表明,地震导致的坝体附加变形以及坝体不同部位变形的不均匀和不协调是土石坝发生震害的主要原因,土石坝的各类不同材料的接触带以及河谷地形突变处是发生震害的主要部位,在大坝设计施工时需特别予以关注.最后,对高土石坝安全评价和抗震设计方法提出了若干建议,并特别指出,考虑到地震的随机性和高土石坝安全的绝对重要性,有必要研究高土石坝的极限抗震能力.     

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。     

新疆玉龙喀什水利枢纽工程土石坝坝型选择

玉龙喀什水利枢纽位于高山峡谷区,岸坡陡峻,场地地震基本烈度Ⅷ度,大坝地震设防烈度Ⅸ度,为强震、寒冷峡谷山区河段上的230 m级高土石坝。笔者根据工程区土石坝建设条件,详细统计了国内外强震区高土石坝现状,确定了可参与坝型比选的三种土石坝坝型,并逐一进行可行性分析,最终确定混凝土面板堆石坝为推荐坝型。同时,也指出了大坝设计难点和目前开展科研试验研究的具体方向。     

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。     

高聚物胶凝堆石料技术及其抗震性能

为提高坝体堆石料的整体性及强度、改善土石坝的抗震性能,在分析高土石坝地震危害和抗震措施的基础上,提出加固坝顶和坝坡浅层等局部位置的高聚物胶凝堆石料技术,通过静、动三轴试验分析高聚物对堆石料的改性作用。试验结果表明,掺加高聚物之后材料的黏聚力大幅增加,动弹性模量略有提高,残余变形明显减小,显现良好的抗震性能。某典型高土石坝的数值计算分析结果表明,采用高聚物胶凝堆石料技术进行加固后,坝坡地震过程中的最小抗滑安全系数增加约10%,大坝的抗震稳定性得到提高。     

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。     

紫坪铺混凝土堆石坝抗震风险分析

结合"5·12"汶川强震考验的紫坪铺混凝土面板堆石坝工程的震损情况,利用高土石坝抗震风险分析模型,针对坝坡失稳和坝体永久变形两种常见的破坏模式应用可靠性理论与静、动力有限元计算等方法展开深入研究,利用蒙特卡罗随机抽样方法计算大坝失事概率,最后结合震损统计结果和高土石坝抗震风险评价矩阵等级表,对紫坪铺大坝进行抗震风险等级评定,结果表明紫坪铺大坝在地震后具有高风险,需要及时进行抗震加固。     

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。     

高土石坝动力反应的敏感性分析

目前高土石坝抗震设计一般要进行坝体动力敏感性分析,但分析方法还没有共识。为此,以典型200m心墙堆石坝为例,进行了土石坝动力敏感性分析,分析结果表明,坝料动力特性取模量比衰减的上限曲线和阻尼比增长的下限曲线进行组合,坝体的动力反应和地震永久变形均最大,建议作为坝体抗震设计的控制工况。     

面板堆石坝工程抗震措施数值仿真计算研究及论证

我国西部地区地震活动频繁、强度大、分布广,在高烈度地震区进行高土石坝建设,大坝的抗震安全及工程措施已成为亟待解决的关键技术问题之一。依托古水水电站高面板堆石坝工程,采用数值仿真手段对多种工程抗震措施方案进行了计算分析,对比论证了不同抗震措施的合理性和有效性。结果表明,强震时坝顶加筋的抗震措施效果较为明显,在面板中部压性缝内填充材料可减轻面板坝轴向的挤压破损,在面板中上部设置水平结构缝可对面板顺坡向的拉裂破坏起到较好的减缓效果。     

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。     

高土石坝抗震关键技术研究

高土石坝抗震关键技术研究“八五”攻关专题，是结合瀑布沟、小浪底、吉林台、紫坪铺、大柳树等５座２００ｍ级高土石坝工程进行的。内容涉及多种坝料及地基土的动力工程性质及其测试技术研究，高土石坝动力分析方法及抗震工程措施的研究，经过参与单位的努力，已取得了若干重要进展。     

近断层地震动作用下面板堆石坝的加速度分布系数

我国西部地区有很多已建、在建及拟建的高土石坝工程,坝高已达200 m以上,这些高坝有的位于地震断裂带附近。规范中关于地震加速度动态分布系数的规定仅适用于高度70 m(8、9度烈度)和150 m(7度烈度)以下的大坝,且没有考虑近断层地震动的特点。本文分别对高度为40、70、150和200 m面板坝进行动力反应分析,将规范谱人工波与近断层地震动作用下面板堆石坝的加速度反应进行对比。结果表明,近断层地震动作用下的大坝最大加速度明显大于规范谱人工波。通过总结近断层区域大坝的加速度分布规律,建议了适用于近断层区域面板堆石坝的加速度分布系数,可为大坝的抗震设计提供参考。     

卡拉贝利水利枢纽地震安全评价及大坝 抗震结构设计

系统分析了卡拉贝利水利枢纽所在区域的地震活动特征、地震构造以及近场区地震构造,并通过区域潜在震源区的分析研究,科学地评价了地震危险性,合理确定了地震活动性参数,为卡拉贝利水利枢纽工程可行性研究及抗震结构设计提供科学依据。针对高地震区大坝安全设计要求,结合混凝土面板砂砾石坝的特点,在坝体渗流控制、坝体变形控制、大坝抗震结构设计等方面进行了分析研究,借鉴高地震地区砂砾石面板坝建设的成功经验,系统地提出了大坝抗震安全措施。     

沟后混凝土面板砂砥石堆石坝垮坝调查

沟后混凝土面板砂砥石堆石坝垮坝调查金诚和，司洪洋１前言鉴于沟后坝失事事件在《中国水利报》已有报导，以及在《９３年国际高土石坝学术研讨会》上有专题报告。本文仅介绍坝工设计的简要情况，以及建成后的漏水和垮坝后对混凝土面板、坝体情况的调查，记述有关情况。进...