基于设定地震场地相关反应谱的高土石坝抗震安全评价

结合最新颁布的《水电工程水工建筑物抗震设计规范》（NB 35047—2015）中关于甲类设防重大土石坝工程设计反应谱的规定,重点研究了基于设定地震的场地相关反应谱和一致概率反应谱确定的动参数下高土石坝的动力反应特征。通过240 m高长河坝高心墙堆石坝在两种不同反应谱下设计和校核地震动下的计算分析发现一致概率谱得到的坝顶动力响应加速度、动位移、永久变形、坝坡安全系数和塑性滑移等关键安全评价指标均高于场地相关反应谱的结果,进而探讨了两种反应谱对长河坝高土石坝工程极限抗震能力的影响,计算结果表明采用基于设定地震的场地相关反应谱得到的坝体的极限抗震能力明显高于一致概率谱,采用一致概率谱得到的地震动参数进行长河坝抗震设计和抗震加固措施研究易得到较保守的结果。     

随机地震作用下地基及土石坝永久变形分析

地基及土石坝在地震作用下的永久变形分析方法可分为确定性分析和随机性分析两大类。本文基于等价结点力模型，将地震地面运动模拟为平稳高斯过滤白噪声过程，通过随机地震反应分析，建立了一种地基及土石坝在随机地震作用下的永久变形分析和永久变形危险性分析方法。该法不仅能预测永久变形的平均幅值，而且能给出不同控制变形的破坏概率。本文最后对瀑布沟土石坝进行了数值分析，并给出相关结论。     

随机地震作用下地基及土石坝永久变形分析

地基及土石坝在地震作用下的永久变形分析方法可分为确定性分析和随机性分析两大类。本文基于等价结点力模型,将地震地面运动模拟为平稳高斯过滤白噪声过程,通过随机地震反应分析,建立了一种地基及土石坝在随机地震作用下的永久变形分析和永久变形危险性分析方法。该法不仅能预测永久变形的平均幅值,而且能给出不同控制变形的破坏概率。本文最后对瀑布沟土石坝进行了数值分析,并给出相关结论。     

不同场地及地震输入下的土-框架结构相互作用体系地震反应分析

为了研究框架结构在不同场地及不同地震波输入的地震反应,本文建立了土-结构相互作用(SSI)体系有限元模型.对模型进行了模态分析及时程分析,得出以下结论:土-结构相互作用体系的结构频率低于框架结构自振频率,土层刚度越低,结构频率越低.不同波速的场地对地震波的放大效应不同,刚度较大的场地土对低频有明显的过滤作用.场地基频小...     

强震作用下高层结构地震响应时程的多步预测

提出了一种结合经验模态分解(EMD)与极限学习机(ELM)的时间序列多步预测方法,对近断层强震作用下弹塑性高层框架结构的顶层加速度和位移响应时程进行了多步预测。首先,利用经验模态分解技术将高层结构非线性、非平稳地震响应分解为一系列具有不同特征尺度的固有模态函数序列(IMFs)。然后,利用极限学习机分别对固有模态函数子序列进行多步预测,再将各子序列的预测值叠加得到最终的预测值。预测结果表明,EMD-ELM预测方法能够高精度地实现强震作用下高层建筑动力响应的多步预测。建筑结构地震响应时程的短期预测可为主动、半主动控制系统预先提供准确的动力响应,从而有利于实现工程结构的在线实时减震控制。     

风与地震耦合作用下钢管混凝土框架-防屈曲支撑#br#结构体系易损性研究

工程结构在其全寿命服役期间会不可避免地遭受风或地震等多种灾害的作用。以钢管混凝土框架-防屈曲支撑结构体系为研究对象,模拟了重现期分别为1年、10年和50年的结构不同高度处的风速时程,基于OpenSees有限元软件对结构开展了地震单独作用和重现期分别为1年、10年和50年的风与地震耦合作用4种工况下的非线性动力时程分析,并基于地震需求分析方法生成了结构在不同工况下的易损性曲线。结果表明：随着风作用的增大,结构的反应和易损性均有增大趋势;而随着地震动强度的增大,风作用对结构易损性的影响则逐渐减小。     

地震和风耦合作用下大跨度单层球面网壳结构动力响应特征及易损性分析

地震发生时,有时伴随着强风天气.多灾害的耦合作用造成的结构破坏损失可能远大于任一单独灾害作用造成结构破坏损失的简单叠加.本文选用地震峰值加速度(PGA)和风速(V)为参数,通过Copula函数构造地震与风的联合概率密度分布函数,基于土-结构相互作用模型,分析了单层球面网壳结构在地震和风耦合下的动力响应特征和易损性.研究表明：地震和风耦合后结构的易损性增大,且V值越大,结构易损性越大,易损性增加的幅度越大.结构处于“严重破坏”和“倒塌破坏”状态时,风速对易损性的影响更明显,在“严重破坏”和“倒塌破坏”状态下考虑地震和风的耦合作用更有意义.     

