库水对高面板堆石坝动力反应的影响

采用基于势流体理论的坝水流固耦合有限元分析方法,研究高面板堆石坝坝水动力耦合系统的动力反应特性,对库水模拟长度、上游坝坡坡度、两岸坡度和地震加速度等要素进行敏感性分析,探讨库水分布规律及对高面板堆石坝动力反应的影响.结果表明:由于库水的存在,坝体的自振频率有所降低;坝面动水压力中部大四周小,沿坝高大致呈抛物线分布,计算模型中"库水长度"取3倍坝高可满足精度要求;河谷几何特性对坝体动力反应有较为明显的影响;动水压力随上游坝坡坡度的减缓而变小,两岸岸坡和上游坝坡对大坝加速度反应的影响规律相似;地震峰值加速度对坝库耦合系统动力响应影响显著.     

多折点折线形混凝土面板堆石坝三维有限元分析

对坝轴线呈连续多折点的折线形面板堆石坝进行了分析,探讨了应力变形特性和规律,比较了其与普通直线型面板坝的差异.基于某多折点凸向下游的折线形面板堆石坝,采用三维有限元软件建立坝体模型和面板子模型,分析了坝体和面板的应力变形、结构缝变形与折线体型的关系以及上宽下窄的异型面板对面板应力的影响.研究结果表明:坝轴线折线形布置,相邻面板形成坝轴向交角,使得转折部位面板轴向应力由高压应力转为低压应力甚至拉应力,面板垂直结构缝由压性缝转变为张性缝;上宽下窄的异型面板使得面板底部顺坡向拉应力分布范围增大.     

输入地震动对面板堆石坝坝体加速度放大系数的影响

采用等效粘弹性模型对某面板堆石坝进行了三维动力有限元分析,分别计算了坝体在不同地震设计烈度(峰值加速度为0.1g~0.4g)下面板堆石坝的地震动力反应。结果表明:坝体的峰值加速度随着输入地震动的增大而近似线性增大;但是峰值加速度的放大倍数随着输入地震动的增大而非线性减小。地震峰值加速度变化规律对面板堆石坝的抗震设防具有一定的借鉴意义。     

某水电站面板堆石坝三维有限元变形分析

旨在给面板堆石坝的设计提供有效的技术参数,提出了科学合理的坝体分区以及面板与分缝的结构形式,数值模拟了面板堆石坝三维渗流问题,利用邓肯-张E-B模型,基于有限元分析软件ANSYS提供的二次开发程序,分析了混凝土面板堆石坝竣工期和蓄水期的应力变形.计算结果表明:蓄水期坝体最大横断面最大计算沉降约为147.5cm,约为坝高的1.2%,坝体最大主应力约为2.33 MPa,面板的挠曲变形最大值约为14.88cm,坝体的应力和变形以及面板的变形均较小;岸坡地形对坝体和面板的应力变形有着明显的影响,右岸陡边坡及凸山梁,引起坝体和面板的变形梯度均较其他部位大.运用ANSYS模拟面板堆石坝三维渗流的应力应变合理可行.     

小粒径风化石料填筑堆石坝地震反应分析

国家规范对混凝土面板堆石坝筑坝材料有较为严格的要求,为了验证库区滑坡体开挖区颗粒级配不良的小粒径微风化石料能否作为大水沟水库混凝土面板堆石坝坝体主堆石区填料,对该种石料进行了现场压实试验.对应于现场试验所能达到的最大密实度,通过室内试验,取得了此类石料在该种状态下的变性模量Es、泊松比v、渗透系数K及三轴快剪力学参数c,ψ.并依据室内外试验参数,采用一维剪切层法,对该坝进行了在7级地震烈度情况下的动力反应分析,求得了该坝的最大动剪应变和剪应力反应分布,坝体内绝对最大动剪应变为4.41×10-3,绝对最大动剪应力为40kPa,远小于坝体本身的强度,验证了该种石料可以作为面板堆石坝的填料,拓宽了混凝土面板堆石坝填筑材料的选择范围.     

两河口超高心墙堆石坝三维非线性地震反应分析

中国水能资源主要集中在西部地区,西部地区属于地震强震区,高土石坝的抗震安全是该区域水电开发最突出的问题之一。基于《水电工程水工建筑物抗震设计规范》（NB 35047—2015）的有关规定,采用设定地震场地相关设计反应谱生成的地震动时程对两河口超高心墙堆石坝进行三维非线性地震反应分析。结果表明：位于V形河谷中的两河口超高心墙堆石坝坝体加速度在4/5坝高以上;1/3坝轴线长度范围内的河谷中部放大效应显著,表现出明显的“鞭梢效应”和三维河谷效应。在此基础上提出了两河口超高心墙堆石坝的抗震加固范围。     

