高土石壩地震作用效應及壩坡抗震穩(wěn)定分析研究.pdf

1、我國西部即將興建的眾多高土石壩大多位于強震區(qū)，確保其安全運行對國民經(jīng)濟的發(fā)展和人民生命財產(chǎn)安全具有重大意義。本文就高土石壩的地震作用效應以及壩坡抗震穩(wěn)定分析開展了系列研究工作。文中分別采用二維與三維解析法和有限單元法分析了高土石壩沿壩高和壩頂河谷方向的地震加速度分布特征，最終提出了300m級高土石壩地震動態(tài)分布系數(shù)建議圖。然后利用改進的極限平衡法和強度折減法分析了地震動態(tài)分布系數(shù)對高土石壩壩坡抗震安全系數(shù)和臨界滑動面的影響。利用強度折減

2、法進行壩坡穩(wěn)定分析時，根據(jù)鄭穎人院士總結得出的邊坡失穩(wěn)時，滑動面內(nèi)單元應變的突變特征，提出了塑性貫通區(qū)內(nèi)最大單元等效塑性應變陡增判斷準則?？紤]到在壩體失穩(wěn)變形過程中會產(chǎn)生較大的位移和變形，最后將基于更新拉格朗日方法的大變形理論引入到壩坡抗震穩(wěn)定分析中，并與利用傳統(tǒng)小變形理論求得的結果相比較。論文的主要內(nèi)容包括以下幾個方面： 1.分別利用： 1)基于剪切梁理論的解析法，包括反應譜法、考慮動剪切模量G與動剪應變γ非線性關系的

3、迭代法、考慮三維效應的簡化分析法。2)有限單元法，包括基于E-B非線性彈性模型的靜力有限元分析程序和基于等效線性黏-彈性模型的動力有限元分析程序，對六座不同高度模型大壩以及擬建的糯扎渡、雙江口高土石壩進行了沿壩高和壩頂河谷方向地震加速度分布特征研究。同時討論了河谷斜率、地震設計烈度、壩坡率、壩型、地震動輸入和壩料參數(shù)對高土石壩地震加速度分布的影響，最終提出了300m級高土石壩地震動態(tài)分布系數(shù)建議圖。 2.利用強度折減法數(shù)值模擬一

4、300m土石壩在失穩(wěn)過程中，通過觀測發(fā)現(xiàn)塑性貫通區(qū)內(nèi)各單元等效塑性應變具有突變且發(fā)展程度不一的變化規(guī)律，提出了塑性貫通區(qū)內(nèi)最大單元等效塑性應變陡增判斷準則。 3.分別利用： 1)考慮堆石材料非線性強度準則和土料動強度準則的極限平衡法，2)對判斷準則和折減過程加以改進的強度折減法，分析了地震動態(tài)分布系數(shù)和壩料強度準則對高土石壩壩坡安全系數(shù)和臨界滑動面的影響。結果表明，在使用地震動態(tài)分布系數(shù)建議圖計算地震力時，壩體所受的地震

5、荷載有所減小，導致土體滑動力矩相應減小，安全系數(shù)有所增加。臨界滑動面的位置主要取決于壩料強度準則，地震動態(tài)分布系數(shù)的影響不大。 4.高土石壩在失穩(wěn)過程中，壩坡會產(chǎn)生較大的位移和變形。因此，引入基于更新拉格朗日方法的大變形理論，采用反映巖土材料拉壓不等性的修正Drucker-Prager本構模型，對高土石壩的抗震穩(wěn)定問題進行了大變形有限元分析，并與采用傳統(tǒng)小變形理論求得的結果相比較。得出的結論是，采用基于連續(xù)介質(zhì)力學的大變形理論分