百米级高沥青混凝土心墙坝抗震能力与破坏模式研究

发布时间：2019-01-14 08:41

【摘要】：沥青混凝土心墙坝具有众多优点,在全世界范围内的大坝建设中得到广泛应用。但现有沥青混凝土心墙坝经历的强震较少,积累的震害工程经验也较少。随着水电工程的发展,国内外很多沥青混凝土心墙坝高度已达到百米级,强震作用下坝体的设计、施工存在较大的盲目性,严重影响此坝型在强震作用下的安全特性。因此有关沥青混凝土心墙坝的极限抗震能力和坝体可能发生的各种破坏模式的研究显得尤为重要,这对沥青混凝土心墙坝工程抗震安全的设计与施工起到很大的指导作用。本文以新疆库什塔依沥青混凝土心墙坝为工程背景,利用ABAQUS及Geo Studio有限元软件分析强震作用下的此坝型的地震响应规律,以及极限抗震能力与可能发生的破坏模式。内容主要包括以下几个方面:(1)基于ABAQUS有限元二次开发平台引入邓肯张E-B模型和考虑塑性的沈珠江动力粘弹性模型,扩展了静、动力有限元中的非线性分析方法,得出较好的静、动力响应及残余变形等方面结果。探讨了沥青混凝土心墙坝在静、动力模拟过程中的关键性技术问题并给出了相应的建议。如地震波的选取、、坝址地震动输入方式、心墙“薄片”单元的尺寸效应及解决办法、模型边界条件施加及边界能量逸散的解决等。(2)以库什塔依沥青混凝土心墙坝为背景建立三维有限元静、动力模型,分析得:静力分析中应力最大值发生在心墙底部,位移最大值发生在坝体1/2高程处,受库水压力影响心墙的顺河向位移及心墙附近处应力分布变化情况较大。动力分析中残余变形以竖向最大,顺河向其次。坝轴向与竖向的残余变形随着水位的增高而增大,顺河向残余变形则相反。响应加速度随坝体高程增加而增加,坝体动位移响应以顺河向的坝顶中心位置最大;从坝坡动力安全角度分析得出,上下游坝坡稳定性满足要求,但下游马道位置易出现浅层滑坡,在施工、设计中应当加以注意。此外结果表明邓肯张E-B模型和考虑塑性的沈珠江动力粘弹性模型能够较好的体现出坝体堆石料的非线性特性,此类坝型具有较强的抗震能力。(3)结合最大值包络线法等方法,考虑不同水位、地震波等条件对地震过程中的动响应、受力特性、坝坡动力安全系数及残余变形等的影响。最终综合考虑以上因素及目前极限抗震能力评定标准得出:此坝的极限抗震能力为0.515g~0.567g,能够抵御8度以上地震而不至于出现重大灾害,影响极限抗震能力的最显著因素为心墙材料的位移及变形。较真实的模拟了坝体在地震作用下的动力响应,验证了考虑塑性的沈珠江动力粘弹性模型的合理性。考虑现行的水工大坝极限抗震能力评价标准,采用最大值包络线法等综合分析了各核心指标,得出此坝能够抵御8度以上地震而不至于出现重大灾害,结论及规律分析正确。(4)沥青混凝土心墙坝的破坏模式研究中,分析了目前已有的土石坝震害调查类型在此坝型上发生的可能。并利用3组不同地震波下坝体的动力响应规律着重分析了此坝型的残余变形、动位移及加速度响应、沥青混凝土心墙损伤演化过程、坝坡动力安全系数等方面结果。结论表明:按照破坏发生可能性的大小顺序是心墙损伤、坝顶路面结构产生裂缝错台、下游边坡失稳等,并针对以上破坏模式给出相应的工程建议及抗震措施。
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【学位授予单位】：西安理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2017
【分类号】：TV312;TV642

【参考文献】