高土石坝地震动力特性分析

发布时间：2017-09-14 06:07

  本文关键词：高土石坝地震动力特性分析

  更多相关文章： 高土石坝 地震动态系数 动态特性 剪切楔法 ABAQUS

【摘要】：土石坝作为最为古老的一种坝型,由于其具有可以就地取材、节约造价、对地形地貌、气候适用性强等众多的优点而在水利水电工程中应用的非常广泛。随着水利开发的规模日益扩大,土石坝的填筑高度也越来越高,而岩土力学理论以及计算分析水平的提高,再加上大型施工机械的研制和施工方法的创新,这些都为高土石坝的建设提供了支撑,因此许多的高土石坝得以规划和建设。目前世界上最高的土石坝已达335m,中国在建和拟建的土石坝中也有不少超过200m,甚至300m以上的超高土石坝,这种高土石坝的安全性如果得不到绝对的保障,其后果将是不可想象的,而这些高土石坝的多数都是建在西部强震区,其抗震性能将成为坝体安全的主导因素,因此有必要对高土石坝的抗震动力特性进行专项系统的研究。本文对高土石坝的地震动态特性进行了分析。采用剪切楔法并且联合反应谱法和振型叠加法,考虑了土石坝体材料的静力和动力非线性特性,重点讨论了高土石坝在地震作用下,其最大坝体加速度、最大剪应变、最大剪应力的分布,分析了土石坝的地震动态分布规律以及坝顶地震动态分布系数的取值。采用有限元软件ABAQUS,引入Duncan-Chang E??模型作为静力本构模型和等效线性模型作为动力本构模型嵌入ABAQUS的用户子程序,分别完成了瀑布沟水电站土石坝填筑的施工过程模拟、蓄水期坝体的静力分析以及地震作用下坝体的动力反应。研究结果表明:1)随着地震设计烈度的增加,不同坝高土石坝的坝顶地震动态系数都在减小,对于同一座土石坝,同一地震设计烈度下,坝顶加速度放大倍数随着地震加速度的增加而降低,也就说明坝顶地震动态系数不仅与地震设计烈度有关,也与坝高有很大的关联。2)对于高土石坝而言,坝体加速度的峰值出现较大的放大效应,在0.9倍坝高以上区域出现近似线性的增长,而坝体内部其他部分相对来说加速度分布比较均匀。坝顶最大加速度的出现时间与地震波的峰值时间没有很直接的联系,只是与地震波本身的波形以及土石坝本身的的材料特性有关。3)探讨性地提出了土石坝动态系数分布建议图以及坝顶动态系数取值的建议值。随着坝的高度不断增加,坝体整体的平均剪应变、坝体的阻尼比也在增加,增强了土体对地震能量的消耗,这也在一定程度上解释了坝顶的最大地震加速度随着坝体高度的增加而减小。4)无论是在竣工期、蓄水期,还是在地震作用的过程中,2/3坝高位置附近都将是拱效应最为严重和水力劈裂发生可能性最大的区域,故是心墙产生裂缝可能性最大的区域,是心墙抗渗最为薄弱的环节,因此在设计、施工、监控过程中都要进行重点关注。
【关键词】：高土石坝 地震动态系数 动态特性 剪切楔法 ABAQUS
【学位授予单位】：兰州交通大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TV641.1;TV312
【目录】：

• 摘要4-6
• Abstract6-10
• 1 绪论10-14
• 1.1 引言10-11
• 1.2 国内外土石坝抗震的研究现状11-13
• 1.2.1 坝体填筑材料的动力特性11
• 1.2.2 坝体的地震动力响应计算11-13
• 1.3 本文研究的主要内容13-14
• 2 高土石坝地震动态特性的解析法分析14-30
• 2.1 引言14-15
• 2.2 剪切楔法15-18
• 2.2.1 自振频率与振型的计算15-17
• 2.2.2 算例一17-18
• 2.3 地震反应计算18-29
• 2.3.1 振动微分方程的建立18-19
• 2.3.2 振型分解反应谱法19-20
• 2.3.3 振型叠加法20-21
• 2.3.4 考虑动力非线性特性的地震反应21
• 2.3.5 计算步骤21-22
• 2.3.6 算例二22-26
• 2.3.7 土石坝坝体地震动态系数分布26-29
• 2.4 小结29-30
• 3 高土石坝地震动态特性的有限元分析30-61
• 3.1 引言30
• 3.2 有限元法30-32
• 3.2.1 有限元方法简介30-31
• 3.2.2 ABAQUS有限软件介绍31-32
• 3.3 静力本构模型32-40
• 3.3.1 土体本构模型概述32-33
• 3.3.2 Duncan-Chang的E - ν模型33-38
• 3.3.3 E - ν模型的二次开发和验证38-40
• 3.4 动力本构模型40-43
• 3.4.1 概述40-41
• 3.4.2 等效线性模型41-43
• 3.5 用ABAQUS对土石坝进行动力分析的步骤43-44
• 3.6 工程实例44-60
• 3.6.1 工程概况44-46
• 3.6.2 大坝的静力有限元分析46-54
• 3.6.3 大坝的动力有限元分析54-60
• 3.7 小结60-61
• 4 结论与展望61-64
• 4.1 结论61-62
• 4.2 展望62-64
• 致谢64-65
• 参考文献65-67
• 攻读学位期间的研究成果67

