张宇[1]2017年在《高面板堆石坝面板地震响应、破损机理及抗震对策研究》文中研究表明混凝土面板堆石坝(简称面板坝)是上世纪80年代发展起来的一种新坝型,由于其具有断面小、透水性好、施工进度快和适应性良好等特点,深受坝工界的青睐,经常成为首选坝型。经过40多年的发展,以分层填筑、薄层振动碾压技术为标志的现代混凝土面板堆石坝日渐成熟,我国相继建造了一批坝高大于150m的高面板坝。随着筑坝建设经验的积累以及设计水平的提高,面板坝的高度还在不断增加,一批250m级高面板坝也在规划或可研中,有多座高面板坝位于西部高地震烈度区,这些高坝大库—旦因地震发生溃坝等严重灾害,其后果将是灾难性的。面板坝的最主要防渗结构是上游坝面的混凝土面板(简称面板),其安全性和完整性是保证整个大坝正常运行的首要条件。强震作用下,面板的主要破坏形式是竖缝间面板的挤压破坏、以及上部面板沿坝轴向的水平结构性裂缝,这两种破坏形态均与面板的应力和变形特性紧密相关。因此,准确把握和预测面板地震响应特性,探明面板地震破损机理并开展抗震对策研究,是实现强震区高面板坝的建设由200m级向250m以上级跨越的重要前提。数值模拟分析技术是研究面板坝地震响应规律、揭示防渗结构破损机理、评价大坝抗震性能及论证抗震措施有效性的重要手段之一。目前对面板抗震性能的数值研究主要存在两个方面的局限:(1)以往研究工作主要针对单一面板坝工程,很难综合考虑河谷地形条件、坝体几何形状、地震动输入特性等多种因素对大坝地震响应的影响,难以得到具有普遍适用性的面板薄弱区域分布规律。(2)工程中仍普遍采用混凝土单轴强度准则来评价面板安全性及破损形态,利用线弹性模型来模拟面板混凝土本构关系,该方法具有明显的局限性。一方面,混凝土单轴强度准则无法反映多轴受力状态下混凝土真实的强度特性,难以对面板的动力破损进行准确评价,无法从受力特性角度探明面板动力破损产生机理。另一方面,线弹性模型虽然具有计算高效、易于程序实现、可以较好地反映面板应力分布基本规律等优点,但该模型不能模拟准脆性及韧性面板材料开裂后非线性应力应变关系,难以满足面板动力开裂、渐进破损过程的非线性分析要求。基于此,本文首先采用三维有限元数值分析方法,对面板地震响应特性开展了系统研究,确定了面板高应力区范围,指明了面板抗震薄弱部位。引入混凝土多轴强度准则,改进了面板抗震安全评价标准及评价方法。采用基于堆石体和接触面的广义塑性模型的弹塑性分析方法,从面板受力状态角度对面板动力破损形态、破损机理开展了系统研究。在此基础上,引入混凝土弥散裂缝模型,对面板动力开裂、渐进破坏过程进行了模拟,阐明了面板动力开裂破坏特性。在上述研究成果基础上,分别从结构设计的改进和材料性能的提高两个方面,提出了能够大幅度提高面板抗震性能的工程对策,并利用数值分析方法定量评价了抗震措施的有效性。本论文的主要研究内容可概括为:(1)通过对面板堆石坝进行大量、系统的三维有限元数值计算,探明了面板的高应力区分布规律,揭示了面板抗震薄弱区域。通过对近百个设计工况的计算结果进行总结归纳,阐明了坝高、岸坡坡比、地震动输入特性等因素对面板高应力分布区域的影响。研究结果表明:地震作用下,面板在距坝底0.6H～0.8(H为坝高)、沿坝轴向0.4L～0.6i(L为坝轴长)的范围内将产生顺坡向高动拉应力(超过3MPa),在抗震设计时应重点关注该区域面板的抗震安全。(2)首次提出了一种通过设置永久水平抗震缝来有效降低面板动拉应力的工程措施,并通过数值分析方法定量评价了该工程措施的有效性,成果已被猴子岩面板堆石坝(Ⅷ度地震烈度区建最高面板坝)采用。