高沥青混凝土心墙堆石坝静动力特性有限元分析研究

摘要

我国水力资源的绝大部分集中在高烈度地震频发的西南地区，水利工程的抗震安全极为重要。沥青混凝土心墙堆石坝因其良好的变形适应性和抗震稳定性，已越来越受到青睐。本文针对官帽舟沥青混凝土心墙堆石坝的可研设计，采用三维非线性有限元法，深入研究了其静动力工作性态，提出加固措施的建议。论文主要成果如下。 (1)分析了土石坝震害的特点并介绍目前国内外强震区高土石坝的建设现状，介绍了沥青混凝土心墙堆石坝的静、动力本构模型及其研究进展。 (2)根据官帽舟沥青混凝土心墙堆石坝的实际情况，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、心墙的位移和应力等。计算表明，官帽舟大坝的坝体应力和变形数值在设计可接受的范围之内。说明该坝坝体设计在技术上是合理可行的。 (3)采用三维非线性有限元动力分析方法，建立了坝体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，坝体及心墙等结构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要求。 (4)根据计算分析结果，对高沥青混凝土心墙堆石坝的静动力特性和抗震安全性进行总结，并提出提高抗震安全性的建议，可供其他类似工程参考。

目录

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第一章绪论

1.1心墙堆石坝的发展概况

1.2心墙堆石坝的分析计算研究现状

1.3强震区土石坝建设现状及土石坝震害预防措施

1.3.1早期的水库震害

1.3.2土石坝震害的预防措施

1.4土石坝抗震与动力计算的研究进展

1.4.1土石坝动力计算的研究历程

1.4.2地震液化的概念和准则判别

1.4.3液化地基处理措施

1.5本文的主要研究内容

1.5.1问题的提出

1.5.2官帽舟水电站工程概况

1.5.3本文的主要研究内容

第二章有限元计算分析原理及方法

2.1静力分析方法

2.2动力分析方法

2.2.1有限元计算原理

2.2.2堆石体的动力分析模型

2.2.3动水压力

2.2.4地震永久变形

2.2.5抗震稳定性

2.3本章小结

第三章三维非线性静力有限元分析

3.1有限元模型

3.2荷载分级

3.3本构模型和计算参数

3.4大坝的静力特性

3.4.1坝体(堆石区和石渣区等)

3.4.2沥青心墙

3.4.3混凝土底座

3.5参数敏感性分析

3.6主要结论和讨论

3.6.1主要结论

3.6.2讨论

3.7本章小结

第四章坝体地震反应分析

4.1有限元模型

4.2本构模型和计算参数

4.3计算工况和地震加速度曲线

4.4大坝的动力特性

4.4.1地震反应主要特征量

4.4.2加速度反应

4.4.3位移反应

4.4.4应力反应

4.4.5堆石体抗震稳定性

4.4.6地震永久变形

4.5主要结论和讨论

4.5.1主要结论

4.5.2讨论

4.6本章小结

第五章结论与展望

5.1本文总结

5.2展望

参考文献

致谢