基于NGA模型的主余震序列作用下重力坝损伤破坏研究

传统的线弹性模型和弹塑性DP模型难以真实反映混凝土、岩石地基在遭遇超出其抗拉压强度时的损伤破坏规律。为更加全面地评估余震作用对已损重力坝结构的累积破坏影响,本文采用塑性损伤力学模型来模拟坝体的动力损伤,同时考虑岩石材料的非线性性质,将塑性损伤力学的方法推广到岩体材料,建立了大坝坝体与地基的整体损伤力学模型,实现了重力坝整体动态损伤演化全过程模拟。结合主震与强余震统计关系和NGA地震动衰减关系构造了主余震地震动序列,分别研究了单次主震、单次余震以及主震后余震对强震区混凝土重力坝坝体地基整体损伤演化的影响。研究结果表明:余震作用对坝基的塑性应变累积效应显著,对于主震受损的混凝土重力坝结构,余震作用能够引起结构较大的二次残余变形。     

强余震对主震受损重力坝非线性动态响应的影响

大量震害实例表明,一次大的主震之后往往会引发大量的余震,而强余震将对结构产生额外的损伤累积破坏。本文中利用能考虑混凝土软化特性并可反映实际损伤耗散的混凝土塑性损伤本构模型,采用Lagrangian算法,考虑库水与大坝和地基之间的动态相互作用,并验证了耦合模型的可靠性;同时对单个主震、单个余震以及主余震序列作用下混凝土重力坝的损伤累积破坏效应进行分析,从大坝损伤、位移响应及损伤耗散能等方面探讨了强余震对主震受损大坝非线性动态响应行为的影响。结果表明,强余震对主震受损大坝的抗震性能具有重要的影响,为此需要提高大坝的抗震性能水平,在大坝抗震设计中应给予重视。     

塑性应变能判据在含组合软弱结构面岩质边坡动力稳定分析中的应用

由于地质构造作用,一处岩质边坡往往在几个软弱结构面的共同作用下发生失稳,其破坏形式与单一软弱结构面的破坏形式有较大差异,尤其是在地震的往复作用下,其稳定性分析十分复杂,需要合适的判据对其稳定状态进行判别。鉴于塑性应变能具有客观性强,能真实反映岩土体稳定性的特点,本文基于有限元软件ABAQUS 使用强度折减法建立某一实际水利工程含组合软弱结构面岩质边坡震后塑性应变能与折减系数的关系曲线,以震后塑性应变能突变为失稳判别准则对边坡在地震作用下的稳定性进行了分析,并将计算结果与常用特征点位移突变、塑性区贯通判据结果进行对比。结果表明：塑性应变能突变判据与特征点位移突变、塑性区贯通判据得到的结果相近,准确性有保证,且不受观测点选取等主观因素影响,得到的结果唯一,是在分析含组合软弱结构面岩质边坡动力稳定性时的较优选择。     

基于时程法的重力坝动力抗滑稳定研究

以重力坝整体失稳破坏为评判准则,研究地震荷载作用下重力坝的抗滑稳定性,根据塑性区分布情况、计算收敛性以及瞬时安全系数可综合判断大坝的安全度。从分析结果来看:无论是沿建基面的抗滑稳定,还是坝基软弱结构面的深层抗滑稳定,随着地震加速度的增大,塑性区都逐渐增大,并最终出现贯穿性塑性区;沿滑动面的安全系数随地震加速度时程的变化而变化,最小安全系数分布与塑性区的发展情况类似,因此可对塑性区分布和瞬时安全系数进行综合评价后再对坝体抗滑稳定性进行判断。     

卸荷条件下某水电站岩质边坡动态开挖稳定性分析

某水电站泄洪洞进口边坡存在大量的岩质边坡开挖工程,为了研究开挖对该水电站岩质开挖边坡稳定性的影响,基于卸荷岩体力学理论及方法,考虑边坡开挖作用下岩体的动态卸荷变化,应用ANSYS有限元软件和FLAC3D有限差分计算软件,在数值分析中模拟开挖并进行稳定性分析。研究结果表明:该高边坡在开挖过程中,随着开挖的推进,应力应变均呈现逐渐增大的趋势,且塑性区范围也越来越大。考虑动态岩体开挖卸荷作用比不考虑时应力应变以及塑性区变化有较大差别,因此在实际施工中应充分考虑岩体动态卸荷作用对边坡稳定性的影响,据此制定合理的加固措施。     

