本文關鍵詞：土石壩地震加速度反應特性與抗震措施研究

  更多相關文章： 土石壩 振動臺模型試驗 地震加速度反應 河谷形狀 地震動輸入 抗震措施

【摘要】：隨著經濟建設和水資源開發(fā)的需要,強震區(qū)土石壩的建設越來越多�！�5.12”汶川大地震后,強震區(qū)高壩的安全問題倍受關注。因而,土石壩抗震研究工作的迫切性和重要性越來越突出。基于紫坪鋪等震害資料,通過模型試驗、數值計算等,深入研究土石壩的動力反應特性、地震破壞模式以及抗震減災技術對提高我國土石壩工程抗震設計水平、確保工程的抗震安全具有重要意義。近年來中國水科院發(fā)展了大型振動臺模型試驗技術,開展了多個土石壩工程的大型振動臺模型試驗,試驗原型具有良好的代表性,積累了豐富的模型試驗資料。為此,本文基于大型振動臺試驗成果,結合數值分析,開展了土石壩地震加速度反應特性與抗震措施的研究工作,以期進一步揭示土石壩在各種地震工況下的加速度反應規(guī)律和震損特征,驗證抗震措施的有效性,提高土石壩的抗震設計水平。本文的主要研究內容及成果如下：(1)在對大型振動臺模型試驗技術進行總結的基礎上,結合中國水科院開展的多個土石壩工程的大型振動臺模型試驗,重點闡述了大型振動臺模型試驗的模型設計和實施過程。包括模型試驗的相似律,整體模型和壩段模型的制作,加速度傳感器的布置與埋設,試驗方案等�？偨Y了模型試驗的關鍵過程,梳理了試驗資料,為下一步研究比較壩體的加速度反應分布規(guī)律奠定了基礎。(2)通過模型試驗成果的對比分析,研究了心墻堆石壩的加速度反應特性。研究了兩座心墻堆石壩的加速度反應沿壩高方向和沿上下游方向的分布規(guī)律,并比較了加水和不加水工況下的加速度反應。結果表明：心墻堆石壩的地震加速度沿壩高方向的放大效應明顯,壩體上部1/4區(qū)域的加速度反應最為強烈, “鞭梢效應”明顯；心墻堆石壩坡面的放大效應明顯,下游壩坡的加速度反應大于中心線和上游壩坡；心墻堆石壩的加速度放大倍數隨輸入地震波峰值加速度的增大而減��；心墻堆石壩在加水工況下的加速度反應有所降低,說明水庫蓄水改變了心墻堆石壩的動力特性,降低了其加速度反應,壩體上部要比下部降低的程度更大。(3)通過模型試驗成果的對比分析,研究了面板堆石壩的加速度反應特性,并比較了心墻堆石壩和面板堆石壩在加速度反應方面的不同特點。研究了多座面板堆石壩的加速度反應沿壩高方向和沿上下游方向的分布規(guī)律,比較了加水和不加水工況下的加速度反應。結果表明：面板堆石壩沿壩高方向的放大效應明顯,面板堆石壩壩體上部1/4區(qū)域反應最為強烈,具有明顯的“鞭梢效應”；坡面放大效應明顯,下游坡的加速度反應大于上游坡的加速度反應；面板堆石壩的加速度放大倍數隨輸入地震峰值加速度的增大而減小。面板堆石壩加水工況下的加速度反應也有所降低,蓄水作用對壩體上部的影響更為顯著。面板堆石壩和心墻堆石壩的加速度反應在沿壩高方向和上下游方向的分布規(guī)律基本相同,只是在加速度反應的分布形狀和上升趨勢等方面有一定差別,造成這種差別的主要原因是兩種壩型防滲體系的布置型式不同。