高土石壩極限抗震能力研究

《高土石壩極限抗震能力研究》是依託大連理工大學,由遲世春擔任醒目負責人的面上項目。

基本介紹

• 中文名：高土石壩極限抗震能力研究
• 依託單位：大連理工大學
• 項目類別：面上項目
• 項目負責人：遲世春

項目摘要

汶川地震發生後，國家加強了水電工程的抗震防震工作，要求對已建、在建及待建水壩進行抗震覆核。除在設計地震工況下滿足可修復的要求外，增加了在校核地震工況下滿足不潰壩的要求。對特別重要的擋水建築物，還應進行極限抗震能力和地震破壞模式研究。目前，現行水工建築物抗震設計規範（DL5073-2000）沒有規定土石壩的設計地震反應譜，使土石壩的地震動輸入具有很大的任意性。因此，高土石壩設計地震反應譜、不潰壩功能對應的評價指標以及極限抗震能力是目前壩工界急待解決的關鍵技術問題。本項目擬通過振動台破壞模型試驗，並結合理論分析與數值模擬，研究土石壩開裂、滑坡失穩及堆石滾落、滑移、坍塌的破壞條件，提出高土石壩極限抗震能力分析方法與不潰壩功能所對應的評價指標，為高土石壩抗震覆核奠定基礎。因而具有重要的學術價值和廣泛的工程套用前景。

結題摘要

研究了土石壩動力特性，參考國內外建築物抗震設計規範，建議了土石壩的抗震設計反應譜。進行了心牆堆石壩地震動力破壞的振動台模型試驗，明晰了模型壩破壞可分為三個階段及破壞模式。基於有限元分片光滑思想和二維廣義互動驗證的數據光滑方法，發展了一種土石壩測試位移光滑化技術。對光滑後的位移場求導，得到對應的應變場。將測試位移光滑化技術套用于振動台模型試驗結果分析中，得到了許多有價值的結論。首次採用位移光滑化技術分析了土石壩實測地震位移，對紫坪鋪面板堆石壩和鯉魚潭心牆堆石壩的地震永久變形監測值進行平滑處理，得到大壩永久變形的位移場和殘餘應變場，並由此解釋了壩體各種震害現象。 給出了築壩土石料動模量比隨動應變的衰減曲線以及阻尼比隨動剪應變的增長曲線的統計公式。研究了築壩土石料動力特性的閾值應變，闡明了築壩土石料動力變形機理。 通過土石壩動力反應分析、動強度驗算以及地震永久變形分析，綜合確定了高心牆土石壩的破壞過程與極限抗震能力。認為處於抗震極限狀態的大壩防滲體及上游反濾料的頂部存在動強度不足問題，進而引起壩頂地震裂縫及上游反濾料頂部液化，最終導致壩體上、下游壩坡的失穩破壞。 基於極限分析原理，提出了土石壩極限抗震能力的剛體分析上限法。結合有限元，考慮築壩土石料的非線性強度，提出了土石壩極限抗震能力分析的有限元上、下限法。構建了土石壩極限抗震能力分析的標準二次錐規劃數學模型，採用內點法最佳化疊代求解下限解；將標準二次錐規劃數學模型轉化為對偶問題的“靜力形式”並進行求解，得到上限解。算例表明這些方法均具有較好的精度及適應性。