本文關(guān)鍵詞：高土石壩地震動力特性分析

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【摘要】：土石壩作為最為古老的一種壩型,由于其具有可以就地取材、節(jié)約造價、對地形地貌、氣候適用性強等眾多的優(yōu)點而在水利水電工程中應(yīng)用的非常廣泛。隨著水利開發(fā)的規(guī)模日益擴大,土石壩的填筑高度也越來越高,而巖土力學(xué)理論以及計算分析水平的提高,再加上大型施工機械的研制和施工方法的創(chuàng)新,這些都為高土石壩的建設(shè)提供了支撐,因此許多的高土石壩得以規(guī)劃和建設(shè)。目前世界上最高的土石壩已達(dá)335m,中國在建和擬建的土石壩中也有不少超過200m,甚至300m以上的超高土石壩,這種高土石壩的安全性如果得不到絕對的保障,其后果將是不可想象的,而這些高土石壩的多數(shù)都是建在西部強震區(qū),其抗震性能將成為壩體安全的主導(dǎo)因素,因此有必要對高土石壩的抗震動力特性進(jìn)行專項系統(tǒng)的研究。本文對高土石壩的地震動態(tài)特性進(jìn)行了分析。采用剪切楔法并且聯(lián)合反應(yīng)譜法和振型疊加法,考慮了土石壩體材料的靜力和動力非線性特性,重點討論了高土石壩在地震作用下,其最大壩體加速度、最大剪應(yīng)變、最大剪應(yīng)力的分布,分析了土石壩的地震動態(tài)分布規(guī)律以及壩頂?shù)卣饎討B(tài)分布系數(shù)的取值。采用有限元軟件ABAQUS,引入Duncan-Chang E??模型作為靜力本構(gòu)模型和等效線性模型作為動力本構(gòu)模型嵌入ABAQUS的用戶子程序,分別完成了瀑布溝水電站土石壩填筑的施工過程模擬、蓄水期壩體的靜力分析以及地震作用下壩體的動力反應(yīng)。研究結(jié)果表明:1)隨著地震設(shè)計烈度的增加,不同壩高土石壩的壩頂?shù)卣饎討B(tài)系數(shù)都在減小,對于同一座土石壩,同一地震設(shè)計烈度下,壩頂加速度放大倍數(shù)隨著地震加速度的增加而降低,也就說明壩頂?shù)卣饎討B(tài)系數(shù)不僅與地震設(shè)計烈度有關(guān),也與壩高有很大的關(guān)聯(lián)。2)對于高土石壩而言,壩體加速度的峰值出現(xiàn)較大的放大效應(yīng),在0.9倍壩高以上區(qū)域出現(xiàn)近似線性的增長,而壩體內(nèi)部其他部分相對來說加速度分布比較均勻。壩頂最大加速度的出現(xiàn)時間與地震波的峰值時間沒有很直接的聯(lián)系,只是與地震波本身的波形以及土石壩本身的的材料特性有關(guān)。3)探討性地提出了土石壩動態(tài)系數(shù)分布建議圖以及壩頂動態(tài)系數(shù)取值的建議值。隨著壩的高度不斷增加,壩體整體的平均剪應(yīng)變、壩體的阻尼比也在增加,增強了土體對地震能量的消耗,這也在一定程度上解釋了壩頂?shù)淖畲蟮卣鸺铀俣入S著壩體高度的增加而減小。4)無論是在竣工期、蓄水期,還是在地震作用的過程中,2/3壩高位置附近都將是拱效應(yīng)最為嚴(yán)重和水力劈裂發(fā)生可能性最大的區(qū)域,故是心墻產(chǎn)生裂縫可能性最大的區(qū)域,是心墻抗?jié)B最為薄弱的環(huán)節(jié),因此在設(shè)計、施工、監(jiān)控過程中都要進(jìn)行重點關(guān)注。
【關(guān)鍵詞】：高土石壩 地震動態(tài)系數(shù) 動態(tài)特性 剪切楔法 ABAQUS
【學(xué)位授予單位】：蘭州交通大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2015
【分類號】：TV641.1;TV312
【目錄】：

• 摘要4-6
• Abstract6-10
• 1 緒論10-14
• 1.1 引言10-11
• 1.2 國內(nèi)外土石壩抗震的研究現(xiàn)狀11-13
• 1.2.1 壩體填筑材料的動力特性11
• 1.2.2 壩體的地震動力響應(yīng)計算11-13
• 1.3 本文研究的主要內(nèi)容13-14
• 2 高土石壩地震動態(tài)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 自振頻率與振型的計算15-17
• 2.2.2 算例一17-18
• 2.3 地震反應(yīng)計算18-29
• 2.3.1 振動微分方程的建立18-19
• 2.3.2 振型分解反應(yīng)譜法19-20
• 2.3.3 振型疊加法20-21
• 2.3.4 考慮動力非線性特性的地震反應(yīng)21
• 2.3.5 計算步驟21-22
• 2.3.6 算例二22-26
• 2.3.7 土石壩壩體地震動態(tài)系數(shù)分布26-29
• 2.4 小結(jié)29-30
• 3 高土石壩地震動態(tài)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 有限元方法簡介30-31
• 3.2.2 ABAQUS有限軟件介紹31-32
• 3.3 靜力本構(gòu)模型32-40
• 3.3.1 土體本構(gòu)模型概述32-33
• 3.3.2 Duncan-Chang的E - ν模型33-38
• 3.3.3 E - ν模型的二次開發(fā)和驗證38-40
• 3.4 動力本構(gòu)模型40-43
• 3.4.1 概述40-41
• 3.4.2 等效線性模型41-43
• 3.5 用ABAQUS對土石壩進(jìn)行動力分析的步驟43-44
• 3.6 工程實例44-60
• 3.6.1 工程概況44-46
• 3.6.2 大壩的靜力有限元分析46-54
• 3.6.3 大壩的動力有限元分析54-60
• 3.7 小結(jié)60-61
• 4 結(jié)論與展望61-64
• 4.1 結(jié)論61-62
• 4.2 展望62-64
• 致謝64-65
• 參考文獻(xiàn)65-67
• 攻讀學(xué)位期間的研究成果67

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