面板堆石壩和心墻堆石壩蓄水后的加速度反應都會降低,降低的程度有所不同,兩者降低的機理并不一樣,心墻堆石壩加速度反應的降低主要是蓄水使心墻堆石壩的動力特性發(fā)生改變,而面板堆石壩加速度反應的降低主要是因為蓄水后庫水和面板對壩體的抑制作用。整體來看,壩頂及上部壩坡是加速度反應最大的區(qū)域,也是最容易發(fā)生震害的區(qū)域,在抗震設計中應重點加強這一區(qū)域的抗震防護。(4)基于大型振動臺模型試驗成果,研究了河谷形狀對壩體加速度反應的影響,比較了超寬河谷中面板壩主斷面和副斷面的加速度反應,并分析了壩高對面板堆石壩加速度反應的影響。結果表明：河谷形狀對壩體加速度反應的分布規(guī)律具有顯著的影響,V型河谷的面板堆石壩受約束明顯,沿壩軸向的加速度反應分布呈明顯的倒V狀,寬河谷的面板堆石壩沿壩軸向的分布有一平臺段,超寬河谷的平臺段更長；超寬河谷中面板堆石壩的主斷面加速度反應總體上比副斷面的大,主斷面的“鞭梢效應”更為明顯；現(xiàn)有成果表明,面板堆石壩越高,其“鞭梢效應”越明顯。整體來看,大壩在河床中部的加速度反應最為強烈,是抗震防護的重點區(qū)域。(5)采用模型試驗與數值分析相結合的方法,研究了不同輸入地震波作用下的土石壩動力反應,分析了地震動輸入對土石壩反應的影響規(guī)律。從模型試驗角度研究了不同類型地震波對土石壩加速度反應的影響,從數值計算角度研究比較了在場地波、規(guī)范波、實測波三類不同輸入地震波作用下高土石壩的加速度和動剪應力反應、地震殘余變形、壩坡動力穩(wěn)定性和大壩的抗震安全性。結果表明：從模型試驗的角度看,場地地震波作用下的加速度反應明顯大于規(guī)范地震波的反應。從數值分析角度看,場地地震波的反應大于規(guī)范地震波和實測地震波的反應,這主要與三類波的頻譜特性有關。整體來看,場地波作用下的計算結果相對保守,滿足規(guī)范波作用下的安全性是最低要求,實測波選擇上存在局限性。所提出的有關規(guī)律和結論,可為工程抗震設計提供技術依據。(6)通過震害分析和模型試驗,研究總結了面板堆石壩的震損特征和地震破壞模式,提出了相對應的抗震措施：并通過模型試驗比較和驗證了壩坡抗震措施的防護效果。結果表明：面板堆石壩的主要地震破壞形式是壩坡先出現(xiàn)顆粒松動和滾石,逐漸發(fā)展到局部淺層滑動,繼而擴展成大面積的表層滑動,滑動深度逐步加大,壩頂坍塌,面板破壞,從局部滑坡發(fā)展到壩坡大面積深層滑動,直至潰壩；振動臺模型試驗表明,相比干砌石護坡,漿砌石護坡和漿砌塊石加框格梁抗震措施具有更好的抗震效果。
【關鍵詞】：土石壩 振動臺模型試驗 地震加速度反應 河谷形狀 地震動輸入 抗震措施
【學位授予單位】：中國水利水電科學研究院
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2015
【分類號】：TV641;TV312
【目錄】：

