何庄水库土石坝动力响应及稳定性分析

发布时间：2020-06-10 20:11

【摘要】：我国华北地区修建的水库坝型以坝高较低的土石结构坝体为主,该区域地震带分布广泛,筑坝土料抗震能力差,对该区域土石坝进行抗震稳定研究具有十分重要意义。通常情况下,土石坝抗震计算主要采用拟静力法,但该方法不仅未考虑筑坝土料的动力特性,而且不能直观的反映坝体的局部和整体破坏情况。为能够得到较为合理的土石坝抗震计算结果,本文采用非线性数值分析方法对何庄水库土石坝进行动力计算,模拟了坝体在不同强度地震荷载作用下动力响应情况,从局部稳定和整体稳定两个方面对坝体进行了稳定性分析。论文的主要内容如下:(1)以加速度为核心对坝体非线性动力计算结果进行研究。非线性分析方法能够综合考虑不同因素对坝体局部和整体破坏的影响,其模拟动力响应过程能更好的接近实际。动力计算结果表明:坝体的不同部位加速度反应不同,随着坝高增加,加速度值逐渐变大,加速度放大倍数随着输入地震波的峰值加速度增大而减小,不同方向输入地震波的坝体加速度放大倍数基本一致;当输入较强地震荷载时(9度),坝体产生破坏使其内部应力重新分布,坝体内部的应力值改变;坝体震后的水平位移大于竖向位移,两者的位移量均随着坝高逐渐增加。(2)基于局部稳定性评价方法对震后坝体进行稳定分析。坝体在地震荷载作用下会造成局部破坏影响大坝的整体稳定性。局稳定性评价内容包括:坝顶震陷计算、坝体单元抗震稳定计算、防渗体安全评价以及液化可能性判别。以上四个方面的研究结果表明:当输入较强地震荷载时(9度),坝顶震陷率超过相应安全评价指标,上、下游坝坡出现大范围单元抗震稳定安全系数小于1,防渗体产生贯通破坏,坝体和坝基未出现液化。综合考虑局部破坏的范围和程度,坝体的局部破坏对坝体稳定产生了影响。(3)综合动力时程线法和动力等效值法计算结果对坝坡进行抗震安全评价。动力时程线法计算得到的坝坡抗震稳定安全系数反映了其随地震作用过程的动态变化,而动力等效值法计算得到的坝坡抗震稳定安全系数是地震作用总的安全系数。计算结果表明:当输入较强地震荷载时(9度),两种方法计算得到的上、下游坝坡抗震稳定安全系数均小于相应安全评价指标,坝体产生了滑动破坏。综合考虑两种方法得到的计算结果,便能够对坝坡抗震稳定性进行判断。
【图文】：

图 2.2 摩尔库伦模型-用于定义流动法则的域.2.2 动力分析计算基本方程FLAC3D 动力分析模块(CONFIG dynamic)能够进行三维的完全动力分析，在进行分析过程中，采用的是完全非线性分析方法[52]。该方法能够与结构单元模型进行耦析，进而可以分析由于地面振动带来的土壤结构相互作用。完全非线性分析方法具有以下特点：(1)对任意的非线性本构模型，其能够较好的赋值计算；(2)不同输入的地震波能够产生干涉和混合；(3)能够自动模拟出结构在载作用下产生的永久变形；(4)如果计算过程中采用了合理的塑性本构方程，其塑性与应力相关；(5)可以同时模拟 S 波和 P 波的传播，以及模拟二者耦合作用对模型结影响。FLAC3D 的原理[51]是求解运动方程，其动力计算可以采用任意的本构模型，因过求解运动方程可以得到合适的动力问题解答。动力计算过程中使用的材料参数与

图 3.1 何庄水库库区地质剖面图中国地震动参数区划图》(GB18306-2015)，场区地震动峰值加速度本烈度为 VII 度），地震动反应谱特征周期为 0.40 s，按 7 度设防震设计规范》（GB50011-2010）中的有关规定，确定场地土类型地类别属Ⅱ类，属于抗震一般地段。场地土层剪切波速范围值为 1步判定场地下部无液化土层。体断面参数库土石坝工程围坝总长 1500m，设计坝顶宽 6m，，坝顶高程 56.50 1:3，在高程 50.00m 处设马道宽 3.0m，马道以下至库底边坡 1:3下游坝坡设计坡比 1:3，现状地面高程 50.5 m～56.31m。防渗心墙坡比 1:1.8，心墙根部设防渗齿墙，齿墙底宽 1m，上下游边坡坡详见下图 3.2。
【学位授予单位】：济南大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2019
【分类号】：TV31;TV641

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本文编号：2706798