基于局部强度折减法的某水电站边坡稳定性分析

边坡的稳定性问题一直是水电工程研究的重点和难点,目前普遍采用整体强度折减法进行分析,其考虑了对所有岩土体单元强度折减,与实际不相符合.基于局部强度折减法基本理论,采用有限元软件对某含有软弱夹层的水电边坡进行稳定性分析评价.结果表明:自然工况下,边坡稳定安全系数为1.28,边坡基本稳定;但在降雨过后,软弱夹层抗剪强度迅速降低,塑性区贯通,边坡稳定安全系数仅为0.96,边坡将沿着软弱结构面滑动;对上部危岩体进行加固后,边坡稳定安全系数分别提高75.8％和90.6％,塑性区范围减小.计算结果可为同类边坡工程的稳定性评价和加固施工提供借鉴.     

水位下降对复杂地基重力坝深层抗滑稳定分析--以武都水库重力坝19＃坝段为例

武都重力坝基岩地质构造复杂,对坝体深层抗滑稳定极为不利。为了研究水位下降对武都重力坝抗滑稳定性的影响,以武都水库重力坝19＃坝段为例,采用有限元法计算了坝体在库水位下降过程中的应力应变特性,重点研究坝基塑性破坏区的发展规律、坝体位移变化趋势以及坝体抗滑稳定性。结果表明：坝基塑性区主要分布在断层10f2两侧,随着上游水位的降低,塑性区的分布范围逐渐减小,重力坝和坝基发生逆时针方向的倾倒变形,坝顶最为明显;上游水位降低导致扬压力减小,坝体抗滑稳定系数增大,在死水位时稳定系数最大为3．0。说明随着库水位下降,重力坝抗滑稳定安全系数将逐渐增大。     

基于极限平衡理论与有限元强度折减法的某涉水高边坡稳定性分析

该文以深圳某大型涉水高边坡为研究对象，将极限平衡法和有限元强度折减法原理相结合，从边坡稳定性角度出发，应用理正及有限元软件分别对开挖边坡整体抗滑稳定性和局部面层塑性破坏进行计算分析。研究结果表明，原始边坡安全系数大于规范允许值，边坡防护结果符合稳定性要求，但边坡浅层面在地应力卸荷作用下仍会产生破坏问题，因此，采用锚杆框格梁支护结构来减少边坡面层卸荷崩解破坏对工程安全造成的影响，支护后边坡稳定系数为1.47,满足规范允许值要求。利用圆弧滑动极限平衡法对开挖边坡进行多断面整体稳定分析的同时，采用有限元软件对边坡典型断面的护坡结构进行设计，能够更为全面、准确、快速地分析大型边坡工程的整体抗滑稳定性，并满足局部稳定安全要求，可为类似工程提供借鉴。     

开挖卸荷速率变化对岩质边坡应力应变影响作用研究

基于卸荷岩体力学理论及方法,应用FLAC3D有限差分计算软件,在数值分析中模拟不同速率的边坡开挖。并在不同开挖速率下,对考虑及不考虑边坡岩体卸荷变化条件下开挖边坡的应力应变特征进行了对比分析。结果表明:在考虑岩体开挖卸荷作用的前提下,开挖速率越慢,开挖过程中边坡模型的应力应变越小,塑性区范围也越小;而在不考虑岩体动态开挖卸荷作用时,开挖速率对边坡最终的应力应变以及塑性区大小并无直接影响。因此,在实际施工中应充分考虑动态卸荷作用以及开挖速率的影响,注意控制开挖进度,开挖后应对开挖边坡及时进行加固。     

暴雨情形下含裂隙土质边坡的瞬态稳定性

以山西省安太堡露天煤矿某地质剖面为例,采用Slide软件对暴雨情形下含裂隙土质边坡的稳定性进行分析,确定边坡潜在滑动面的位置,合理布置促使边坡发生推移式滑坡和牵引式滑坡的裂隙,应用MIDAS/GTS软件模拟分析降雨条件下的坡体应变规律和边坡稳定情况。结果表明:随着降雨入渗,边坡塑性区自坡脚向上部不断发展,直至形成贯通的塑性区;在持续降雨1.5 d时,边坡的稳定性最差,存在表层滑动可能;所提出的边坡裂隙布置方式更能反映含裂隙土质边坡在暴雨情形下的实际情况。     

