多目标约束下的土石坝抗液化措施数值建模与优化分析方法

土石坝坝基地震液化问题严重威胁工程安全。现阶段的液化研究主要集中于液化机理分析,而在抗液化措施的设计优化方面,现有土石坝工程主要依靠以往的工程经验来处理坝址的液化土层。本文构建了以土石坝坝体坡面水平位移梯度、坝顶震陷和抗液化措施成本最小化为优化目标的数学模型,提出了以静动力抗滑稳定安全系数、地基最大液化范围、液化深度、典型点地震过程中平均液化度和震后永久水平位移为约束条件的土石坝压重平台和坝基置换参数优化设计方法;采用完全非线性动力算法和多目标遗传算法,通过VC++集成FLAC3D进行开发,实现了综合考虑土石坝抗液化措施的安全性能与经济效益的多目标优化设计。该方法应用于工程实例中,采用存档微遗传算法对压重平台及地基开挖置换的9个控制性设计参数进行优化。结果表明,优化后的方案相较初始方案使上下游坝体坡面水平位移梯度指标降低了16.59%和24.33%,坝顶震陷减少了21.03%,工程造价节约了18.53%。所提出的模型与方法为改善土石坝坝基液化问题提供了新的思路。     

地震作用下平原水库土石坝稳定受渗流影响的分析

平原水库土石坝坝基土体普遍存在可液化土层,这种液化属性在遭遇地震影响后则更为突显,为此,文章以新疆巴楚县红海乡境内某平原水库为例,通过室内试验和现场试验,对其水库坝基土层液化属性及程度进行了判别,并对土层动力学特性进行了研究,对地震影响下渗流场可能的变化进行初探。结果表明,该平原水库大坝液化土层在烈度为7度的地震的作用下存在较大的液化可能,但渗流场受到地震影响后的变化并不大;土层液化区域大小与土层分布范围存在一定关系,是否考虑渗流对液化区域范围及面积并无较大影响;但是考虑渗流影响后,该平原水库大坝迎水坡安全系数增大,背水坡安全系数减小。     

土石坝地震动力及液化有限元分析的工程应用

土石坝地震动力及液化分析成果在大中型水库除险加固工程中有重要参考价值、运用大型岩土分析软件GeoStudio．对宽心墙土石坝进行了地震动力及液化分析研究．并对土石坝地震动力分析的发展方向做了探讨。     

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。     

geo—quake软件在土石坝动力分析中的应用

运用GEO—STUDIO软件中QUAKE／W模块，采用等效线形分析模型，对山东某大型水库土石＼坝进行动力分析．对该土石坝在地震烈度为Ⅷ度情况下的地震响应和抗液化程度做出评价，以指导土石坝工程设计。     

地震荷载下土石坝动力分析的几个关键问题

本文比较了新旧抗震规范的差异,对土石坝动力分析的几个关键问题如阻尼、地震波的输入、地震影响系数、土的动力本构模型、液化机理进行了探讨,为大坝抗震设计和动力分析提供指导意义.     

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.     

土石坝与地震

已有一些土石坝在地震期间因液化而失事或发生重大位移。数字模拟方法可为设计新坝或进行已建填筑坝的安全评价提供强有力的工具来估计大坝～基础系统对地震的反应。本文根据循环加载试验观测并经模型试验比较和现场经验证实的单元试验数据，对动力分析程序作了介绍。这种方法被用于日本的Mochikoshi尾矿坝。     

土石坝地震反应分析

对土石坝动力反应分析中的一系列问题,土石料的本构模型、地震波的输入方式、动力分析方法及土石坝液化问题作了简要评述和初步分析,并指出其中存在的若干问题.另外,对土石坝的各类分析方法及其适用条件做了评述.     

地震-渗流耦合作用下土石坝稳定性分析

为研究地震-渗流作用下土石坝的稳定性,以某一土石坝为研究对象,通过岩土软件Geo-slope中的Seep/w、Slope/w以及Quake/w模块,分析该土石坝在地震-渗流作用下可液化土层的发展规律、超孔隙水压力的变化规律、坝体典型节点加速度和位移变化规律。计算研究表明：在地震-渗流耦合作用下,可液化土层的中下部液化发展水平较高,中下部土体的超孔隙水压力增量也比较大,上层土体发生液化的概率最小。坝体典型节点的加速度发生放大效应,节点高程越高,加速度放大效应越明显。坝体底部位移最小,中上部位移比较大,下游上部土体的竖向位移向上,此处土体发生隆起现象。     

坝基液化条件下土石坝二维拟静力法抗剪参数的简化算法

在对比水电规范和建筑规范中地震液化判断方法异同的基础上,分析坝基液化条件土石坝拟静力法计算抗滑稳定的边界条件;进一步对地基中存在可液化土的土石坝的二维拟静力法参数选取时,如何考虑超静孔隙水压力影响,提出了基于三维动力计算成果的3种分析计算方法,文章推荐了其中2种简化算法,可直接应用已成软件进行计算,具有简单有效、实用性强的特点,并在工程实例中进行了验证。     

小浪底大坝坝基抗震液化问题研究

对小浪底大坝坝基覆盖层地震液化可能性及其对大坝的影响进行研究.结果表明,河床覆盖层中表层堆积的粉细砂、壤土及砂砾石层顶部的一部分为第四纪全新统沉积物,密实度低,属于液化土；上更新统砂卵石层的含砂率一般小于30%,相对密度大于0.65,地震时不易产生液化,但也有局部含砂率大于30%,只是其分布范围小,不会对坝体造成危害；坝基类砂层为非液化土.     