通过对近百个设计工况的三维有限元数值模拟结果进行总结归纳,明确了水平抗震缝设置位置(高程和长度)对面板动拉应力分布的影响,据此建议了设置水平抗震缝的合理区域,以便为工程抗震设计提供使用依据。研究结果表明:当水平缝被设置于面板最大顺坡向动拉应力发生高程(H0)时,动拉应力的降幅可达40%以上,且当水平缝设置高程位于H0±0.05H范围内时,动拉应力的降低幅值可达20%以上。为得到理想的动拉应力降低效果,建议将水平缝沿高度方向设置于0.7H～0.9H、沿水平向设置于0.35L-0.65L范围内。(3)引入混凝土 Ottosen多轴强度准则作为面板安全评价标准,发展了考虑混凝土多轴受力特性的面板安全评价方法,对运行期内面板的安全性进行了评价。研究结果表明:无论在震前满蓄期还是地震作用下,面板均表现出明显多轴受力特性。利用多轴强度准则更能反映实际面板破损情况,单轴强度准则会高估中下部面板发生挤压破坏,低估地震作用下中上部面板发生拉裂和挤压破坏。(4)基于混凝土多轴强度准则,从面板受力特性角度阐明了面板地震破损机理。研究结果指出,拉-压组合应力状态是面板发生动力破损时主要的应力状态之一,由于拉压共同作用造成的拉断和片状劈裂破坏是面板主要的动力破损形态。研究从面板多轴受力特性角度阐明了面板动力破损机理,即坝顶堆石体顺河向甩动导致的面板动拉应力、堆石体指向河谷的坝轴向残余变形引起的面板挤压应力与震前面板应力的耦合作用,是面板发生拉裂或挤压破损的主要原因。此外,研究结果还指出水平抗震缝的设置可以显著改善面板拉-压不利应力状态,降低面板发生挤压破损的可能性。(5)联合混凝土共轴旋转裂缝模型、堆石料及接触面的广义塑性模型,建立了高面板坝静、动统一的弹塑性分析方法,针对200m级面板坝开展了二维非线性有限元分析,模拟了地震过程中面板动力开裂、渐进破坏的发展过程。研究结果表明,地震作用下面板薄弱区域内可能产生贯穿性有害裂缝(宽度大于0.1mm),面板表现出明显的脆性破坏特性(开裂破坏发生在0.2s内)。研究结果还表明,地震作用下堆石坝体产生顺河向的甩动变形,此时垫层料相对于面板沿坝坡方向的相对变形会通过接触面传递给面板摩擦力作用,该摩擦作用是导致面板内产生过高动拉应力进而引起开裂破坏的主要原因。(6)从材料改性的设计思路出发,针对面板的抗震薄弱部位提出了一种UHTCC-钢筋-混凝土新型面板结构(新型面板)。通过引入UHTCC受拉应变硬化本构关系,实现了 UHTCC-钢筋-混凝土面板堆石坝弹塑性静、动统一分析方法,定量评价了新型面板的抗震性能。研究结果表明,强震作用下新型面板表现出延性破坏以及无贯穿性裂缝的特点,具有良好的抗震控裂性能。通过对不同截面形式的新型面板动力控裂性能进行对比,指出在面板上游侧0.6H～0.9H范围粘贴3cm厚UHTCC的形式为最优截面形式。(7)以古水面板坝(245m)面板为研究对象,从实际工程角度验证了水平抗震缝和UHTCC-钢筋-混凝土新型面板这两项抗震对策的有效性。研究结果表明,与不设缝面板相比,设置水平抗震缝后面板内动拉应力幅值降低约50%,出现开裂破损的面板面积降低约38%,面板的抗震安全性显著提高。另一方面,与普通钢筋-混凝土面板(简称普通面板)发生贯穿性有害裂缝的开裂特点不同,UHTCC-钢筋-混凝土新型面板内无贯通性裂缝产生,UHTCC层有效地阻止了混凝土层中裂缝向上游的扩展,新型面板的抗震控裂性能明显优于普通面板。