基于塑性应变能理论的边坡动力稳定性研究

由于地震作用的随机性和复杂性,使得边坡动力稳定状态的判定较静力问题复杂许多,目前还未形成统一且公认的动力失稳判别准则。将塑性应变能理论和突变理论应用到边坡动力稳定分析中,以边坡震后总塑性应变能突变为失稳判别标准来确定边坡动力安全系数。对算例边坡进行动力稳定分析表明：相比于塑性区贯通判据和关键点位移突变判据,塑性应变能判据受人为因素影响较小,计算结果更具客观性,且给出的安全系数准确性有保证,是分析边坡动力稳定问题的较优选择。     

水力劈裂对主震损伤混凝土重力坝的影响

大量地震记录显示,主震过后往往会跟随多次规模不一余震,其中伴随水力劈裂的高震级余震着具有很大的破坏性。文章以此为出发点,在ABAQUS有限元平台的支持下,以混凝土塑性损伤模型编辑材料,对经历主震损伤的某高混凝土重力坝再次加载余震,并且考虑因水力渗透出现的水力劈裂效应,以坝体混凝土受拉损伤为分析依据,探讨水力劈裂的影响。结果表明,经历主震的坝体受轻微损伤,相比余震的单独作用,考虑水力劈裂的余震具有更大的危害。     

基于拓扑优化方法的开挖边坡设计

提出了应用拓扑优化方法设计边坡的方法,并运用基于刚度的拓扑优化方法对一开挖边坡进行优化设计,分析了边坡优化过程中材料密度的变化以及应变能随优化区体积的变化规律,对比分析了边坡拓扑优化设计前后的应变能与水平位移。通过强度折减法计算分析了传统开挖边坡设计与拓扑优化设计边坡的稳定性。边坡拓扑优化设计沿原坡面进行删减单元,未出现空洞现象。优化后的坡体趋于三角形,应变能最大值减小,横向位移分布较为均匀,可以认为使用拓扑优化方法对开挖边坡进行优化是可行的。在坡顶荷载作用下,边坡坡比随高程而变,且上部坡比较小。拓扑优化设计的边坡在开挖区域内以及整个设计土坡的安全系数与在开挖同样体积下传统边坡设计的安全系数相差较小,拓扑优化设计的开挖边坡滑弧较不明显,并且拓扑优化方法在边坡设计时较好地考虑了边坡的土体材料特性及边坡的应变能。     

近断层主余震考虑斜入射下的重力坝响应分析

一次大的地震中一般存在主震和余震,当震源距离地面较近时,近断层主余震序列通常以某一角度斜入射至地基,因此只考虑地震波垂直入射的情况是不适合的,有必要考虑地震波在多个角度下斜入射的情况。选取3条近断层实测主余震序列,推导地震动P波斜入射界面等效节点力公式,并验证其可行性;以Koyna大坝为研究对象,研究了单个主震和主余震序列2种工况下入射角在0°~90°之间时的大坝地震响应,以位移、损伤指数、损伤耗散能3个指标对震后坝体破坏进行了分析,建立了局部损伤指数量化分析损伤程度。研究表明：近断层单个主震和主余震2种工况入射角在15°~75°之间时,大坝地震响应均大于垂直入射情况;在多种性能指标下,主余震序列下的地震响应均大于单个主震。     

考虑降雨入渗条件的植被边坡稳定性评价

为了研究降雨对植被边坡稳定性的影响,利用改进的Green-Ampt模型,在考虑植被水力作用和饱和区径流基础上,推导出了降雨入渗条件下植被边坡的湿润锋深度计算公式,并采用极限平衡法计算出了植被边坡不同潜在滑动面上的抗滑稳定安全系数,对多层非饱和土植被边坡稳定性进行分析评价。结果表明:考虑植被水力影响和饱和区径流的多层非饱和土植被边坡的入渗模型,更加实用,可更加准确地对降雨作用下植被边坡进行稳定性评价;湿润锋深度随着降雨的持续时间增加而增大,浸润锋经过土层交界处时出现突变现象,根系粉质砂土层的湿润锋深度增幅小于粉质砂土层的湿润锋深度增幅的1.5%~11.8%;4个潜在滑动面处的抗滑稳定安全系数在降雨早期随着降雨持续时间的增加而逐渐减小;粉质砂根土复合层的抗滑稳定安全系数比粉质砂土层的抗滑稳定安全系数提高了12.3%~35.5%;根土层与土层交界面处不易发生失稳破坏,而土层与土层交界面处的抗滑稳定安全系数会出现急剧变化,易发生失稳破坏。     

