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《深厚覆盖层上高土石坝抗震稳定性的三维分析-费康》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在学术论文-天天文库。
1、第11卷第1期扬州大学学报(自然科学版)Vol.11No.12008年2月JournalofYangzhouUniversity(NaturalScienceEdition)Feb.2008深厚覆盖层上高土石坝抗震稳定性的三维分析1*23费康,朱凯,刘汉龙(1.扬州大学岩土工程研究所,江苏扬州225009;2.扬州市建设局,江苏扬州225002;3.河海大学岩土工程研究所,南京210098)摘要:常规的拟静力方法不能反映出深厚覆盖层上高土石坝的动力特性,而应从坝体材料的动力稳定性、坝体地震后的永久变形和坝坡地震过程中稳定安全系数时程变化等方面综合评价大坝的安全性.结合一工程实例,建立了深厚覆盖
2、层上高土石坝的三维有限元动力分析模型,对大坝的抗震稳定性进行分析及评价.研究表明:坝体中较大的加速度数值集中在坝顶向下1/3的坝高范围,而此处以下部分的加速度数值与基岩加速度数值大致相同或略小;地震过程中,坝坡最危险安全系数滑弧由静力最危险滑弧逐步向坝顶方向移动.关键词:三维有限元方法;地震反应分析;土石坝;永久变形;边坡稳定性中图分类号:TV641.25文献标识码:A文章编号:1007-824X(2008)01-0074-05土质心墙堆石坝具有选材容易、造价低、结构简单、抗震性能好等特点,在世界范围内得到了广泛应用.近年来,随着人们对堆石体材料性质的深入研究和施工技术的进步,心墙土石坝更是成
3、为世界[1]上高坝建设的主流坝型之一.我国最近几年规划的一些大型水库工程也选用心墙土石坝坝型,如两河口水电站、糯扎渡工程、狮子坪工程等.我国水能资源大部分集中在西部地区,随着社会经济发展和西部大开发战略的深入实施,必将修建大量的高坝.然而,由于坝址地质条件的限制,往往要在地震高烈度区的深厚覆盖层上修建高坝,因此研究深厚覆盖层上土质心墙堆石坝的抗震稳定性具有较[2]大的现实意义.目前,土石坝的抗震稳定性分析主要还是采用拟静力法,这种方法既没有考虑地震的特性,如振动频率、次数和地震持续时间等,又没有考虑坝身材料的动力性质和阻尼性质等,因而无[3-4]法反映坝在地震时的反应特性.尤其对于深厚覆盖层上
4、的高土石坝,拟静力方法无法合理反映坝体内地震加速度分布系数的分布.另外,由于问题的复杂性,单纯地从边坡稳定安全系数一个方面来[5]判定土石坝的抗震稳定性是不够的.为此,本文结合工程实例,通过三维非线性有限元动力反应分析,对坝体及坝基的动力响应进行研究,并从坝体材料的动力稳定性、坝体地震后的永久变形和坝坡地震过程中稳定安全系数时程变化三个方面对大坝的抗震稳定性进行了分析.1堆石坝抗震稳定性分析方法1.1堆石坝动力反应分析方法大坝的动力反应采用三维非线性有限元进行时程分析,可求解出坝体及坝基体系随地震过程的应力、应变等响应变量的整个反应过程.计算中采用以粘弹性理论为基础采用的等效非线性粘弹性模型,
5、土体的非线性通过随剪切应变变化的等效剪切模量和等效阻尼比考虑.材料的剪切模量为G=′n′kpam/paG/Gmax,式中k,n分别为对应于Gmax时的试验常数;m为平均有效应力;G/Gmax为剪应变的函数.收稿日期:2007-03-28基金项目:国家自然科学基金委员会、二滩水电开发有限责任公司雅砻江水电开发联合研究基金资助项目(50639050)*联系人,E-mail:fei-kang@sohu.com第1期费康等:深厚覆盖层上高土石坝抗震稳定性的三维分析751.2地震永久变形计算方法[6-8]地震永久变形计算在静力和动力计算的基础上进行,在静力计算中可得到坝体及坝基中各点的应力状态,在
6、动力计算中可得到各点在地震过程中的动位移、动应变和动应力时程.结合循环三轴试验确定的动应力与残余应变的关系求解出永久变形.研究表明,残余体积应变V与动剪应力比n!∀/Vm的关系可用幂函数近似表示为V=KV(!∀/m),式中KV,nV分别与土性、应力状态及振次N有关,由试验确定.残余轴向应变p与动剪应力比!∀/m的关系也可用幂函数近似表示为p=nKp(!∀/m)p,式中Kp,np分别与土性、应力状态及振次N有关,由试验确定.1.3坝坡动力稳定安全系数时程分析方法坝坡动力抗滑稳定性分析同样在静力计算和动力计算的基础上进行:假设滑动面为球面,将各单元静应力和动应力进行耦合,求出各单元内部滑面
7、段上总的正应力和总的剪应力,根据摩尔-库仑准则可求得抗剪强度.沿着整个滑面对抗剪强度和剪应力进行叠加,两者之比即为安全系数.具体计算中给出圆心坐标x,y,z和半径R可能的范围,然后在每一时刻对这4个因素分别采用0.618优选法求出各时刻的最危险滑弧的位置和相应的最小安全系数.2工程实例2.1工程概况某水电站大坝为砾石土心墙堆石坝,坐落于最厚约70m的坝基覆盖层上,坝高约150m,正常蓄水位高145