周扬[2]2011年在《汶川地震紫坪铺面板堆石坝震害分析及面板抗震对策研究》文中提出目前我国西南强震区一大批高土石坝项目在建或待建。由于混凝土面板堆石坝具有安全、经济以及适应性强的特点,在建或拟建的土石坝中有相当一部分采用了面板堆石坝方案。这些高面板堆石坝坝址区河谷条件和地质条件复杂,地震活动频繁且烈度较高。因此,开展强震作用下高面板堆石坝的抗震对策研究具有重大的理论价值和工程意义。2008年5月12日,距离紫坪铺面板堆石坝以西约17km的四川省汶川县发生了8.0级强烈地震,震中最大烈度高达Ⅺ度。紫坪铺大坝在地震中出现了明显的震损破坏。但紫坪铺大坝台阵没有获取到强震时坝址基岩处地震动记录,大坝的动力计算成果无法在定量上与实测资料进行对比。地震作用下筑坝材料的动力本构模型,目前国内外大多采用等价线性粘-弹性模型描述高土石坝的地震反应。因此,建立适用于高土石坝应力应变特性的弹塑性分析方法,反应强震时大坝渐进变形过程具有重要的意义。本文在国家自然科学基金项目“强震区高土石坝抗震措施研究”(编号：50679093)、国家自然科学基金重大研究计划重点项目“高土石坝地震灾变模拟及安全控制方法研究”(编号：90815024)和“十一五”国家科技支撑计划项目“紫坪铺水库震损评估与抗震减灾技术研究”(编号：2009BAK56B02)资助下,结合汶川地震紫坪铺大坝的震害情况,对大坝的地震变形与面板错台进行了数值仿真,建立了高面板堆石坝弹塑性静、动力计算方法。论文的主要内容包括以下几方面：(1)对汶川地震后紫坪铺面板堆石坝余震记录的加速度峰值及频谱特性等进行了分析。选择坝址基岩台站实测余震地震波作为大坝地震动输入,对紫坪铺大坝进行了三维动力有限元分析,并将计算得到的坝体加速度与台站的监测数据进行了对比,研究了小震时大坝的动力反应规律。(2)对汶川地震紫坪铺面板堆石坝动力反应分析时的地震动输入选择问题进行了探讨。分别选取几组基岩台站实测主震波、紫坪铺台站某实测余震波以及按水工抗震规范人工生成地震波等作为数值计算的地震动输入,对紫坪铺大坝进行三维动力有限元分析,并与实测结果进行对比,结合大坝自振反应的基本规律,分析大坝在各组地震动作用下的动力反应特性,建议汶川地震中紫坪铺大坝动力计算时可选择茂县地办实测主震波或规范谱人工生成地震波作为地震动输入。(3)对汶川地震紫坪铺大坝的震害现象进行了数值仿真。采用三维有限元分析方法计算了大坝地震永久变形,并与实测值进行对比；分别采用了基于应变势的永久变形分析方法和刚体滑块法,对大坝二、三期面板施工缝处的错台现象进行了数值模拟,研究了面板错台的机理,并与面板实际错台震害进行对比,分析了施工缝方向、水库水位以及不同地震动等因素对面板错台的影响。(4)建立了高面板堆石坝的弹塑性静、动力分析方法。考虑筑坝堆石料的压力相关性和滞回特性,对广义塑性P-Z模型的弹性剪切模量、弹性体积模量、加卸载塑性模量和应力历史再加载函数进行了修改,并根据筑坝堆石料静力和循环荷载试验确定了修改后的模型参数。将改进的广义塑性P-z模型加入到有限元计算软件GEODYNA中,实现了基于弹塑性模型的高面板堆石坝有限元计算静、动力计算方法。采用该模型,对紫坪铺大坝进行有限元静、动力反应计算,模拟了竣工期和地震中大坝变形和面板施工缝错台的渐进变化过程。(5)建议了改善面板应力的综合抗震对策。通过对不同坝高、不同河谷形状的高面板堆石坝进行三维静、动力有限元分析,研究了高面板堆石坝震前、地震时以及地震后面板应力的分布规律。通过不同抗震方案的对比,建议了挤压边墙施工、降低面板与边墙摩擦、面板竖缝填充材料优化布置的综合面板应力改善对策,并进行了数值验证。
