埃塞俄比亚kesem土石坝动力分析ok

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1、万方数据2008年第3期2∞8Number3湖北水力发电舯BⅡWAlERHw嘧总第76期TotalNo．76文章编号：1671—3354(2008)03—0018—05埃塞俄比亚KESEM土石坝动力分析熊美林，周伟(武汉大学水资源与水电工程科学国家重点实验室，湖北武汉430072)摘要：采用有效应力非线性有限元法对埃塞俄比亚Kesem粘土心墙土石坝进行了地震反应分析。得到该坝在地震作用下坝体的加速度反应和应力反应，根据坝坡残余变形及坝坡的动力稳定性等进行了抗震评价。关键词：土石坝；动力分析；有限元法；

2、抗震安全中图分类号：1V641．4文献标志码：ADynainicanalysisofKesemEmbankmentinEthiopia．ⅪONGMeiliII．ZHOUW-ei(StateKeyLaboratoryofWaterReooulv．1鼍&HydropowerEngineeringScience，WuhanUniversity，Wuhan430072，China)Abstract：ThedynamicresponseoftheKesemChy．CoreEmbankmentirlEthiopi

3、aunderseismicloadactioni8investigatedwithnonlineareffective-stressICEM；themaximumseismicresponseaecelerationandstressesareacquired；inaccordancewit}ltheresidualdeformationanddynamicstabilityoftheembankmentslope，theaseismicsafetyoftheembankmentisevaluated

4、．Keywords：embankment；dynamicanalysis；finiteelementmethod(FEM)；aseismicsafety1概述埃塞俄比亚KESEM粘土心墙坝位于埃塞俄比亚Afar地区，距首都亚的斯亚贝巴(AddisAbaba)215km。该工程的主要任务是利用Awash河的支流Kesem河的流量，进行约20000ll辞甘蔗园的灌溉。KF’5EM坝坝址区属于地震多发的地区，最大可信地震(MCE)加速度0．39，设计基准地震(DBE)JJⅡ速度0．169，坝址附近还有断层存

5、在，所以有必要对坝体的动力特性进行分析。该坝为粘土心墙坝，上游坝坡l：2．25，下游坝坡l：2．0，坝顶高程941．00m，最大坝高100In。粘土心墙位于坝中心，顶部高程940m，宽度4m，上下游侧坡度均为l：0．25，心墙底部最大宽度约50m。心墙上游与大坝砂砾石料之间设两层反滤层，每层水平宽度2In；下游设2层反滤层和l层过渡层，每层水平宽度2m。坝壳料采用河滩堆积的砂砾石料。对于土石坝抗震稳定性的分析，单独采用抗震稳定性安全系数，并不能准确地评价土石坝的动力稳定性。Newnm'k等采用刚塑性体

6、永久变形评价土石坝地震稳定性的建议逐步得到了认同。本文中采用考虑孔收稿日期：2008—03—17作者简介：熊美林，女，硕士研究生。18隙水压力的有效应力动力非线性有限元法对埃塞俄比亚Kesem坝进行动力分析，得出土石坝坝坡在地震过程中的稳定性安全系数和坝体永久变形。根据这二者的情况来分析大坝的抗震安全性。2有限元动力分析2．1动力计算本构模型本文中采用目前土石坝地震动力响应非线性分析中常用的等价线性法。等价线性法实质上就是在弹性的迭代计算方法中考虑与应变有关的剪切模量和阻尼系数，再求得与应变相适应的剪

7、切模量和阻尼系数。动剪切模量G的确定：G=G一／(1+Y／7，)(1)式中IG=r／7；yr．rult／G一；G一为最大动剪切模量；7为动剪应变幅值；f为动剪应力幅值；Z'uh为最终应力幅值，相当于y一∞时的r值。这样动剪切模量G最终由两个参数G一和y，确定，这两个参数与土体所受的初始平均静应力盯：有关，如式(2)和式(3)所示。最大动剪模量G一：万方数据熊美林等：埃塞俄比亚KESEM土石坝动力分析2008年5月G。=k1．Pa．(仃：／几)o。5(2)将大气压的值代人式(2)计算得式G。=磁．(口二

8、)仉5，其中，＆=220砭一，得到式：G呲=220砭一(口：)o～。口二为平均有效主应力，c一，叮：，Pa采用同一量纲(kPa)；kl，砭一为系数，其值可由试验结果确定。以=k2．Pa．(d／P口)“(3)其中：k2，n由试验参数确定。动阻尼比A：．：【=(2kl／兀)．(1一G／G～)(4)当G=0时，A为最大，A一=2kl／丌，由试验确定。2．2稳定计算的有限元动力法运用有限元法计算坝坡的静应力和每一瞬时的动应力，可利用其成果分析坝坡的稳定性。作用于