大型水库堤防地基液化变形分析及加固对策研究

摘要

中国是世界上大陆地震活动最为强烈的国家之一。1976年唐山地震时，包括堤防在内大量水工建筑物遭受了破坏。2008年汶川“5.12”大地震不仅造成大量的人员伤亡，还导致了多数水工建筑物出险：堰塞湖、紫坪铺大坝裂缝、堤防地基土液化冒砂等。因此，研究地震作用下堤防地基土体动力反应，找出堤基土的液化区域及分布规律，比选堤防地基抗震加固措施是实现堤防抗震的主要措施之一。本文采用FLAC软件进行了地基土体动力反应分析，对地基抗震加固措施进行对比分析研究，完成的工作如下：
　　 (1)总结国内外关于液化概念的演进、饱和砂土液化机理及分析方法，阐述了堤防地基液化研究现状以及堤防抗震思路与加固原理。
　　 (2)利用基于有限差分法的FLAC软件模拟堤防地基在地震作用下的非线性、大变形特性，进行初始平衡-自由场地-带堤防场地三个阶段的全过程的数值模拟。验证了自重应力平衡后，堤防修筑对于地基土体液化变形的影响。提出临水侧堤脚是堤防抗震中的薄弱环节。在地震动作用阶段，分析了堤防地基在动力作用下的动力反应特点，在超孔隙水压力比、有效应力路径方面对此特点进行说明，并根据地震动力分析过程中参考节点的竖向位移、加速度响应和典型土体单元的竖向应力、有效应力和超孔隙水压力的响应，确定了临水侧堤脚位置和堤顶中心下场地表层为堤防抗震中的薄弱环节，针对该薄弱环节提出三种抗震加固措施。
　　 (3)针对上述堤防抗震中的薄弱环节，文章提出振冲碎石桩、塑性混凝土墙联合换土垫层、抛石压重三种地基加固方案。分别阐述了各方案的加固机理，利用FLAC进行数值模拟的方法以及响应的参数设置并分别重新对加固后的堤防地基进行了计算，从竖向残余变形云图，参考节点竖向残余变形时程曲线和典型单元超孔压比时程曲线三方面对加固效果进行评判，根据各方案的加固效果、施工便利性，施工质量和经济性四个方面进行最优方案比选，确定最合理有效的加固方法。

目录

文摘

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第1章 绪论

1.1问题的提出和研究的意义

1.2堤防地基液化研究现状

1.2.1砂土液化概念的演进

1.2.2砂土液化机理的研究现状

1.2.3砂土液化的分析方法现状

1.2.4堤防地基液化数值模拟研究现状

1.3堤防抗震思路与加固原理

1.4本文主要工作和技术路线

第2章 数值分析方法及FLAC计算软件

2.1数值分析方法

2.2 FLAC软件介绍

2.2.1基本原理

2.2.2计算模块

2.2.3本构模型

2.2.4计算流程

2.2.5动力模块介绍

2.2.6 FISH语言介绍

2.3本章小结

第3章 上海青草沙水库堤防地基液化变形分析

3.1上海青草沙水库堤防工程概况

3.1.1工程概况

3.1.2工程地质条件

3.1.3剖面选取与有限元剖分

3.1.4计算参数确定

3.1.5计算方案设计

3.2数值模拟过程

3.2.1自由场地数值模拟

3.2.2带堤防场地数值模拟

3.2.3参考节点以及输入的加速度

3.3水库堤防地基土液化变形规律探讨

3.3.1场地抗震液化和变形分析

3.3.2带堤防场地抗震液化和变形分析

3.3.3水库堤防地基土液化变形规律

3.4本章小结

第4章 上海青草沙水库堤防抗液化加固措施研究

4.1引言

4.2抗震加固措施

4.2.1碎石桩法

4.2.2地下混凝土墙联合换土垫层法

4.2.3抛石压重法

4.3加固方案比选

4.4本章小结

第5章 结论与展望

5.1本文的主要工作及研究成果

5.2存在的问题及研究展望

致 谢

参考文献