强震区高土石坝三维动力反应分析

论文摘要

土石坝因其结构简单、工程经济、施工快速而成为应用最广的坝型。随着我国水利水电建设的快速发展,拟建的堆石坝高度已达300m级。西部地区地质条件复杂,地震频繁且强大,因此大坝抗震研究工作的迫切性和重要性日益突出。研究中可以发现,土石坝的地震破坏与其加速度放大倍数息息相关,当坝体的地震加速度放大倍数超过一定的范围,土石坝将发生地震破坏。因此计算强震区高土石坝的三维动力反应,从而研究其加速度放大倍数分布,确定抗震加固范围,是很有意义的工作。本文以强震区高土石坝为研究背景,从三维动力反应分析角度,采用等效粘弹性模型,对不同工况条件下的均质堆石坝进行三维动力反应分析,具体工作如下:(1)对100m、200m和300m高的均质堆石坝进行了网格尺寸对其地震反应影响的计算分析,在坝体三维动力反应计算的基础上,研究了不同工况条件下网格尺寸对坝体动力反应计算精度的影响,探讨并确定了有效网格高度。经过分析得到以下结论:网格尺寸对加速度放大倍数影响较为明显,三维计算时应进行试算确定合理的网格尺寸。由计算结果得出,对于300m以下的均质坝而言,有效网格高度为坝体高度的5%。(2)对100m、200m和300m高的均质堆石坝进行了在不同设计工况下的动力反应的计算分析,在坝体三维动力反应计算的基础上,研究了不同工况条件下坝体加速度放大倍数的分布规律,探讨并确定了抗震加固范围。经过分析得到以下结论:坝体加速度放大倍数区域成椭圆状分布,并且加速度放大倍数在坝体沿坝高4/5以上放大较为明显,坝顶部的加速度放大倍数在沿坝轴线方向以坝顶中心点为中心3/10以内放大较为明显。并且坝越高,坝坡越陡,河谷越宽,动剪模量越小,加速度放大倍数越小。以上都是加速度放大倍数与坝体自身特性的关系。坝体的加速度放大倍数与地震输入也有关,地震动输入越大,加速度放大倍数越小。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 1 绪论
• 1.1 研究背景及意义
• 1.2 研究现状
• 1.2.1 堆石料动力变形特性
• 1.2.2 地震反应与变形分析方法
• 1.2.3 地震时高土石填筑坝破坏性态和抗震措施
• 1.3 本文的主要工作
• 2 土石坝三维分析基本理论
• 2.1 静力有限元分析
• 2.1.1 基本原理
• 2.1.2 本构模型的建立
• 2.1.3 中点增量法
• 2.1.4 弹性矩阵[D]
• 2.2 动力有限元计算方法简介
• 2.2.1 等效线性粘-弹性模型
• 2.2.2 动力方程的建立及其解法
• 2.3 计算软件简介
• 3 三维网格尺寸对土石坝动力反应的影响
• 3.1 引言
• 3.2 计算模型及参数
• 3.2.1 计算模型
• 3.2.2 计算参数
• 3.2.3 计算工况
• 3.3 计算结果分析
• 3.3.1 不同地震动输入的情况下网格尺寸的影响
• 3.3.2 不同地震波的情况下网格尺寸的影响
• 3.3.3 不同坝高的情况下网格尺寸的影响
• 3.3.4 不同网格尺寸对加速度反应谱的影响
• 3.3.5 不同网格尺寸对坝体基频的影响
• 3.3.6 有效网格高度
• 3.4 小结
• 4 三维均质堆石坝加速度放大倍数分布研究
• 4.1 引言
• 4.2 计算模型及参数
• 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 不同地震动的影响
• 4.3.2 不同坝坡的影响
• 4.3.3 不同河谷高宽比的影响
• 4.3.4 不同坝高的影响
• 4.3.5 不同动剪模量的影响
• 4.3.6 不同地震波的影响
• 4.3.7 加速度放大倍数分布
• 4.3.8 坝体自振频率
• 4.4 小结
• 5 结论与展望
• 5.1 结论
• 5.2 展望
• 参考文献
• 攻读硕士学位期间发表学术论文情况
• 致谢