杨超[3]2018年在《河谷形状对面板堆石坝应力变形特性影响的量化方法研究》文中进行了进一步梳理我国自1985年至今,在峡谷地区已经建成了数十座高面板堆石坝,积累了丰富的峡谷地区面板堆石坝筑坝经验,但由于面板堆石坝工程的复杂性,相关的设计理论研究仍然滞后于工程实际应用。加强峡谷地区面板堆石坝的设计理论研究、变形特性研究和工程改善应对措施研究,是一项有意义的工作。由于堆石料的岩性、堆石的颗粒级配、堆石的碾压参数和河谷的形状等众多因素同时对坝体的受力变形产生影响,导致峡谷地形对大坝受力变形的影响很难从直接测量的结果中分离出来。有限元法具有分离量化显示河谷形状这一单一因素对大坝受力变形影响的优势,采用有限元法研究河谷形状对面板堆石坝应力变形特性的影响,具有现场试验和模型试验无法比拟的优势。本文结合相关的面板堆石坝设计与有限元计算方法,主要的研究工作如下:系统介绍了我国峡谷地区面板堆石坝的工程实践进展与存在的问题。针对河谷宽高比在描述河谷宽窄时存在的不足,从河谷宽度、河谷边坡、河谷的对称性三个影响河谷形态的要素出发,给出了新的河谷形状参数来量化描述河谷的形态。采用河谷宽度系数来量化描述河谷的宽窄,采用河谷边坡陡缓系数来量化描述河谷边坡的陡缓,采用河谷非对称系数来量化描述河谷边坡的非对称性。并从河谷地形中面板堆石坝的受力变形特性出发,利用有限元数值计算方法,给出了区分河谷宽窄、河谷边坡陡缓、河谷对称与否的判别标准。基于新提出的河谷形状参数量化研究了河谷地形对面板堆石坝应力变形特性的影响,揭示了峡谷地区堆石坝坝体、面板发生特殊破坏与变形的内在机理。提出了基于河谷地形影响的面板堆石坝工程分类方法,给出河谷形状对面板堆石坝应力变形影响程度的分级标准和河谷形状影响系数G,以量化河谷形状对面板堆石坝应力变形的影响程度,为是否采取工程改善措施消除河谷地形的不利影响提供依据。利用河谷形状参数及面板堆石坝工程分类方法对国内外数十座已建成的面板堆石坝进行了工程分类,进一步验证了本文研究成果的可靠性与实用性。研究了狭窄河谷中面板堆石坝坝体底部应力拱效应的形成机理,堆石体与两岸山体间的不均匀沉降和狭窄的河谷地形是狭窄河谷中形成应力拱效应的两个条件,坝体竖向应力与轴向应力在应力拱的作用下发生的应力重分布是坝体底部产生应力拱效应的内在力学机理。提出了一种可以确定坝体底部应力拱的合理拱轴线的方法,并利用此方法研究了河谷宽度与河谷岸坡对应力拱的影响,为采用工程措施减弱拱效应的不利影响提供了必要的理论支持。陡峭河谷岸坡是导致面板堆石坝面板轴向拉应力增大的主要原因,采用拱形面板堆石坝来减弱峡谷地区面板受到的轴向拉应力,有限元计算结果表明效果良好。根据计算结果,拟推荐拱型面板堆石坝在设计时,其曲率值可以在K(28)7.5?10~(-4)~1?10~(-3)之间选取,坝体向着上游方向上的拱起高度初步定为h?(0.024-0.032)L。研究了倾斜坝基地形下面板堆石坝的静力变形特性与动力反应特性。倾斜坝基地形对面板堆石坝静力的变形特性影响不大,但对面板堆石坝在顺河方向上的最大动位移和最大残余变形的分布规律影响较大。研究了倾斜坝基地形下面板堆石坝的动力破坏模式,大坝的极限抗震能力为0.50g-0.58g。
