深厚覆盖层土石坝的动力响应特征及稳定性研究

摘要

土石坝是一种经济的坝型,由于该坝型具有施工简单、工序少、造价低、施工速度快,特别是能适应于较差地质条件的特点,被广泛应用于水利水电拦河坝建设中.我国地域广阔,地震活动频繁而强烈,在已建或拟建的工程中,有较多的土石坝都建在较深厚的覆盖层上,然而对于深厚覆盖层上土石坝的动力稳定问题,尤其是对不同厚度的覆盖层上坝体的动力反应的变化规律,一直没有系统的研究成果. 本文以西部地区深厚覆盖层上土石坝的抗震设计分析为研究对象,采用有限元法模拟频率为0.5～2Hz的谐波和随机波频率作用,对不同坝高和不同覆盖层厚度条件下的土石坝进行了动力响应计算,分析了反应加速度和动应力变化特征.通过改变覆盖层动力特性参数,考察地层刚度的变化对坝体反应的影响.得到了以下认识: (1)谐波作用下土石坝动力反应加速度与覆盖层厚度、坝高及频率有密切关系. 随着覆盖层厚度增大或坝高增大,坝体中的反应加速度最大值分布具有逐渐递减、均匀化的变化特征；坝坡体的反应加速度递减显著的变化特征,坝顶反应加速度较坝底反应加速度小的特征:覆盖层厚度越小,坡脚及其附近土体的反应加速度越大的特征. (2)随着震波频率增大,坝体中的反应加速度最大值分布呈逐渐递减、均匀化的变化. (3)坝轴线上各点反应加速度最大值与震波输入加速度峰值比值在不同震波频率下的变化曲线均有峰值,达到峰值后均随距基岩高度的增大而逐渐减小,且趋于定值.并且,随着频率增大,它们的峰值逐渐降低,但高度较大趋于稳定时的比值基本一致. (4)不同频率谐波和随机波作用下最大动剪应力随覆盖层厚度的增加明显降低.不同谐波和随机波作用下,坝坡安全系数随覆盖层厚度的变化而变化. (5)根据反应加速度最大值分布变化,反应加速度最大值与输入加速度峰值比沿轴铅垂线上的变化,坝顶反应加速度最值及坝坡安全系数随坝高、覆盖层厚度的变化,分析了深厚覆盖层的界定条件. (6)根据最大峰值相同的随机波和谐波作用下动力反应加速度的比较,验证了随机震波的等效荷载峰值确定的方法. 本文通过对覆盖层上土石坝的动力响应计算分析,揭示了深厚覆盖层上土石坝动力响应特征,可为土石坝抗震设计提供参考.

目录

文摘

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1绪论

1.1深厚覆盖层土石坝动力反应分析研究的现实意义

1.2土石坝震害特征及震害分类

1.3地震动特性及多维地震动作用

1.3.1地震动幅值特性

1.3.2地震动的频率特性

1.3.3地震动持时特性

1.3.4多维地震作用

1.4土石坝地震反应分析方法

1.5考虑行波效应的地震反应分析方法

1.6土石坝地震永久滑移变形计算方法

1.7研究内容

2土体动力反应分析方法的基本原理及研究方案

2.1动力平衡方程的建立

2.1.1单元体的动力平衡方程

2.1.2有限单元的动力平衡方程

2.2动力平衡方程的求解

2.3静动力本构模型

2.3.1静力计算模型

2.3.2动力本构模型

2.4基于等效粘弹性本构模型的动力反应分析步骤

2.5研究方案

2.5.1工程背景

2.5.2坝体、地基岩土材料动力特性参数

2.5.3计算方案

3谐振作用下深厚覆盖层土石坝的动力反应分析

3.1最大加速度等值线分布特征

3.1.1 80m坝高不同覆盖层厚度坝体中反应加速度最大值分布的变化特征

3.1.2 100m坝高不同覆盖层厚度坝体中反应加速度最大值分布的变化特征

3.1.3 140m坝高不同覆盖层厚度坝体中反应加速度最大值分布的变化特征

3.1.4 180m坝高不同覆盖层厚度坝体中反应加速度最大值分布的变化特征

3.1.5 200m坝高不同覆盖层厚度坝体中反应加速度最大值分布的变化特征

3.2坝体底面加速度反应特征的分析

3.3坝轴线各点最大加速度反应特征分析

3.4坝顶最大加速度特征分析

3.5本章小结

4随机振动作用下深厚覆盖层土石坝的动力反应分析

4.1最大加速度等值线分布特征

4.2地层刚度变化对土石坝动力响应的影响

4.3坝轴线上最大反应加速度的变化特征

4.4坝顶最大反应加速度的变化特征

4.5本章小结

5深厚覆盖层对土石坝稳定性影响

5.1深厚覆盖层对土石坝最大动剪应力的影响

5.2深厚覆盖层上土石坝整体稳定分析

5.2.1土石坝整体稳定分析的拟静力法

5.2.2动力分析方法

5.3本章小结

6.结论与展望

6.1结论

6.2展望

致谢

参考文献

在校学习期间所发表的论文、专利、获奖及社会评价等