土石坝的动态反应：离心机模型试验与数值模拟

为评估LIQCA程序是否能合理分析台湾仁义潭土石坝在地震时的反应,进行3个土石坝离心机模型试验,并对相同的土石坝与振动历时进行LIQCA动态数值分析。通过动态数值分析与离心机模型试验结果,探讨土石坝受震时超孔隙水压力的激增以及土体加速度在坝体不同填土区的变化,并评估LIQCA程序耦合在仿真土石坝受震时的可靠性。     

高心墙堆石坝的动力反应及加固极限抗震能力研究

通过对高心墙堆石坝动力反应和永久变形的计算分析,研究了高心墙堆石坝的抗震加固措施和加固效果,分析了加筋后大坝的抗震极限能力。结果表明：采用弹塑性动力计算方法对高心墙堆石坝进行动力反应分析是可行的;地震强度越大,坝体内的动剪应力和动剪应变越大,从而造成坝体的动力反应越大,坝体的永久变形越大;坝体在地震中的沉陷比水平位移大,地震变形形式主要是震陷,坝高1/5以上和河谷对应的坝顶部位是变形较大的区域;采取加筋加固措施后,坝体的竖向位移明显降低;从永久变形和稳定的角度初步分析了加筋后的大坝比原坝的极限抗震能力提高了0.05g。     

非线性心墙坝渗流及坝坡稳定性分析

土石坝的坝坡稳定和渗流是影响土石坝安全和蓄水的重要因素,文中采用非线性极限法对本实例土石坝进行坝坡稳定和渗流分析。基于有效应力的方式,采取非线性离散结构土体,考虑了地震荷载和渗流作用建立极限分析的非线性规划模型。运用非线性迭代法对本实例土石坝进行非线性坝坡稳定及渗流模拟计算。得出非线性模型下土石坝坝坡滑移和渗流规律,对工程仿真分析有一定意义。     

大石峡砂砾石坝料渗透特性及其影响因素研究

利用试样截面尺寸为1000 mm×1000 mm的超大型渗透仪和Φ300 mm的常规大型渗透仪,针对大石峡面板坝筑坝砂砾石料的渗透特性开展了较为系统的试验研究.结果表明:砂砾石料小于5 mm细粒含量对其渗透系数、抗渗透破坏能力及其破坏模式均具有重要影响;经过缩尺的砂砾石料渗透特性试验结果将高估原型料的排水性能和抗渗透破坏能力;试样尺寸越大,在振动压实制样过程中,砂砾石料中细颗粒离析至试样表面的现象越严重,为提高试验结果的可靠性,利用超大尺寸渗透仪开展试验时,应模拟现场砂砾石料实际振动碾压过程进行制样;大石峡高面板坝筑坝砂砾石料小于5 mm细颗粒含量较高,渗透系数偏小,有必要在垫层区和主堆砂砾料区之间设置过渡反滤区,以提高垫层区料的抗渗透破坏能力.     

高土石坝变形破坏过程预测理论和防控技术创新

中国是世界上高土石坝数量最多的国家,复杂建坝条件和恶劣服役环境下高土石坝建设和长期安全保障面临严峻技术挑战。介绍了“十三五”国家重点研发计划项目“复杂条件下特高土石坝建设与长期安全保障关键技术”的主要成果：揭示了粗粒土颗粒破碎对高土石坝变形的影响机制、粗粒土加载变形和流变变形服从不同流动准则的规律,以及坝基深厚覆盖层原位结构损伤演化规律,建立了精准预测高土石坝坝体和坝基变形发展过程和分布规律的本构理论;基于计算接触力学理论建立了模拟高土石坝不同材料界面复杂接触问题的非线性数值计算方法和模拟高土石坝三维裂缝萌生—扩展全过程的数值计算方法;发展了实用的非饱和土固结理论,实现了高心墙坝全生命期变形与渗流耦合过程的精细模拟;建立了高面板坝面板太阳热辐射温度应力场和结构破损过程模拟计算方法;研发了适用于高土石坝填筑、蓄水、运行等全过程模拟的高性能软件平台;针对特高土石坝建设和运行过程中常见病害,提出了相应的特高土石坝变形破坏防控技术。     

