面板堆石坝面板地震反应分析-chinainstituteofwater

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1、面板堆石坝面板地震反应分析-ChinaInstituteofWater紫坪铺妞板堆石坝地震永久变形分析赵剑明常亚屏陈宁（屮国水利水电科学研究院岩土所，北京，100044）摘要针对紫坪铺妞板堆石坝工程，根据堆石料的大型动三轴试验结果，确定了坝料的残余体应变和残余剪应变模式，特别是非饱和料的残余体应变模式。在所建立的面板坝三维非线性动力反应有限元法基础上，结合孔隙水压力扩散和消散的计算，建立了一套同时计入残余体应变和残余剪应变的面板堆石坝地震永久变形的计算方法，并对紫坪铺面板坝工程进行了地震永久变形的计算，分析了坝体地震永久变形的

2、量值和分布情况，为大坝的抗震设计提供了冇力的技术依据。关键词面板堆石坝，地震反应，残余体应变，地震永久变形1前言紫坪铺水库工程位于四川省成都市西北60多公里的岷江上游，是一座以灌溉和供水为主，兼有发电、防洪、环境保护、旅游等综合效益的大型水利枢纽工程，是都江堰灌区的调节水源工程。本工程位置在都江堰市麻溪乡，上游与岷江干流映秀湾电站尾水衔接，下游距都江堰市约9公里。该工程挡水建筑物为钢筋混凝土面板堆石坝，最大坝高156m,坝顶高程884.00m，坝顶长度663.77m,上游坝坡1:1.4,下游坝坡1:1.5〜1:1.4,正常蓄水

3、位877.0m,设计洪水位871.2m,校核洪水位883.1m,总库容11.12亿m3。坝基覆盖层由漂卵碗石夹砂层透镜体组成，厚10〜23m，1结构松散，具一定架空结构，但仍具有一定抗压缩变形能力，抗剪强度也较高，渗透系数在5.79?10〜11.57?10cm/s。水库工程定为一等工程，主要建筑物均为I级建筑物。设计洪水频率为千年一遇，校核洪水为可能最大洪水。本工程区基本地震烈度为VII度，面板坝按VIII度地震烈度设防。受四川省水利水电勘测设计研宂院委托，中国水利水电科学研究院岩土工程研究所通过室内大型动三轴试验，详细研究了

4、紫坪铺水库血板堆石坝坝料的动力工程性质，其中重点研宄了坝料的地震残余变形特性，结合在所建立的面板坝三维非线性动力反应有限元法，对大坝遭遇8度地震时的地震永久变形进行了分析。2面板坝地震永久变形的三维非线性有限元分析方法2.1地震永久变形研究概况作为大坝抗震安全性评价的的重要指标，面板堆石坝的地震永久变形计算是面板堆石坝抗震研究中一个重要课题。土石坝地震永久变形的计算方法除Y利用弹塑性模型直接计算残余变形的真非线性分析方法外，主要有两大类［lh—类是滑动体位移分析法，一类是整体变形分析法。滑动体位移分析法的基本出发点是假定土石坝

5、的残余变形主要是由地震时坝坡及地基发生瞬态失稳时滑移体产生位移造成的，主要基于Newmark的刚体滑动面假设和屈服加速度概念。整体变形分析法的基本假定是把坝体及地基作为连续介质来处理。这类方法一般是先进行地震反应分析，求出坝体及地基的反应，然后利用材料动力特性的试验结果，加以简化求出坝体残余变形。目前，基于Serff和Seed等人提出的应变势概念的整体变形计算方法有着广泛的应用。在现有的土石坝地震永久变形的计算方法中，多数只考虑了土料的残余剪应变，而没有计入土料的残余体应变。面板堆石坝中堆石体具有由于棱角破碎而引起体积收缩的特

6、性，残余体积变形不宜忽略。冃前对饱和土料的残余体积变形研究较多，而对非饱和土料的残余体积变形研宄则很少,而面板堆石坝在运用期间大部分堆石体处于非饱和状态，因此为了较准确地计算血板堆石坝的地震残余变形，基于试验资料建立非饱和堆石料的残余体应变模式是非常重要的。基于应变势概念的整体变形计算方法的基本过程是首先对大坝进行地震反应分析，确定大坝在地震作用下的应力应变状态，然后利用所建立的残余应变模式计算残余应变，并根据应变势的概念计算人坝的地震永久变形。因此要准确计算板堆石坝的地震永久变形的两个关键问题是：建立可靠的面板坝地震反应分析

7、方法和堆石体残余应变计算模式。2.2面板坝地震反应分析方法2.2.1本构模型本文计算中土石料的静应力应变关系采用了邓肯E-B非线性模型。为了反映土的动应力应变关系的两个基本特征：非线性和滞后性，并表示出剪切模量和阻尼比与动剪应变幅的关系，本文采用了中国水利水电科学研究院大型动三轴试验结果。根据试验测得动剪切模量比G/Gmax和动阻尼比X与动剪应变丫的关系曲线，采用参考剪应变丫r=t则得到较为单一的max/Gmax妇一后，G/Gmax〜y/Y「关系曲线和X〜Y/Yr关系曲线，图1是本文-2-2所研究的面板堆石坝工程的主堆石料的相

8、应曲线。动力计算时输入相应关系曲线的控制数据，根据应力应变值进行内插和外延取值，用于计算。根据试验结果，最大动剪切模量Gmax可以表示为：Gmax入(％)????••攀•?K?Pa??o??Pa?Y/vr(1)2图1G/Gmax〜y/yr和入〜丫/yr关系曲线式中，？o?为平