地震作用下土工格栅加筋高土石坝数值分析

摘要

高土石坝如果因发生地震而破坏，将会产生灾难性的后果。因此，高土石坝的破坏机理和抗震加固措施研究一直是热点问题。近年来，土工格栅加固高土石坝得到了广泛的应用，已经应用于青峰岭水库、南桠河冶勒水电站、糯扎渡心墙堆石坝等已建和在建的大坝中。但是这些坝体加固方案多采用工程类比法进行设计，土工格栅加固高土石坝的加固机理研究尚不明确，缺少理论分析依据，不便于工程实际应用。
　　本文在已有工作的基础上，结合国家自然科学基金项目《基于广义塑性理论的土工格栅加筋高土石坝的动力分析》(51409076)，通过有限差分软件FLAC3D，研究了地震作用下土工格栅加筋高土石坝的加固效果，开发了有限差分计算坝坡动力安全系数时程的计算方法，确定了土工格栅的最佳铺设方式，并通过实例进行验证。本文的主要内容如下:
　　(1)通过对强震作用下土工格栅加筋高土石坝的变形分析，计算结果表明:土工格栅加固高土石坝后，降低了坝顶沉降，减小了坝体水平位移和竖向位移，具有加固高土石坝的效果。通过改变土工格栅的弹性模量、土工格栅的长度和土工格栅铺设的层间距等参数，从坝体变形角度确定土工格栅最佳的铺设方式。
　　(2)运用拟静力法和动力时程法两种方法进行稳定分析。通过拟静力法施加地震荷载，并结合强度折减法计算得到最大剪应变增量图（可以确定潜在滑裂面的位置）。结果表明土工格栅加固后坝坡滑裂面下移，滑裂面加深，土工格栅加固后增加了坝坡的稳定性。通过软件二次开发平台，利用FISH语言计算安全系数得到时程图，结果表明加固后随着地震的发生，安全系数一直是增加的。最后，通过稳定性分析确定土工格栅的最佳铺设方式。
　　(3)通过对双江口心墙坝的实例分析，按照最佳铺设方式对双江口土石坝进行加固。计算结果表明:铺设土工格栅后坝体永久变形减小，安全系数增加明显，极限抗震能力也有明显的提高。

目录

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致谢

摘要

第一章 绪论

1．1 研究背景

1．2 土工格栅加固高土石坝的研究现状

1．2．1 土工格栅加固高土石坝的发展状况

1．2．2 土石坝内土工格栅加筋机理研究

1．2．3 土工格栅加固高土石坝动力反应分析研究

1．3 本文的研究意义和主要工作

1．3．1 研究意义

1．3．2 本文的主要工作

第二章 数值计算方法

2．2．1 增量弹性应力-应变关系

2．2．2 屈服准则和流动法则

2．2．3 塑形修正

2．3 FLAC30中土工格栅单元

2．3．1 土工格栅

2．3．2 土工格栅-土界面本构关系

2．4 FLAC30中动力变形计算方法

2．4．1 完全非线性分析

2．4．2 动力荷载的输入

2．4．3 输入荷载的校正滤波

2．4．4 动力输入方法

2．5．2 FLAC30强度折减的实现过程

2．5．3 Mohr-coulomb内置模型的强度折减法

2．6 小结

第三章 地震作用下土工格栅加固高土石坝的变形分析

3．2 数值计算

3．3 格栅加筋效果分析

3．3．1 永久变形分析

3．3．2 位移时程分析

3．4 土工格栅加筋效果影响因素分析

3．4．1 格栅弹性模量的影响

3．4．2 格栅长度的影响

3．4．3 格栅间距的影响

3．5 土工格栅加固高土石坝的极限抗震能力分析

3．6 小结

第四章 地震作用下土工格栅加固高土石坝的稳定性分析

4．2 三维模型的建立

4．3 拟静力法分析

4．3．1 格栅弹性模量的影响

4．3．2 格栅长度的影响

4．3．3 格栅间距的影响

4．4 动力时程法分析

4．4．1 格栅弹性模量的影响

4．4．2 格栅长度的影响

4．4．3 格栅间距的影响

4．5 小结

第五章 工程实例——双江口心墙堆石坝

5．1 工程概况

5．2 坝体计算模型

5．2．1 坝体模型及材料参数

5．2．2 地震动输入

5．2．3 计算方案

5．3 计算结果分析

5．3．1 坝体的永久位移变化

5．3．2 坝体的稳定性分析

5．4 验证土工格栅加固高土石坝的极限抗震效果

5．5 小结

第六章 结论与展望

6．2 展望

参考文献

在读期间发表的学术论文及参与课题