李静琪[4]2007年在《深覆盖层上面板堆石坝静动力特性及坝基地震液化研究》文中研究表明混凝土面板堆石坝有着良好的变形适应性和抗震稳定性，非常适合在强震区深厚覆盖层上修建。本文结合深厚覆盖层上斜卡面板堆石坝的设计计算课题，采用三维非线性有限元法，深入研究了其静动力工作性态，并对坝基粉土质砂液化的可能性进行了研究，提出加固措施的建议。论文主要成果如下。(1)根据斜卡混凝土面板堆石坝的实际情况，采用三维非线性有限元法和分级加载技术，详细模拟了该坝的施工过程和蓄水过程。获得了该坝施工期和蓄水期的坝体位移和应力、防渗墙的位移和应力、面板的挠度和应力以及周边缝、面板缝的位移等。计算表明，虽然斜卡面板堆石坝坝址区地形地质条件复杂，覆盖层深厚，但坝体的应力和变形，数值在设计可接受的范围之内。说明坝体设计在技术上是合理可行的。(2)根据斜卡面板堆石坝地形地质条件复杂、覆盖层深厚和坝基分布有粉土质砂的特点，采用三维非线性有限元动力分析方法，建立了坝体的地震反应和地震永久变形的分析模型。详细分析了在设计地震作用下，坝体及其接缝的地震反应特性和一般规律，包括加速度反应、位移反应、应力反应等。计算表明，该坝的动力反应特性和抗震稳定特性，满足设计的要求。(3)研究了粉土质砂振动孔隙水压力的增长模式以及现有评价地震液化的研究成果，研制和开发了粉土质砂地震液化的分析评价程序，并对斜卡坝基粉土质砂的地震液化可能性进行计算分析。成果表明，该坝基在地震烈度为7度时不会发生地震液化，在地震烈度为8.3度时，库区和下游坝脚处表面一些单元发生液化。据此，提出了加固处理措施的建议。
解晓峰[5]2012年在《300m级高混凝土面板堆石坝结构安全性评价分析》文中研究指明薄层振动碾压技术出现以来，显著提高了堆石体密度，减小了坝体变形，从而使面板堆石坝坝高不断攀升。因高混凝土面板堆石坝的应力变形、稳定及面板裂缝机理更为复杂，使目前高堆石坝面板产生结构性裂缝较为普遍，危及大坝的安全性，过去经验性的设计及规范已不适用。本论文针对300m级高混凝土面板堆石坝面板出现的裂缝渗流、坝坡稳定、应力变形及抗震等方面，采用结构有限元法对其进行了结构安全性全面分析评价。具体工作如下：（1）采用三维有限元模拟计算接缝止水失效或面板开裂时坝体的渗流场，得出了裂缝由底部往上开裂过程中，坝体的渗流量及各区渗流要素的变化规律。对各材料分区渗透系数进行了正交敏感性分析，得出所研究对象的平均水平。分析垫层渗透系数对极端工况下坝体最大水力坡降的影响，找出垫层渗透系数的合理值。通过对裂缝为空缝和裂缝被淤填时渗流场的有限元模拟，分析了垫层附近各渗流要素的变化规律，模拟了淤填自愈型止水的渗流控制效果，同时提出了改善和提高堆石坝稳定安全性的技术措施。（2）通过分析面板、垫层、过渡层及堆石区的最大水力坡降，评价了各分区发生渗透破坏的可能性。采用传统极限平衡法和有限元强度折减法相结合的方法进行了抗滑稳定性分析，得到了各极端工况下坝体潜在滑裂面及稳定安全系数。（3）研究了止水防渗极端破坏情况下高面板堆石坝的应力变形规律，为300m级高混凝土面板堆石坝极限稳定性的分析提供依据，并根据研究成果提出了改善坝体变形的工程措施。（4）为了进一步验证高混凝土面板堆石坝结构稳定性，对其进行地震反应谱动力分析，得到了在空库和满库时坝体的动应力和动位移分布规律，提出了高面板堆石坝抗震措施。
倪娜[6]2000年在《地震作用下高面板堆石坝面板应力与变形的计算方法研究》文中研究说明高面板堆石坝二维有限元动力计算，在进行网格剖分时没有考虑网格尺寸对面板动力反应的影响，忽视了不同材料性质的结构、不同类型单元对单元尺度的适应性。 本文针对上述问题采用不同密度的网格进行面板堆石坝的动力分析，考虑不同坝高，不同输入地震波的特性，得到了网格对堆石体加速度反应基本没有影响，而对面板应力和面板加速度反应有较大影响的结论，证明针对面板这种薄板结构在网格剖分过大时，会带来一定的改变。 面板堆石坝在地震过程中，面板可能会沿其接触面发生滑动和开裂，因此，考虑接触面上的剪切破坏特征，找出一种基于剪切变形修正计算的方法，得到面板动应力在地震过程中的分布规律，符合面板堆石坝的动力破坏现象，为进一步进行面板堆石坝抗震计算提供了一种新的途径。