大角度折线型高面板堆石坝三维数值模拟分析及应用

对大角度折线型高混凝土面板堆石坝进行系统的研究,探索其受力变形规律,有利于进一步提高混凝土面板堆石坝的筑坝技术,同时拓宽混凝土面板堆石坝的应用范围。以某拟建工程为例,采用三维非线性有限单元法,建立折线型面板堆石坝的数值模型,分析其坝体及面板的应力、应变变化规律,研究折线型坝体结构与面板结构缝变形之间的非线性关系。研究结果表明:采用三维非线性有限单元法进行折线型混凝土面板堆石坝整体性能研究是可行的;折角两侧的坝体沿坝轴线方向具有向折点部位偏移的趋势;在坝体变形的带动下,两侧面板的水平向拉应力和结构缝张开变形增大;重点提高堆石体力学性能,以及利用转角布置的灵活性优化整个大坝的布置条件,可有效地提高折线型面板堆石坝运行的安全性。     

小河面板堆石坝应力与变形分析

采用邓肯模型对小河面板堆石坝竣工期和蓄水期进行了三维有限元计算,接触面用弹粘塑性本构关系的节理单元进行模拟,分析了不同时期坝体及面板的应力变形情况.计算结果表明,坝体最大横断面的最大沉降值约为坝高的0.54%,面板周边缝位移的绝对值都小于8 mm,大坝应力变形满足安全要求.     

高烈度地震对龙都尾矿坝稳定性影响的研究

利用Geo-slope软件,采用不排水有效应力法,输入美国IMPERIAL山谷地震记录高烈度地震波,对龙都尾矿库堆积坝进行了地震响应的综合分析与液化计算.在烈度为8.5度地震波输入情况下,坝体最大位移为0.004317 m,最大加速度为0.86413 m/s2,放大倍数为2.349倍.计算表明龙都尾矿坝沉积滩将产生裂缝和喷砂,堆积坝出现大面积液化而导致溃坝.     

覆盖层上高面板堆石坝地震反应特性研究

对西南强震区某拟建覆盖层上高面板堆石坝进行不同超越概率地震波作用下的地震反应计算分析,重点研究大坝在强震作用下动位移、加速度、面板动应力及坝基覆盖层液化等地震反应特性.研究表明:随着输入地震波峰值的增大,大坝动位移和加速度、面板动应力、覆盖层动孔压和液化度等反应均逐渐增大,但加速度放大倍数逐渐减小.在100年超越概率2%的校核地震作用下,大坝的抗震安全性依然在合理范围之内,大坝的抗震设计是合理的.     

Distribution of acceleration and empirical formula for calculating maximum acceleration of rockfill dams

To find the distribution patterns of dynamic amplification coefficients for dams subjected to earthquake, 3D seismic responses of concrete-faced rockfill dams with different heights and different shapes of river valley were analyzed by using the equivalent-linear model. Statistical analysis was also made to the seismic coefficient, and an empirical formula for calculating the maximum acceleration was provided. The results indicate that under the condition of the same dam height and the same base acceleration excitations, with the increase of the river valley width, the position of the maximum acceleration on the axis of the top of the dam moves from the center to the riversides symmetrically. For the narrow valleys, the maximum acceleration occurs in the middle of the axis at the top of the dam; for wide valleys the maximum acceleration appears near the riversides. The result negates the application of 2D dynamical computation for wide valleys, and shows that for the seismic response of high concrete-faced rockfill dams, the seismic coefficient along the axis should be given, except for that along the dam height. Seismic stability analysis of rockfill dams using pseudo-static method can be modified according to the formula.     

高土石坝地震加速度分布研究

现行DL5073-2000《水工建筑物抗震设计规范》对土石坝地震动态分布系数的规定仅适合于150 m以下的土石坝,而目前土石坝的设计高度已远远大于150 m.为提出150 m以上土石坝地震动态分布系数建议图,分别采用反应谱法和有限元法,研究高土石坝地震加速度分布特征,提出了250 m级高土石坝地震动态分布系数建议图,对现行的《水工建筑物抗震设计规范》进行了补充.     

Seismic performance assessment of high CFRDs based on fragility analysis

Due to a large number of high concrete face rockfill dams(CFRDs) being constructed, the seismic safety is crucially important and seismic performance assessment must be performed for such dams. Fragility analysis is a method of great vitality for seismic performance assessment; it can intuitively forecast the structural effects of different ground motion intensities and provide an effective path for structure safety assessment. However, this method is rarely applied in the field of high earth dam risk analysis.This paper introduces fragility analysis into the field of high CFRD safety assessment and establishes seismic performance assessment methods. PGA, Sa(T1, 5%), PGV and PGD are exploited as the earthquake intensity measure(IMs). Relative settlement ratio of dam crest, cumulative sliding displacement of dam slope stability and a new face-slab destroying index(based on DCR and COD) are regarded as the dam damage measures(DMs). The dividing standards of failure grades of high CFRDs are suggested based on each DM. Fragility function is estimated according to incremental dynamic analysis(IDA) and multiple stripes analysis(MSA) methods respectively from a large number of finite element calculations of a certain CFRD, and seismic fragility curves are determined for each DM. Finally, this study analyzes the failure probabilities of the dam under different earthquake intensities and can provide references and bases for the seismic performance design and safety risk assessment of high CFRDs.     

