深厚覆盖层上土石坝动力反应分析

论文摘要

土石坝因其简单方便被广泛应用,并且能够很好的适应各种地质条件。随着地质条件的限制,越来越多的土石坝将建在高烈度、深覆盖层地区。深厚覆盖层上建土石坝存在各种技术问题,特别是大坝的抗震性能得到广泛关注,因此对建在深厚覆盖层上土石坝抗震性能进行研究是很有意义的。本文以建在强震区深厚覆盖层上的土石坝为研究背景,采用等效粘弹性模型,对不同覆盖层厚度、不同坝高等工况进行二维动力反应分析,具体工作内容如下：(1)对坝高40m和80m的均质堆石坝在有无覆盖层和不同覆盖层厚度情况下进行动力反应计算,研究其动力反应规律,并与规范规定的动态分布系数进行比较,讨论规范对深厚覆盖层上大坝动力反应的适用性。结果表明,对于建在基岩上的大坝,规范是适合的,但是对于建在深厚覆盖层上的大坝进行稳定性分析时,直接使用规范就不太合适,需要采用有限元法进行计算。(2)对坝高50m,100m,150m,200m沥青混凝土心墙坝,覆盖层厚度分别为40m,80m,120m,160m,200m,研究了不同覆盖层厚度、不同地震波对大坝反应的影响,研究覆盖层对竖向地震的影响,并对覆盖层地基动剪切模量K值进行敏感性分析。结果表明,建在深厚覆盖层上的大坝,坝体的加速度放大倍数与地震动输入有关,地震动输入值越大,坝顶加速度放大倍数越大。随着覆盖层厚度的增加,大坝动力反应有减小的趋势。但是由于覆盖层对地震波频谱特性的改变,大坝动力反应规律会改变。随着地震动输入值的增大和覆盖层厚度的增加,大坝水平动位移都逐渐增加。随着覆盖层K值的增大,坝顶加速度放大倍数增大。在不同地震波作用下,坝体地震反应差别较大。(3)对坝高100m大坝,覆盖层厚度分别为50m,100m,150m,200m。研究不同边界条件对于深厚覆盖层上大坝反应的影响。结果表明,黏弹性边与刚性边界计算结果相差较大,黏弹性边界计算结果较小。说明辐射阻尼作用对于大坝反应有很大影响,尽量改进边界条件和计算方法,以考虑辐射阻尼的影响。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 1. 绪论
• 1.1 研究背景及意义
• 1.2 国内外利用覆盖层建坝情况
• 1.3 研究现状
• 1.3.1 动力本构
• 1.3.2 计算方法
• 1.4 研究内容
• 2 土石坝分析基本理论
• 2.1 静力有限元分析
• 2.1.1 堆石料和覆盖层模型
• 2.1.2 中点增量法
• 2.1.3 弹性矩阵[D]
• 2.2 动力有限元计算方法简介
• 2.2.1 堆石料和覆盖层模拟
• 2.2.2 动力方程的建立及其解法
• 2.3 计算软件简介
• 3 深厚覆盖层上土石坝动力分析
• 3.1 引言
• 3.2 计算模型与参数
• 3.2.1 计算模型
• 3.2.2 计算参数
• 3.3 地震输入与计算工况
• 3.3.1 地震动输入
• 3.3.2 计算工况
• 3.4 计算结果与分析
• 3.4.1 不同场地类别地震波的影响
• 3.4.2 覆盖层对加速度竖向分布的影响
• 3.4.3 覆盖层对加速度水平分布的影响
• 3.4.4 覆盖层对反应谱的影响
• 3.5 小结
• 4 深厚覆盖层上沥青混凝土心墙坝动力分析
• 4.1 引言
• 4.2 计算模型与参数
• 4.2.1 计算模型
• 4.2.2 计算参数
• 4.2.3 计算工况
• 4.3 计算结果分析
• 4.3.1 基岩上大坝反应
• 4.3.2 不同覆盖层厚度对坝顶加速度放大倍数的影响
• 4.3.3 不同覆盖层厚度对沥青混凝土心墙应力的影响
• 4.3.4 不同覆盖层厚度对大坝动位移的影响
• 4.3.5 不同覆盖层厚度对竖向地震的影响
• 4.3.6 不同覆盖层泊松比对大坝反应的影响
• 4.3.7 不同地震动输入情况下的影响
• 4.3.8 不同覆盖层动剪切模量的影响
• 4.4 小结
• 5 不同边界条件的影响
• 5.1 引言
• 5.2 计算模型与参数
• 5.2.1 等效黏-弹性边界
• 5.2.2 计算模型
• 5.2.3 计算参数
• 5.2.4 计算工况
• 5.3 计算结果与分析
• 5.3.1 坝顶峰值加速度
• 5.3.2 加速度竖向分布
• 5.3.3 不同地震波影响
• 5.4 小结
• 6 结论与展望
• 6.1 结论
• 6.2 展望
• 参考文献
• 攻读硕士学位期间发表学术论文情况
• 致谢