温立峰[7]2018年在《复杂地质条件下混凝土面板堆石坝力学特性规律统计及数值模拟》文中研究说明由于具有造价低,对地质条件适应性强,并可充分利用当地材料等优点,混凝土面板堆石坝已经成为最具竞争力的一种坝型。当前混凝土面板堆石坝的建设常面临狭窄河谷、严寒、高震以及深厚覆盖层地基等复杂地质条件的挑战。其中深厚覆盖层是一种典型的复杂地质条件,广泛分布于我国西南地区河流中。坝体的变形控制是面板堆石坝建设最重要的一项考虑因素。面板的结构性开裂和挤压破坏、接缝的张拉变形以及大坝的安全稳定均与坝体变形特性具有密切联系。如何有效合理评价和控制面板堆石坝变形,是决定面板堆石坝进一步发展最为关键的因素。本文采用统计分析方法、多元非线性回归分析以及数值计算等手段,对复杂地质条件下混凝土面板堆石坝及其防渗墙的应力变形特性开展了系统研究。主要研究内容如下:(1)从统计的角度研究了面板堆石坝应力变形及渗漏特性,并揭示其统计规律,定量化研究了面板堆石坝变形特性与其影响因素的相关关系。基于已有大量文献资料,收集了过去50年已建的87个面板堆石坝变形特性和详细建设信息。对坝顶沉降、坝体内部沉降、面板挠度以及大坝长期渗漏量进行了深入规律统计分析,获得面板堆石坝力学特性的统计规律以及估计大坝变形和渗漏特性的经验关系。从经验的角度定量化研究了大坝变形特性与其影响因素的相关关系,并确定了面板堆石坝变形特性的主要影响因素。(2)基于多元非线性回归分析方法,建立了面板堆石坝3个变形特性(包括坝顶沉降、坝内沉降、面板挠度)与其6个控制变量(包括坝高、孔隙率、地基条件、堆石强度、河谷形状、运行测量时间)之间的经验预测模型,并深入评价了每个控制变量的相对重要性。将获得的经验模型与已有经验方法进行了比较,以验证模型的准确性。(3)建立了考虑堆石和地基流变及水力耦合效应的面板堆石坝参数反演分析模型,揭示了覆盖层地基对面板堆石坝应力变形特性的影响机制。基于数值计算和实测资料,深入研究了覆盖层上面板堆石坝的应力变形特性及其主要影响因素。对覆盖层上面板堆石坝和基岩上面板堆石坝力学特性的差异进行了深入对比分析。(4)从统计的角度研究了面板堆石坝地基混凝土防渗墙应力变形及损伤开裂特性,揭示了地基混凝土防渗墙受力机理以及力学特性统计规律。收集了过去50年43个地基混凝土防渗墙工程实例的建设信息和监测记录。对覆盖层上面板堆石坝防渗墙的水平位移、顶部沉降、开裂特性以及应力结果进行了详细的规律统计分析。基于统计分析,揭示了不同位置防渗墙(上游防渗墙及中部防渗墙)的受力机理以及力学特性差异,并深入分析了力学特性的主要影响因素。(5)建立了考虑防渗墙与相邻土体接触效应以及地基水力耦合效应的混凝土防渗墙塑性损伤分析模型。基于数值计算和实测结果,系统研究了覆盖层上面板堆石坝防渗墙的受力机理、应力变形特性以及损伤特性,并与心墙坝防渗墙的力学特性进行对比分析。基于数值计算,分析了防渗墙材料特性、地基水力耦合效应以及地基变形特性对防渗墙应力变形特性的影响。