【相似文献】

中国期刊全文数据库 前10条

1 赵剑明,常亚屏,陈宁;加强高土石坝抗震研究的现实意义及工作展望[J];世界地震工程;2004年01期

2 张锐,迟世春,林皋;高土石坝地震动态分布系数研究[J];水力发电;2005年08期

3 孔俐丽;刘小生;赵剑明;刘启旺;;高土石坝建设的若干应用基础研究问题[J];中国水利水电科学研究院学报;2006年04期

4 李红军;迟世春;钟红;林皋;;高土石坝地震永久变形研究评述[J];水利学报;2007年S1期

5 唐岷;陈群;;分层填筑模拟的层数对300m级高土石坝沉降量的影响[J];水电站设计;2008年04期

6 韩华强;陈生水;;高土石坝中接触问题研究进展[J];水利水电科技进展;2009年02期

7 朱亚林;孔宪京;丁克伟;邹德高;;高土石坝的抗震研究进展[J];安徽建筑工业学院学报(自然科学版);2009年03期

8 关志诚;;高土石坝的抗震设防依据与选用标准[J];水利规划与设计;2009年05期

9 张锐;迟世春;林皋;;高土石坝地震加速度分布特征三维分析[J];水电能源科学;2010年04期

10 朱亚林;孔宪京;邹德高;李永胜;;高土石坝地震反应和破坏机理分析[J];岩土工程学报;2010年09期

中国重要会议论文全文数据库 前10条

1 郭晓霞;邵龙潭;孙翔;;地震作用下高土石坝稳定性分析[A];第十一届全国土力学及岩土工程学术会议论文集[C];2011年

2 李红军;迟世春;钟红;林皋;;高土石坝地震永久变形研究评述[A];2007重大水利水电科技前沿院士论坛暨首届中国水利博士论坛论文集[C];2007年

3 周春意;高润德;李盛青;;强风化岩作为高土石坝防渗料的试验研究[A];土石坝与岩土力学技术研讨会论文集[C];2001年

4 孔宪京;邹德高;邓学晶;刘莹光;;高土石坝抗震措施研究[A];首届全国水工抗震防灾学术会议论文集[C];2006年

5 赵剑明;刘小生;温彦锋;陈宁;刘启旺;;紫坪铺面板坝汶川地震震害及高土石坝抗震减灾研究设想[A];现代水利水电工程抗震防灾研究与进展[C];2009年

6 赵剑明;刘小生;陈宁;刘启旺;杨正权;杨玉生;;不同输入地震波作用下高土石坝地震反应分析与评价[A];现代水利水电工程抗震防灾研究与进展(2013年)[C];2013年

7 张丙印;于玉贞;张建民;;高土石坝的若干关键技术问题[A];中国土木工程学会第九届土力学及岩土工程学术会议论文集（上册）[C];2003年

8 张茹;何昌荣;孙陶;陈群;;高土石坝筑坝料本构模型参数研究[A];第八次全国岩石力学与工程学术大会论文集[C];2004年

9 刘莹光;孔宪京;邹德高;;高土石坝加筋抗震措施的快速拉格朗日差分分析[A];第15届全国结构工程学术会议论文集（第Ⅱ册）[C];2006年

10 束一鸣;李永红;;较高土石坝膜防渗结构设计方法探讨[A];全国第六届土工合成材料学术会议论文集[C];2004年

中国博士学位论文全文数据库 前5条

1 李红军;高土石坝地震变形分析与抗震安全评价[D];大连理工大学;2008年

2 朱亚林;地震时高土石坝的弹塑性分析和抗震措施研究[D];大连理工大学;2011年

3 胡军;高土石坝动力稳定分析及加固措施研究[D];大连理工大学;2008年

4 张锐;高土石坝地震作用效应及坝坡抗震稳定分析研究[D];大连理工大学;2008年

5 肖海斌;高土石坝坝料试验及结构分区智能优化研究[D];中国科学院研究生院（武汉岩土力学研究所）;2006年

中国硕士学位论文全文数据库 前10条

1 於文欢;高土石坝地震动力特性分析[D];兰州交通大学;2015年

2 卞锋;高土石坝地震动力响应特征弹塑性有限元分析[D];清华大学;2010年

3 刘莹光;加筋技术在高土石坝抗震中的应用[D];大连理工大学;2006年

4 王越;数字化施工下高土石坝施工期结构性态有限元精细分析[D];天津大学;2013年

5 王芹;高土石坝抗震稳定与变形分析[D];大连理工大学;2010年

6 朱亚姬;200m级高土石坝地震永久变形特性分析[D];大连理工大学;2011年

7 尤丽红;高土石坝地震动最不利输入方向研究[D];大连理工大学;2011年

8 周晨光;高土石坝地震波动输入机制研究[D];大连理工大学;2009年

9 张大鹏;深厚覆盖层上高土石坝动力反应数值分析[D];大连理工大学;2012年

10 陈义军;高土石坝砂卵石作坝壳堆石料应用研究[D];四川大学;2006年

，

本文编号：848307