高心墙堆石坝地震动力特性及抗震极限分析

虽然土石坝具有较好的抗震性能,而且一些高土石坝还经过了强震考验,但土石坝的极限抗震能力仍是人们关心的问题.数值模型方法是预测大坝地震动力反应和进行地震安全评价的有效工具.本文采用三维有限元方法分析了某高心墙堆石坝的地震动力特性,探讨了大坝地震破坏评价标准,并在此基础上开展了大坝极限抗震能力研究.根据大坝动力响应的特点,分析了可行的抗震工程措施.     

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。     

基于弹塑性模型参数反演的高土石坝地震响应预测

合理准确描述堆石料的力学特性是高土石坝地震响应预测和安全评价的重要前提。以特高心墙坝填筑期变形的监测结果为目标值开展了三维反演分析,获取了反映大坝真实状态的坝料广义塑性模型和邓肯张E-B模型的参数,探讨了两种本构模型描述高土石坝变形的精度,随后采用反演的广义塑性模型参数开展了高土石坝的地震响应预测及安全评价。结果表明：目前反演分析常用的邓肯张E-B模型无法兼顾竖向和水平变形,且反演参数无法用于动力分析;静动统一的广义塑性模型计算的竖向和水平位移均与实测结果吻合良好,并可直接用于大坝的动力响应预测。所建立的一整套基于弹塑性模型参数反演的高土石坝地震响应预测分析方法,可为高土石坝的安全评价和风险预警提供可靠的技术支撑。     

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。     

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。     

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。     

长河坝水电站砾石土心墙堆石坝抗震设计

长河坝水电站砾石土心墙堆石坝最大坝高240 m,坝基为深厚覆盖层,大坝抗震设防烈度为Ⅸ度。众所周知:高地震烈度区深厚覆盖层上修建高土石坝的抗震安全是工程的关键技术问题之一。为解决长河坝水电站大坝抗震设计难题,对强震区深厚覆盖层上修建高土石坝抗震设计关键技术问题开展了大量深入的研究。介绍了长河坝水电站大坝-坝基体系动力反应数值分析和离心机振动台模型试验等研究成果及所采取的抗震措施,可为类似高土石坝工程的抗震设计提供借鉴和参考。     

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。     

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.     

基于数字孪生的高海拔高土石坝工程施工管控探索

为解决高海拔高土石坝工程施工过程复杂、施工周期长等因素引起的施工进度和质量管控难题，采用数字孪生理论与技术体系建立高土石坝工程数字孪生模型，模型包括基于三维GIS和BIM融合技术建立的表达工程施工动态过程的虚拟模型、基于循环仿真网络和贝叶斯修正技术建立的反馈优化施工方案的进度分析模型、基于物联网和大坝填筑全流程跟踪管理模型建立的大坝填筑质量跟踪和管控模型。以西南某高海拔地区高心墙土石坝工程为例，对高土石坝工程数字孪生模型开展工程应用。实践表明：建立的高土石坝工程数字孪生模型可实现高土石坝工程所在地区地形地貌和工程施工进度面貌的三维动态展示，快速追溯出现质量问题的工程部位的施工过程，同时借助现场GPS监测和移动端输入等信息采集手段实现平台虚拟模型与现场工程实体模型的双向联动。     

近断层脉冲型地震动对深厚覆盖层上高土石坝动力响应的影响研究

近年来,近断层地震动引起了工程界的密切关注,水工方面的相关研究主要集中在混凝土重力坝,对高土石坝的研究甚少,尤其是近断层脉冲型地震动的影响尚不明确。因此,结合我国西部强震区一些已建和拟建在深厚覆盖层上的高土石坝,开展脉冲型地震动对高土石坝抗震安全的影响研究是十分必要的。采用弹塑性本构模型进行有限元计算,对比分析脉冲型与非脉冲型地震动作用下大坝的动力响应。结果发现,脉冲型地震动对深厚覆盖层上高土石坝的加速度响应有一定影响,并使坝体在极短的持时内产生较大的坝体变形,不利于大坝安全。因此,建议在强震区、深厚覆盖层上修建高土石坝时,将近断层脉冲型地震动作用下的大坝抗震安全评价作为一个关键环节。     

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.     

新疆高土石坝抗震措施研究综述

文章以新疆吉林台一级水电站混凝土面板坝为例,分析了面板坝的抗震设计及其在经历"8·9精河"地震后的运行情况,又结合国内外高土石坝在地震荷载作用下常见的几种破坏形式,总结了新疆高土石坝工程的抗震措施,使得今后新疆高土石坝遭遇强震时坝体不至于产生严重破坏,经修复后仍能正常运行,为新疆高土石坝的抗震设计和工程建设提供参考借鉴...     

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。     

高坝工程抗震措施研究综述

为全面提高高坝的抗震性能,结合震害调查资料和理论分析成果,分析论证了高拱坝、高混凝土重力坝和高土石坝的抗震薄弱部位,从坝址及坝型选择、大坝体型及结构设计、基础处理、大坝分区及材料、新型抗震材料等方面深入论述了高坝工程的抗震措施和效果,并提出高坝抗震安全中存在的主要问题和亟待开展的重大研究课题。     

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。     

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。     

高土石坝施工进度综合优化及其遗传和声算法

高土石坝施工进度优化是一个复杂的非线性多目标综合优化问题,不仅需考虑施工资源投入及生产效 率,更需要顾及大坝填筑质量和安全对施工进度的影响. 在定量分析土石坝填筑质量、安全和进度相互关系的 基础上,建立了高土石坝填筑质量-安全-进度综合优化模型,并针对传统优化方法的局限性,提出了该优化模 型求解的遗传和声算法,实现了高土石坝填筑质量、大坝安全和施工进度的均衡安排. 实例应用表明了本文方 法的可行性,可为高土石坝施工进度计划优化与实时控制提供一条新的途径.