基于FLAC~(3D)软土路堤稳定性分析

在软土路基修筑高速公路时路堤填筑至极限高度后经常出现路堤失稳情况。结合四川省遂宁-资阳-眉山高速公路软基监测项目,采用FLAC3D强度折减分析方法对典型路段进行路堤分级加载稳定性分析,结果表明:该法能模拟路堤塑性区发展过程,塑性应变自堤趾到堤肩贯通,呈带状分布,随填土高度的增加,塑性区向路堤中间及路基深部逐渐扩大,该塑性应变带即为相应的最危险潜在滑动面,呈圆弧形,其符合均质软土地基的滑动模式;该法考虑了模型的边界约束条件、初始地应力情况、岩土体的弹塑性变形及屈服,较刚体极限平衡完善,对边坡应力变形状态的综合稳定性分析比只给定安全系数更加重要。     

含软弱夹层的岩质边坡稳定性分析

在地质活动过程中,软弱夹层和断层等结构面改变了边坡的力学性状,使得岩质边坡稳定性面临严峻的挑战。以白石水库为例,将刚体极限平衡法和有限元软件ANSYS相结合,对水库含软弱夹层的岩质边坡抗滑稳定性能进行分析,探究倾角和主抗滑面起点位置对边坡稳定性的影响规律,寻求安全系数最小值时的主抗滑面,得到边坡临界滑裂面的准确位置,研究表明:在点(62.3142,71.2063)位置条件下,倾角为155.3125°时安全系数达到最小值K=1.96231,为含软弱夹层的岩质边坡的稳定性分析提供理论依据,有着重要的现实意义。     

基于强度折减法的某水利工程边坡静动力稳定性分析

使用大型有限元软件ADINA建立中国某水利工程右岸边坡的二维有限元仿真模型,基于强度折减法,使用塑性区贯通判据和关键点位移突变判据对该边坡在静力及动力工况下的稳定性进行分析.结果表明:边坡在静力工况下的安全系数为2.4,在0.2g地震动作用下的安全系数为1.88,即该边坡在静力及动力工况下均具有较大的安全裕度.     

岩质边坡弹塑性地震响应分析

在进行高边坡抗震设计分析时,采用动力有限元数值模拟法较为普遍。但当地震作用致使边坡岩体部分已进入塑性状态且变形加大时,若仍然采用线弹性方法来分析,则存在较大误差。为此,采用弹塑性动力方法计算静力与地震动全平衡状态的弹塑性边坡地震响应,对岩质边坡弹塑性动力状态进行了尝试性探讨,分别输入2条等峰值加速度、不同特征周期和持续时间的地震波,结合边坡的固有频率特性,着重分析常用于抗震设计的地震动参数峰值加速度及累积塑性应变的地震响应规律。结果表明,输入相同峰值、不同特征周期和持续时间的地震波,地震响应累积塑性应变有明显差异;对地震波来说,尽管峰值相同,但持续时间与频谱特性不一样,地震效应存在较大差异。因此,在进行边坡抗震设计计算时,地震波选取一定要慎重,应具体问题具体分析,否则有可能得到不真实的抗震安全评价结果。     

隧道围岩应力和塑性域的双剪强度理论的分析

针对隧道开挖围岩产生塑性屈服的应力条件变化及稳定性问题,根据隧道围岩的平衡条件和统一强度理论塑性条件,求解得到了圆形隧道的径向应力和环向应力。分析了平面应变条件下统一强度理论的强度参数及围岩支护压力与隧洞半径之间的关系。探讨了平面应变下中主应力参数和统一强度理论次主剪应力系数变化条件下圆形隧道围岩径向应力和切线应力随径向半径的变化规律分布。考虑了支护压力和平面应变统一强度理论中主应力参数和次主剪应力系数对塑性域半径的影响,分析结果表明引入中主应力参数的塑性计算结果更加符合实际。