邓海峰[8]2010年在《高面板堆石坝地震三维动力反应分析》文中提出采用三维非线性有限元方法分析了高面板堆石坝在地震灾害下的动力反应,揭示了高面板堆石坝在地震作用下的应力变形性状,分析了影响高面板堆石坝动力反应的主要因素,并结合具体实际工程提出了大坝抗震加固的一些工程措施。论文主要内容如下:1)采用先进的网格离散技术,通过GEODAM-CAD程序建立了高面板堆石坝的三维有限元网格。网格包含了坝体周围的山体、面板的垂直缝、周边缝,并且反应了坝体的施工填筑顺序。2)以董箐高面板堆石坝为工程实例,堆石料采用邓肯-张E-B模型,用三维有限元计算分析了该坝的静力应力变形性状。3)修改了面板与垫层间接触面子程序,更好的模拟了地震过程中面板与垫层料间的接触关系,基于堆石料的等效粘弹性模型,采用三维有限元分析了董箐高面板堆石坝在地震灾害下的动力反应。4)基于改进的沈珠江残余应变模型,编写了相应的子程序,计算了董箐高面板堆石坝的震后残余变形。5)对比分析了动水压力、不同的地震烈度对高面板堆石坝在地震灾害下动力响应的影响,并提出了一些抗震减灾的建议。6)考虑了防浪墙与堆石料之间的互相接触效应,分析了在地震过程中,防浪墙对坝顶地震反应的影响。
银佳男[9]2017年在《高面板砂砾石坝非稳定渗流-应力耦合研究》文中研究表明混凝土面板坝具有安全性、经济性和适应性等特点,具有竞争力和发展前景。目前,砂砾石是一种广泛分布于河床和滩地的天然材料,与爆破堆石料相比,其开采成本低、施工简便,且压实不易破碎等优点常被选为混凝土面板坝的筑坝材料。我国西北地区已建或在建多座百米级的混凝土面板砂砾石坝,有的抗震设计烈度大于或等于8度。由于天然砂砾料具有级配离散性差、间断性和施工易分离性的特点,抗渗透破坏和抗冲蚀的能力相对较差。大坝防渗体一旦发生破坏,将对安全构成威胁。目前,国内外学者对混凝土面板坝防渗体破坏大都分别从流、固两种不同的角度去研究,对地震作用也都以震后大坝防渗体损伤、坝体渗流的状态来评价坝体安全性。然而,一旦防渗体损伤开裂将会导致库水渗漏,引起渗流-砂砾石料-防渗面板的相互作用,有可能对大坝安全产生更不利影响,这在以往的研究中尚未见报导。在非稳定渗流场的作用下,坝体应力和变形必然会发生改变,这种非稳定渗流-应力耦合的作用对坝体和混凝土面板会产生什么影响,需要进行深入研究。因此,研究基于非稳定渗流-应力耦合的计算方法对评价大坝安全具有重要理论和工程意义。本文采用混凝土损伤模型和堆石料广义塑性模型为基础的非稳定渗流-应力耦合计算方法,分析在非稳定渗流作用下,大坝应力和变形的变化规律。主要工作有:(1)建立了以混凝土损伤模型和堆石料广义塑性模型为基础的非稳定渗流-应力耦合计算方法。自编与岩土工程商业软件系统-GeoStudio配套软件形成计算文件,应用Seep/w模块进行非稳定渗流分析,计算出节点孔隙水压力,并将孔压映射到固体网格。对某面板砂砾石坝筑坝材料的静、动力三轴试验结果进行拟合,整理出广义塑性模型计算参数,为坝体静、动应力分析提供依据。(2)采用本文建立的计算方法,在极端、正常工况下,分别对沟后面板砂砾石坝溃坝过程进行二维非稳定渗流-应力耦合有限元分析、二维有限元稳定分析。由此验证计算方法的合理性,计算程序、计算参数的可靠性。结果表明:极端工况下,库水沿粗粒料和细粒料交界面延伸且在重力的作用下向四周扩散。将坝体分为饱和区和非饱和区,最终达到稳定渗流状态。坝料填筑严重分层及筑坝材料排水不畅,对下游坝坡的稳定是不利的;正常工况下,垫层控制着坝体的渗流量,大部分水头集中损失在垫层中。面板局部破坏处小范围出现拉应力,但拉应力值很小,不至于引起面板进一步损伤和破坏,水深对面板局部影响不显著。(3)对坝高为200m弱透水性面板砂砾石坝进行二维静、动力有限元分析,确定面板损伤分布,根据面板损伤情况,确定混凝土面板渗透系数的变化。考虑垫层失效且坝料填筑明显分层的极端工况,进而对震后坝体进行非稳定渗流计算,研究这一过程中大坝应力和变形的变化规律。结果表明:地震结束后大坝在非稳定渗流作用下,面板和坝体变形发生回弹;坝体和面板小主应力(压应力)均显著减小,面板局部出现拉应力,部分区域损伤值变大;评价大坝极限抗震能力时,除了考虑地震结束时面板的损伤状态,还应考虑渗流发展,进一步计算非稳定渗流对应力场的影响。