德泽面板堆石坝地震响应及抗震措施

采用三维非线性有效应力地震反应分析及安全评价的方法,分析了德泽面板堆石坝在正常蓄水位和地震共同作用下的动力响应,包括加速度响应、应力响应和位移响应,进而分析了坝体的抗震安全性;采用动力时程线法和动力等效值法分析了面板及下游坝坡在地震作用下的边坡抗滑稳定性;在动力反应成果分析的基础上,针对性地提出了相应的大坝抗震措施.研究结果表明:德泽面板堆石坝在设计地震作用下整体是稳定的,但在强震作用下有局部损坏,可修复使用,采用相应抗震措施可减轻震害,确保大坝的整体安全.地震响应分析成果及相应的抗震措施对类似工程具有重要的参考价值.     

300 m级高堆石坝长期变形预测

流变是高堆石坝变形的重要特征,过大的后期变形将对大坝的安全运行产生影响.采用幂函数流变本构模型,对双江口300m级心墙堆石坝长期变形进行了3维有限元仿真分析,根据堆石料尺寸效应的流变试验资料,初步探讨尺寸效应对高堆石坝长期变形的影响.分析结果表明:双江口心墙堆石坝在大坝满蓄后3年大坝变形基本趋于稳定,变形量在可控制范围之内;尺寸效应对高堆石坝长期变形影响明显,与实际堆石体相比,缩尺后的室内堆石试样表现出较小的长期变形,对大坝变形的预测精度有一定影响.     

基于大尺寸流变试验的高堆石坝长期变形预测

堆石体的变形是长期而复杂的过程,其变形包括瞬时变形和随时间变化的流变变形,过大的长期变形将对大坝的安全运行产生影响.采用长科院幂函数流变本构模型,对双江口300m级心墙堆石坝长期变形进行了三维有限元仿真分析,根据堆石料尺寸效应的流变试验资料,初步探讨尺寸效应对高堆石坝长期变形的影响.分析结果表明:双江口心墙堆石坝在大坝满蓄后3年大坝变形基本趋于稳定,变形量在可控制范围之内;尺寸效应对高堆石坝长期变形影响明显,与实际堆石体相比,缩尺后的室内堆石试样表现出较小的长期变形,对大坝变形的预测精度有一定影响.     

汶川地震冶勒大坝动力响应规律分析

冶勒大坝为沥青混凝土心墙堆石坝,最大坝高124.5 m, 坝基地质条件复杂。该坝址距“5·12”汶川大地震震中约258 km,地震发生时坝区有强烈震感,大坝强震监测台阵获得了主震较为详细的地震记录。采用三维非线性动力有限元方法对冶勒大坝在“5·12”汶川地震主震作用下的动力反应进行分析。分析时,以基岩实测加速度时程作为地震动输入,最大峰值加速度为11.968 gal,持续时间为124.4 s。有限元动力计算结果与监测资料反映规律吻合较好,获得了冶勒大坝与一般土石坝不同的地震动力反应规律：大坝地震响应分布从左岸到右岸逐渐增大且横河向地震响应较大,这种特殊的反应规律与冶勒大坝左右岸基础严重不对称的特殊地质条件密切相关。     

基于拱冠位移的拱坝地震易损性

选取一系列地震波对同时考虑材料非线性和横缝非连续接触的拱坝进行大量的动力时程分析,以拱冠最大位移为响应参数定义3个性能水准,结合通过结构反应回归分析得到的概率地震需求模型,建立在地震作用下基于拱冠位移的拱坝易损性曲线,比较不同地震动参数表示下概率地震需求模型以及易损性曲线的区别.利用易损性曲线计算拱坝在不同大小地震作用下处于各级性能水准的概率,为基于性能的拱坝抗震安全评价提供了理论依据.     

Effective stress analysis method of seismic response for high tailings dam

Based on the analysis method for tailings dam in upstream raising method presently used in metallurgy and nonferrous metals tailings depository in the world, an effective stress analysis method of seismic response for high tailings dam was developed according to the results of engineering geological exploration, static and dynamic test and stability analysis on Baizhishan tailing dam 113.5 m high. The law of generation, diffusion and dissipation of seismic pore water pressure during and after earthquake was investigated, and the results of tailings dam’s acceleration, seismic dynamic stress and pore water pressure were obtained. The results show that the seismic stability and liquefaction resistance of high tailings dam are strengthened remarkably, and the scope and depth of liquefaction area at the top of dam are reduced greatly. The interior stress is compressive stress, the stress level of every element is less than 1.0 and the safety coefficient of every element is greater than 1.0. The safety coefficient against liquefaction of every element of tailing dam is greater than 1.5 according to the effective stress analysis of seismic response by finite element method. The calculated results prove that liquefaction is the main reason of seismic failure of high tailing dams, and the effect of seismic inertia forces on high tailing dams’ stability during earthquake is secondary reason.