地震作用下混凝土–堆石组合坝墙体位移及动土压力研究
发布时间：2021-04-15 10:17
混凝土–堆石组合坝主要由上游混凝土墙与下游俯斜式堆石体构成,作为一种新型坝体结构,目前对其地震土压力的研究鲜有报道。对此,开展混凝土–堆石组合坝大型振动台物理模拟试验研究,分析地震作用下墙体的位移、动土压力及合力作用点的分布规律等。研究结果表明:1)混凝土–堆石组合坝中上游墙体的位移量相对较小,墙体顶部位移比墙底大,呈现出RBT（绕墙体底部转动）的位移模式。2)墙底动土压力与输入的地震波相比具有明显的滞后性。3)墙背的总动土压力随着峰值加速度（PGA）的增大而增大,当PGA≤0.2g时,总动土压力沿墙高近似呈线性分布;当PGA≥0.4g时,总动土压力呈现出明显的非线性分布规律。4)受俯斜式堆石体及墙体位移模式的影响,在地震烈度8度以下,混凝土–堆石组合坝中上游墙体合力作用点普遍低于M–O理论规定的0.33H;但在地震烈度8度以上,合力作用点趋近又高于0.33H。试验结果初步揭示了混凝土–堆石组合坝中上游墙体的位移及动土压力响应特征,为其在地震作用下的抗震设计等提供参考。
【文章来源】：工程科学与技术. 2020,52(02)北大核心EICSCD
【文章页数】：7 页
【部分图文】：
CRCD断面及传感器布置
由于1–g振动台模型试验材料的应力水平很难完全满足严格的相似律。现有研究表明土石料在应变较小时（如破坏前）高、低应力状态下土石料的应力应变关系具有相似性[15]，试验中混凝土墙及堆石体均采用其他实际工程相同的材料。另外，混凝土墙与堆石及坝基的相互作用复杂，无法仅考虑某一相似条件而片面追求由模型推求原型的实际特性，故本试验可以看作与实际工程中组合坝形状结构材料类似的小比例模拟试验。采用C20混凝土浇筑的混凝土墙体容重可满足相似条件，但弹性模量的相似问题的确会对试验结果有一定的影响。本试验主要侧重动力响应特性的研究，通过试验观测发现墙体本身未发生动力破坏现象，由此考虑到试验材料及试验仪器的限制，试验结果主要用于混凝土-堆石组合坝及类似结构的地震响应特性和定性分析。试验材料选择及相似问题详见文献[10]。试验中混凝土墙采用C20混凝土整体浇筑（图2），模拟基岩的混凝土板采用强度等级为C25的混凝土浇筑。试验参考其他已有工程，利用相似级配法及等量替换法确定模型坝堆石料的级配[16]，模型坝堆石料最大粒径控制为20 mm，见表1。堆石料不均匀系数Cu为15，曲率系数Cc为2.2，属于级配良好砾石（GW)[16]，其干密度ρd=1.84 g/cm3，控制相对密度0.9，堆石料内摩擦角φ=50°，Δφ=10.5°。1.2 试验仪器
图4为位于基岩坝基的CRCD的混凝土墙在不同幅值地震动作用下墙体顶部及底部的水平位移的变化情况，为便于分析，规定水平位移正值表示墙体向下游方向运动，负值表示墙体向上游运动。文中提到的墙体水平位移均为残余位移，即墙体在振动结束稳定后得到的水平位移平均值（每次振动结束传感器数据已做清零处理）。由图4可知，墙体在无水工况下产生向上游的水平位移（负值），墙体表现为主动状态；而在蓄水工况下墙体产生向下游位移（正值），表现为被动状态。CRCD墙体的位移量相对较小，对于工况9，墙体顶部水平位移为0.545 mm，占墙高的0.05%；而墙底水平位移仅为0.22 mm，占墙高的0.02%。根据监测结果及实际观测现象可以看出，刚性墙体顶部动位移响应较大[19]，墙顶位移明显比墙底大，随着峰值加速度（PGA）的增加，墙底开始滑移但位移量较小，而墙顶的位移量逐渐增大，分析可知蓄水工况墙体呈现出向下游的转动和平动（RBT）的位移模式。图4 墙体水平位移
【参考文献】：
期刊论文
[1]混凝土–堆石组合坝加速度响应大型振动台试验研究[J]. 王建新,刘汉龙,杨贵,唐新军,刘彦辰. 岩石力学与工程学报. 2017(S1)
[2]组合支护结构加固高边坡的地震动响应特性研究[J]. 付晓,张建经,廖蔚茗,曹礼聪,范刚. 岩石力学与工程学报. 2017(04)
[3]混凝土–堆石混合坝土压力模型试验研究[J]. 刘彦辰,刘汉龙,杨贵,刘平. 岩石力学与工程学报. 2016(04)
[4]近远场地震中土工格栅加筋土挡墙抗震特性的振动台试验研究[J]. 王丽艳,孙田,陈苏. 土木工程学报. 2015(02)
[5]SV波作用下刚性挡土墙地震主动土压力时频域计算方法[J]. 杨长卫,张建经,付晓,杜林,唐雅蕾. 岩石力学与工程学报. 2014(03)
[6]基于最优圆拟合原理的非接触性动态位移测试方法及可视化软件的研发[J]. 陈苏,陈国兴,韩晓健,戚承志,杜修力. 岩土工程学报. 2013(S2)
[7]新型混凝土-堆石混合坝的基本力学特性[J]. 刘汉龙,刘彦辰,杨贵,陈育民. 河海大学学报(自然科学版). 2013(05)
