地震作用下超孔隙水压力变化对堰塞坝稳定性影响研究

发布时间：2017-07-19 09:13

  本文关键词：地震作用下超孔隙水压力变化对堰塞坝稳定性影响研究

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【摘要】：本文概述了边坡稳定安全系数的定义,并对动荷载作用下精确计算振动孔隙水压力的发展史、边坡静力和动力稳定分析方法及地震作用下边坡失稳机理进行了详细介绍；其次依据渗流理论和动力有限元法,分别详细叙述了岩土专用软件Geo-Studio中地下水渗流分析模块SEEP/W具备的特点、理论基础、其非饱和渗透系数的确定、渗流分析定解条件、收敛判别准则,及动态响应分析模块QUAKE/W具备的土体本构模型、振动孔隙水压力模型、有限元动力基本方程、动力边界条件及动力分析的迭代收敛准则。针对本课题研究,运用有限元软件Geo-Studio建立了二维堰塞坝动力稳定分析的数值模型,并基于单因素分析法,通过超孔隙水压力时程曲线,依次分析由地震动基本要素,上游水深深度,坝体几何形状参数、坝体物理力学参数的改变而引起的超孔隙水压力的变化规律；同时依据吴兆营提出的动安全系数的评价方法,找出了坝体稳定系数由于影响因子改变而发生的变化规律,并根据两者间的曲线关系,计算出各因子对动稳定系数的敏感度。分析结果表明：就敏感度而言,迎水坡坡比坝高内摩擦角峰值加速度水深粘聚力河床倾角。以米堆沟终碛堤作为研究的典型实例,运用有限元软件Geo-Studio分析了坝体分别在地震烈度7、8、9度作用下造成的终碛堤堆积体其超孔隙水压力的分布变化及上游坝坡稳定性。分析结果表明：坝体超孔隙水压力的分布,随着地震烈度的增大,由坡脚沿坡面向上、沿坝底向中心,逐渐向中央部位扩散,进而发展到在强震作用下堆积体中央部位其超孔隙水压力的分布随着高程的增大而减小；地震烈度每升高一度,由地震强度造成的两相邻烈度间的超孔隙水压力间的最大差值愈大。为了尽快对可能出现险情的天然土石坝作出动稳定性判断,依据正交试验设计法,并根据影响因子的敏感度大小,选择敏感度较大的因子作为试验因素,运用Geo-Studio软件制作出了天然土石坝地震稳定性快速评估表；并通过查表对应地震烈度7、8、9时,终碛堤上游坝坡动稳定系数分别为1.566、1.327、1.023,与米堆沟终碛堤的数值模拟结果有些差别,但处于可接受的范围,因而可应用于决策时快速评估。
【关键词】：稳定分析 超孔隙水压力 敏感度 堰塞坝 正交试验设计法
【学位授予单位】：西南交通大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TV223
【目录】：

• 摘要6-7
• Abstract7-12
• 第1章 绪论12-21
• 1.1 研究背景12-13
• 1.2 问题提出13
• 1.3 动荷载作用下动孔隙水压力的研究现状13-14
• 1.4 边坡稳定分析发展现状14-19
• 1.4.1 边坡稳定安全系数的定义14-15
• 1.4.2 边坡稳定定量分析法15-19
• 1.5 地震作用下边坡失稳机理研究现状19
• 1.6 研究内容和技术路线19-21
• 第2章 Geo-Studio软件计算原理介绍21-35
• 2.1 Geo-Studio软件介绍21
• 2.2 SEEP/W模块分析原理21-26
• 2.2.1 SEEP/W模块的特点22
• 2.2.2 SEEP/W模块的理论基础22-24
• 2.2.3 非饱和渗透系数24-25
• 2.2.4 渗流分析定解条件25-26
• 2.2.5 收敛判别准则26
• 2.3 QUAKE/W模块分析原理26-32
• 2.3.1 土体的本构模型27-29
• 2.3.2 振动孔隙水压力模型29-30
• 2.3.3 有限元动力基本方程30-31
• 2.3.4 动力边界条件31
• 2.3.5 动力分析的迭代收敛准则31-32
• 2.4 SLOPE/W模块分析原理32-34
• 2.4.1 SLOPE/W模块的特点32-33
• 2.4.2 基于有限单元法的稳定分析33-34
• 2.5 本章小结34-35
• 第3章 堰塞坝在地震作用下超孔压的变化及其稳定性分析35-80
• 3.1 引言35
• 3.2 边坡稳定因素敏感性分析法35-36
• 3.3 基于Geo-Studio的动力稳定性分析36-40
• 3.3.1 本构模型及材料参数36-37
• 3.3.2 数值分析基准模型37-38
• 3.3.3 边界条件38-39
• 3.3.4 地震波的选取39-40
• 3.4 计算方案40-41
• 3.5 计算结果分析41-77
• 3.5.1 分析不同峰值加速度对超孔隙水压力及坝体稳定性影响41-50
• 3.5.2 分析水深变化对超孔隙水压力及坝体稳定性影响50-56
• 3.5.3 分析迎水坡不同坡比对超孔隙水压力及坝体稳定性影响56-61
• 3.5.4 分析堆积体不同高度对超孔隙水压力及坝体稳定性影响61-66
• 3.5.5 分析河床倾角的改变对超孔隙水压力及坝体稳定性影响66-69
• 3.5.6 分析粘聚力改变对超孔隙水压力及坝体稳定性影响69-72
• 3.5.7 分析内摩擦角改变对超孔隙水压力及坝体稳定性影响72-74
• 3.5.8 考虑不同地震波对超孔隙水压力及坝体稳定性影响74-77
• 3.6 本章小结77-80
• 第4章 米堆沟终碛堤案例分析80-91
• 4.1 自然环境及地质基础概况80-82
• 4.1.1 自然地理条件80
• 4.1.2 地质地貌条件80-81
• 4.1.3 气候、植被与水文81
• 4.1.4 地震及新构造运动81-82
• 4.2 米堆沟终碛堤的基本特征82
• 4.3 米堆沟终碛堤动力分析82-90
• 4.3.1 模型的基本信息82-83
• 4.3.2 网格划分83
• 4.3.3 边界条件83-84
• 4.3.4 终碛堤参数84
• 4.3.5 地震波的选取及输入84-85
• 4.3.6 计算工况85
• 4.3.7 计算结果分析85-90
• 4.4 本章小结90-91
• 第5章 天然土石坝地震稳定性快速评估91-95
• 5.1 引言91
• 5.2 正交试验设计法介绍91-92
• 5.2.1 正交试验表的选用原则91-92
• 5.2.2 正交试验设计的基本步骤92
• 5.3 天然土石坝稳定性快速评估表的制定92-94
• 5.3.1 试验指标与因素的确定92-93
• 5.3.2 试验因素水平的选取93
• 5.3.3 正交表的选用93
• 5.3.4 天然土石坝稳定性快速评估表93-94
• 5.4 本章小结94-95
• 第6章 结论与展望95-97
• 6.1 本文主要结论95-96
• 6.2 展望96-97
• 致谢97-98
• 参考文献98-102
• 攻读硕士学位期间发表的论文及科研成果102

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本文编号：562102