• 摘要5-8
• Abstract8-15
• 第一章 緒論15-30
• 1.1 引言15-16
• 1.2 研究現(xiàn)狀16-28
• 1.2.1 抗震分析方面16-21
• 1.2.2 模型試驗方面21-26
• 1.2.3 抗震措施方面26-28
• 1.3 本文的研究內容28-30
• 第二章 振動臺模型試驗的設計與實施30-63
• 2.1 引言30-31
• 2.2 密松面板堆石壩工程概況31
• 2.3 模型制作31-35
• 2.3.1 模型試驗的相似律31-33
• 2.3.2 整體模型33-35
• 2.3.3 壩段模型35
• 2.4 加速度數據量測35-37
• 2.4.1 整體模型35-37
• 2.4.2 壩段模型37
• 2.5 試驗方案37-40
• 2.6 其他模型試驗的基本情況40-61
• 2.6.1 雙江口心墻堆石壩40-44
• 2.6.2 兩河口心墻堆石壩44-48
• 2.6.3 猴子巖面板堆石壩48-53
• 2.6.4 瑪爾擋面板堆石壩53-57
• 2.6.5 紫坪鋪面板堆石壩57-61
• 2.7 本章小結61-63
• 第三章 心墻堆石壩加速度反應研究63-74
• 3.1 引言63
• 3.2 心墻堆石壩加速度反應沿壩高分布規(guī)律研究63-66
• 3.2.1 兩河口心墻壩加速度反應沿壩高分布規(guī)律63-65
• 3.2.2 雙江口心墻壩加速度反應沿壩高分布規(guī)律65-66
• 3.3 心墻壩加速度反應沿上下游方向分布規(guī)律研究66-68
• 3.3.1 兩河口心墻壩加速度反應沿上下游方向分布規(guī)律66-67
• 3.3.2 雙江口心墻壩加速度反應沿上下游方向分布規(guī)律67-68
• 3.4 心墻壩加水和不加水工況下的加速度反應研究68-72
• 3.4.1 兩河口心墻壩加水不加水工況下加速度反應68-71
• 3.4.2 雙江口心墻壩加水不加水工況下加速度反應71-72
• 3.5 本章小結72-74
• 第四章 面板堆石壩加速度反應研究74-84
• 4.1 引言74
• 4.2 面板堆石壩加速度反應沿壩高分布規(guī)律研究74-77
• 4.2.1 紫坪鋪面板壩加速度反應沿壩高分布規(guī)律74-76
• 4.2.2 猴子巖面板壩加速度反應沿壩高分布規(guī)律76-77
• 4.3 面板堆石壩加速度反應沿上下游方向分布規(guī)律研究77-79
• 4.3.1 瑪爾擋面板壩加速度反應沿上下游方向分布規(guī)律77-78
• 4.3.2 密松面板壩加速度反應沿上下游方向分布規(guī)律78-79
• 4.4 面板堆石壩加水不加水反應研究79-83
• 4.4.1 紫坪鋪面板壩加水不加水反應研究79-81
• 4.4.2 猴子巖面板壩加水不加水反應研究81-83
• 4.5 本章小結83-84
• 第五章 不同河谷形狀的土石壩加速度反應研究84-95
• 5.1 引言84-85
• 5.2 河谷形狀對加速度反應的影響研究85-89
• 5.3 密松面板壩主副斷面加速度反應比較89-91
• 5.4 壩高對加速度反應的影響91-94
• 5.4.1 場地波作用下三座面板壩加速度反應沿壩高分布比較91-93
• 5.4.2 規(guī)范波作用下三座面板壩加速度反應沿壩高分布比較93-94
• 5.5 本章小結94-95
• 第六章 不同地震動輸入下的土石壩動力反應研究95-106
• 6.1 引言95
• 6.2 不同類型地震波作用下模型壩的反應95-99
• 6.2.1 整體模型95-97
• 6.2.2 壩段模型97-99
• 6.3 不同類型地震波作用下大壩反應的數值分析99-105
• 6.3.1 三維真非線性動力反應分析及抗震安全評價方法99
• 6.3.2 網格劃分與輸入地震波99-101
• 6.3.3 加速度反應與殘余變形分析101-102
• 6.3.4 液化可能性和單元抗震安全性102-103
• 6.3.5 壩坡動力穩(wěn)定性103-104
• 6.3.6 成果對比分析104-105
• 6.4 本章小結105-106
• 第七章 土石壩地震破壞模式與抗震措施106-121
• 7.1 引言106
• 7.2 紫坪鋪工程實際震害回顧106-107
• 7.3 各模型壩試驗中觀察到的破壞現(xiàn)象107-113
• 7.3.1 瑪爾擋面板壩觀察到的破壞現(xiàn)象107-111
• 7.3.2 密松面板壩觀察到的破壞現(xiàn)象111-112
• 7.3.3 模型壩破壞模式小結112-113
• 7.4 面板壩破壞模式與抗震措施113-114
• 7.5 壩坡防護抗震措施加固效果的振動臺模型試驗驗證114-120
• 7.5.1 漿砌石護坡和干砌石護坡加固效果的振動臺模型試驗驗證114-117
• 7.5.2 漿砌塊石加框格梁的抗震措施振動臺模型試驗驗證117-120
• 7.6 本章小結120-121
• 第八章 結論與展望121-124
• 8.1 結論121-122
• 8.2 展望122-124
• 參考文獻124-128
• 攻讀碩士期間發(fā)表的論文128-129
• 參加的科研項目129-130
• 致謝130-131

【參考文獻】

中國期刊全文數據庫 前2條

1 孔憲京;李永勝;鄒德高;周揚;;加筋邊坡振動臺模型試驗研究[J];水力發(fā)電學報;2009年05期

2 姜樸,湯書明;土石壩模型動力試驗與計算[J];水利學報;1992年02期

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本文編號：787308