[8]考虑变形影响的重力式挡墙地震土压力分布[J]. 朱宏伟,姚令侃,蒋良潍,邱燕玲. 岩土工程学报. 2013(06)
[9]两种加筋土挡墙的动力特性比较及抗震设计建议[J]. 朱宏伟,姚令侃,张旭海. 岩土工程学报. 2012(11)
[10]重力式挡墙基于位移的抗震设计方法研究——大型振动台模型试验研究[J]. 张建经,韩鹏飞. 岩土工程学报. 2012(03)
本文编号：3139145
【文章来源】：工程科学与技术. 2020,52(02)北大核心EICSCD
【文章页数】：7 页
【部分图文】：
CRCD断面及传感器布置
由于1–g振动台模型试验材料的应力水平很难完全满足严格的相似律。现有研究表明土石料在应变较小时（如破坏前）高、低应力状态下土石料的应力应变关系具有相似性[15]，试验中混凝土墙及堆石体均采用其他实际工程相同的材料。另外，混凝土墙与堆石及坝基的相互作用复杂，无法仅考虑某一相似条件而片面追求由模型推求原型的实际特性，故本试验可以看作与实际工程中组合坝形状结构材料类似的小比例模拟试验。采用C20混凝土浇筑的混凝土墙体容重可满足相似条件，但弹性模量的相似问题的确会对试验结果有一定的影响。本试验主要侧重动力响应特性的研究，通过试验观测发现墙体本身未发生动力破坏现象，由此考虑到试验材料及试验仪器的限制，试验结果主要用于混凝土-堆石组合坝及类似结构的地震响应特性和定性分析。试验材料选择及相似问题详见文献[10]。试验中混凝土墙采用C20混凝土整体浇筑（图2），模拟基岩的混凝土板采用强度等级为C25的混凝土浇筑。试验参考其他已有工程，利用相似级配法及等量替换法确定模型坝堆石料的级配[16]，模型坝堆石料最大粒径控制为20 mm，见表1。堆石料不均匀系数Cu为15，曲率系数Cc为2.2，属于级配良好砾石（GW)[16]，其干密度ρd=1.84 g/cm3，控制相对密度0.9，堆石料内摩擦角φ=50°，Δφ=10.5°。1.2 试验仪器
图4为位于基岩坝基的CRCD的混凝土墙在不同幅值地震动作用下墙体顶部及底部的水平位移的变化情况，为便于分析，规定水平位移正值表示墙体向下游方向运动，负值表示墙体向上游运动。文中提到的墙体水平位移均为残余位移，即墙体在振动结束稳定后得到的水平位移平均值（每次振动结束传感器数据已做清零处理）。由图4可知，墙体在无水工况下产生向上游的水平位移（负值），墙体表现为主动状态；而在蓄水工况下墙体产生向下游位移（正值），表现为被动状态。CRCD墙体的位移量相对较小，对于工况9，墙体顶部水平位移为0.545 mm，占墙高的0.05%；而墙底水平位移仅为0.22 mm，占墙高的0.02%。根据监测结果及实际观测现象可以看出，刚性墙体顶部动位移响应较大[19]，墙顶位移明显比墙底大，随着峰值加速度（PGA）的增加，墙底开始滑移但位移量较小，而墙顶的位移量逐渐增大，分析可知蓄水工况墙体呈现出向下游的转动和平动（RBT）的位移模式。图4 墙体水平位移
【参考文献】：
期刊论文
[1]混凝土–堆石组合坝加速度响应大型振动台试验研究[J]. 王建新,刘汉龙,杨贵,唐新军,刘彦辰. 岩石力学与工程学报. 2017(S1)
[2]组合支护结构加固高边坡的地震动响应特性研究[J]. 付晓,张建经,廖蔚茗,曹礼聪,范刚. 岩石力学与工程学报. 2017(04)
[3]混凝土–堆石混合坝土压力模型试验研究[J]. 刘彦辰,刘汉龙,杨贵,刘平. 岩石力学与工程学报. 2016(04)
[4]近远场地震中土工格栅加筋土挡墙抗震特性的振动台试验研究[J]. 王丽艳,孙田,陈苏. 土木工程学报. 2015(02)
[5]SV波作用下刚性挡土墙地震主动土压力时频域计算方法[J]. 杨长卫,张建经,付晓,杜林,唐雅蕾. 岩石力学与工程学报. 2014(03)
[6]基于最优圆拟合原理的非接触性动态位移测试方法及可视化软件的研发[J]. 陈苏,陈国兴,韩晓健,戚承志,杜修力. 岩土工程学报. 2013(S2)
[7]新型混凝土-堆石混合坝的基本力学特性[J]. 刘汉龙,刘彦辰,杨贵,陈育民. 河海大学学报(自然科学版). 2013(05)
[8]考虑变形影响的重力式挡墙地震土压力分布[J]. 朱宏伟,姚令侃,蒋良潍,邱燕玲. 岩土工程学报. 2013(06)
[9]两种加筋土挡墙的动力特性比较及抗震设计建议[J]. 朱宏伟,姚令侃,张旭海. 岩土工程学报. 2012(11)
[10]重力式挡墙基于位移的抗震设计方法研究——大型振动台模型试验研究[J]. 张建经,韩鹏飞. 岩土工程学报. 2012(03)
本文编号：3139145
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