非线性强度参数对高土石坝坝坡稳定性的影响

堆石料在高应力状态下,其抗剪强度具有明显的非线性。使用对数形式的非线性强度准则得到的坝坡计算安全系数要高于按线性强度准则得到的计算安全系数。现行规范所规定的许可安全系数,是与多年来大量使用偏低的线性强度指标所作的稳定计算相适应的,偏于保守：改用非线性强度后应作适当的提高。对采用非线性强度计算的安全系数比采用线性强度计算的安全系数提高程度进行了统计分析,给出了用非线性强度指标进行稳定分析的安全系数取值标准的建议值。     

基于随机动力分析的高土石坝极限抗震能力研究

地震动的随机性对大坝的动力响应影响较大,极限抗震能力作为大坝抗震安全性能的重要环节,在评估过程中也应该充分考虑荷载随机性的影响。基于大量高土石坝随机动力有限元计算,探究坝顶震陷率和坝坡累计滑移量两个重要坝体变形指标之间的关系,并建议了土石坝安全控制标准。利用概率密度演化法对高土石坝进行极限抗震能力分析。结果表明：震陷率随着累计滑移量的增大而增大,二者之间符合逻辑斯蒂增长模型;取10%的超越概率,以250 m规则高面板堆石坝和高心墙堆石坝为例,极限抗震能力分别为0.7g~0.75g和0.8g~0.85g;从概率角度提出了评估大坝极限抗震能力的新方法。     

河谷场地地震波传播解析模型及放大效应

从形态上看,自然界存在平坦、凸起和凹陷3种常见的地形及场地条件,而河谷场地是一种常见的凹陷地形,且在河谷场地修建了大量工程(如土石坝、桥梁等).实际震害调查表明地形及场地条件对地震灾害影响很大.针对河谷场地地震波传播解析模型及放大效应,全面总结了笔者及其课题组长期以来的研究成果.主要包括以下4个方面:①提出了近源地形与场地效应的概念,用线源柱面SH波模拟入射地震波,平面波是其远场入射的特例,构造了线源柱面SH波自由场,定义了近源激励下的放大因子,实现了入射波波前弯曲及其地形放大效应,为其它地形和场地引起的近源放大效应研究开启了新的可能.②构建了非对称V形河谷地震波传播解析模型,包括亥姆霍兹运动方程、河谷表面自由边界条件及虚拟辅助边界应力与位移连续条件,提出了区域分解与区域匹配分两步走的策略,首先将整个区域分解成3个符合极坐标系的子区域,在子区域中对运动方程进行求解获得相应的波场(含有未知系数),然后将各个子区域的波场在边界进行匹配,利用边界条件求解未知系数,从而获得整个区域的波场解答以及柱面SH波的二维散射规律,揭示了非对称V形河谷的差异放大效应,这将对建在非对称V形河谷上的长大跨度工程有着不可忽视的影响.③U形河谷在地球表面是普遍存在的,由于缺少实际地震记录和理论研究,U形河谷的地形放大效应仍然未知.构建了U形河谷解析模型,本质上也就是亥姆霍兹方程的边值问题,并得到了这个问题的波函数级数解,发现了U形河谷谷底对地震波的异常放大现象,改变了学术界以往认为凹陷地形底部地震动一定会衰减的不全面认识,并被用来解释中世纪暖期美国亚利桑那州的大量山体落石与滑坡现象.④河谷常有沉积物(覆盖层),覆盖层将进一步加剧地震放大效应.构建了线源柱面SH波半圆形沉积谷解析模型,并给出了其解析级数解,发现覆盖层对地震波有明显的放大效应,且覆盖层阻尼比较小时剧烈放大,这将加剧工程结构的破坏.最后,考虑河谷场地地震放大效应进行河谷两侧边坡地震稳定性分析,及土石坝地震反应分析与坝坡地震稳定性分析,认为河谷场地地震放大效应对边坡工程与土石坝工程抗震分析有着重要的影响.