阿里木江[10]2006年在《复杂地基上高混凝土面板堆石坝结构性态研究》文中提出结合河谷狭窄、覆盖层深厚、地质地形条件复杂的甘肃九甸峡混凝土面板堆石坝,采用三维非线性有限元方法,深入研究了其静、动力结构性态、流变性态以及挤压边墙施工技术模拟分析,研究总结了复杂地基上高混凝土面板堆石坝应力变形的一般规律,论证了九甸峡大坝结构设计的合理性,为设计和施工提供了理论依据。论文主要内容如下。 1.根据九甸峡混凝土面板堆石坝的实际情况,采用三维非线性有限元方法和分级加载技术,详细模拟了该坝的施工过程和蓄水过程。获得了该坝施工期和蓄水期的坝体位移和应力、防渗墙的应力和位移、面板的挠度和应力以及周边逢、面板逢的位移等。计算表明,尽管九甸峡混凝土面板堆石坝坝址区地质地形条件复杂,坝址河谷狭窄,覆盖层深厚,但坝体的应力和变形符合一般规律,数值也在设计可接受的范围之内。说明坝体设计在技术上是合理可行的。 2.建立了九甸峡混凝土面板堆石坝挤压边墙施工技术的有限元分析模型。计算表明,采用挤压边墙施工技术后,竣工期和蓄水期坝体的位移和应力都有所减小,但影响不大。面板的挠度减小,应力得到了较大改善。 3.采用广义开尔文和伯格斯两种不同的流变模型,模拟了九甸峡混凝土面板堆石坝施工填筑过程和蓄水过程,预测运行10年后坝体和面板的长期变形,比较考虑堆石料流变和不考虑流变时坝体变形和面板挠度等的变化规律,指出了堆石体流变对坝体拱效应的影响。 4.采用三维非线性动力有限元分析方法,建立了坝体的地震反应和地震永久变形的分析模型。详细分析了在设计地震作用下,坝体及其接缝的地震反应特性及其一般规律,包括加速度反应、位移反应、应力反应等。计算表明,该坝的动力反应特性和抗震稳定符合一般规律,满足设计规范的要求,其设计是合理可行的。
参考文献：
[1]. 高面板堆石坝面板地震响应、破损机理及抗震对策研究[D]. 张宇. 大连理工大学. 2017
[2]. 汶川地震紫坪铺面板堆石坝震害分析及面板抗震对策研究[D]. 周扬. 大连理工大学. 2011
[3]. 河谷形状对面板堆石坝应力变形特性影响的量化方法研究[D]. 杨超. 西安理工大学. 2018
[4]. 深覆盖层上面板堆石坝静动力特性及坝基地震液化研究[D]. 李静琪. 河海大学. 2007
[5]. 300m级高混凝土面板堆石坝结构安全性评价分析[D]. 解晓峰. 西北农林科技大学. 2012
[6]. 地震作用下高面板堆石坝面板应力与变形的计算方法研究[D]. 倪娜. 大连理工大学. 2000
[7]. 复杂地质条件下混凝土面板堆石坝力学特性规律统计及数值模拟[D]. 温立峰. 西安理工大学. 2018
[8]. 高面板堆石坝地震三维动力反应分析[D]. 邓海峰. 三峡大学. 2010
[9]. 高面板砂砾石坝非稳定渗流-应力耦合研究[D]. 银佳男. 大连理工大学. 2017
[10]. 复杂地基上高混凝土面板堆石坝结构性态研究[D]. 阿里木江. 河海大学. 2006
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