高土石坝的地震动力响应分析方法研究与应用

基于现有的土石料动力本构关系,综合分析了土石料非线性弹性模型和动弹塑性模型的优缺点,以及对高土石坝动力响应分析的适用性。应用等效线性粘弹性本构模型建立动力方程,根据总应力法进行地震反应分析,基于动力反应结果利用Newmark法或等效应变势法进行永久变形分析,依据不排水动力试验结果进行关键曲线的液化判断是最为合适的高效高土石坝地震动力响应计算途径。利用该途径,依据糯扎渡水电站高土石坝坝料特性,对该坝的动力响应进行了人工合成地震波下的动力响应分析,得出该坝的加速度放大系数都小于2,但是"鞭梢"效应明显,坝顶加速度反应较大,可在坝顶附近采取局部抗震加固措施,该情况与坝体抗震结构设计一致。     

多布水电站砂砾石坝动力分析研究

对多布水电站覆盖层中的第6层砂层进行地震液化分析,判断该层是否存在地震液化的可能;通过平面有限元动力分析,进行了3个坝基砂层地震液化处理方案在动力条件下的应力变形性状差别的比较,提出了满足规范要求的坝基地震液化处理方案和砂砾石坝标准横剖面设计;通过三维有限元静力分析和动力分析,进一步论证了推荐的坝基砂层地震液化处理方案在动力条件下的合理性,为多布水电站砂砾石坝设计提供了依据。     

考虑动水压力的土石坝三维动力反应分析

本文用空间有限元与边界元相结合的方法分析土石坝与水体间的动力相互作用问题,考虑地震荷载和动水压力共同作用时对土石坝进行三维动力反应分析。还对动水压力问题进行了一些试验研究,在土石坝动力计算中采用了部分试验结果,并结合工程实例对计算方法进行了比较分析。     

土石坝的振动试验

日本是一个地震国家,在修建土石坝时,必须了解地震对坝体稳定性的影响。由于进行现场试验探讨任意地震力对坝体的稳定性有困难,因而不得不进行模型试验。对于土石坝振动模型试验,美国加利福尼亚大学的Ray. W.克洛氏和达维德·裴茨氏及日本京都大学丹羽义次氏和森忠次氏等都曾经进行过。本文叙述有关土石坝的振动试验中,作者使用冲击式振动水槽,模型比尺为1/100(坝高65米),进行了在不同强震情况下以及库内蓄水与不蓄水条件下的震动试验。记录了中央心墙型土石坝的上游、下游坡脚,坡面中央,坝顶的各测点振动结果并对周期、振幅等试验结果进行试验成果分析。叙述了美国加利福尼亚大学,日本京都大学振动试验的结果。     

察汗乌苏水电站坝基覆盖层土料的动强度特性

通过大型与中型动三轴试验，对新疆察汗乌苏水电站混凝土面板堆石坝坝基土料动强度与动孔压特性进行了试验研究。根据试验结果和以往成果中坝基动剪应力比分布规律初步估计，在该工程给定的地震设计烈度条件下，该坝基覆盖层可以满足建坝要求，不会发生液化破坏。研究成果可为深厚覆盖层地基上高土石坝的抗震稳定性计算和安全性评价提供科学依据，为深厚覆盖层工程特性的进一步研究提供参考。     

土石坝坝顶加固的永久变形机理及其离心模型试验验证

首先介绍了汶川特大地震中紫坪铺大坝永久变形原型观测的研究结果,根据紫坪铺大坝汶川地震实测结果,发现地震永久变形主要产生于大坝的上部,从地震永久变形的发生机理论证了坝顶加固技术的合理性与科学性.然后介绍了土石坝离心模型动力试验的研究成果,通过离心模型试验验证了坝顶加固的有效性与合理性.通过比较,表明离心模型试验得到的大坝变形分布形态、大坝外形轮廓变化、变形矢量等关键技术特性与墨西哥El Infiernillo土石坝及紫坪铺汶川地震实测结果吻合很好,证实了离心模型试验的技术优势.     

旁多坝基卵石混合土地震液化评价

通过对西藏旁多水利枢纽坝基卵石混合土的地震液化问题的分析评价,得出:旁多坝基卵石混合土不存在地震液化,但考虑到该工程的重要性,建议采取坝前加载或加密法对坝基进行处理.     

尼日利亚杰巴坝坝基处理

尼日利亚的尼日利河上杰巴(Jebba)坝主坝是分区土石坝,最大坝高42m,坝基为冲积砂层,最大厚度为70m。勘探表明,当坝基为中密的砂土时,在地震作用下可能发生液化,为防止地震液化及产生不均匀沉降,采用振冲加密和深孔爆破相结合的方法加密坝基的松散砂层。