土石壩地震應變分析與壩料動力參數(shù)反演.pdf

1、土石壩是當今壩工建設中使用最多的一種壩型。我國已建和在建的高土石壩大多位于地震高烈度區(qū)。隨著西部大開發(fā)戰(zhàn)略的實施和西電東送工程的推進，在我國西南和西北還將興建一批高土石壩。但這些高土石壩所在的西南和西北地區(qū)的壩址區(qū)域地震強度高、活動頻繁，地震設防動參數(shù)高，一旦因地震而失事，將造成災難性的后果。
　　目前土石壩的抗震研究還落后于工程實踐。其抗震分析基本上還停留在20世紀70年代提出的等價線性化方法上，這種方法在非線性程度不高的情況下

2、，對地震加速度和剪應力的預測能取得較好的效果。目前，由于實際遭受過地震作用的現(xiàn)代碾壓土石壩很少，缺乏強震區(qū)高土石壩的地震反應記錄和實際震害資料;再加上壩料大應變非線性動力本構模型及其求解方法的理論研究尚未成熟，使得目前通過理論分析和數(shù)值計算得到高土石壩地震動力破壞響應與破壞模式的難度很大，難以理清高土石壩的地震破壞過程與機理。從而無法對地震作用下高土石壩的抗震安全性進行準確評價，嚴重影響了高土石壩抗震設計的可靠性、經(jīng)濟性和科學性。

3、>　　針對以上土石壩抗震研究中亟待解決的關鍵問題，本文開展了心墻堆石壩振動臺試驗、紫坪鋪面板堆石壩在汶川地震中的殘余應變分析和土石壩壩料動力參數(shù)反演等研究工作。其主要研究內容和結論如下:
　　(1)鑒于土石料等散粒體材料應變測量的困難性，嘗試發(fā)展了數(shù)字圖像應變測量技術。把有限元數(shù)據(jù)平滑方法引入到數(shù)字圖像應變測量中，開發(fā)了一套適合于土工試驗模型應變測量計算的程序，并通過數(shù)字散斑圖和三點彎曲梁實驗進行了驗證，顯示該方法顯著提高了應變的

4、計算精度。將其應用到心墻堆石壩振動臺模型試驗的應變測量中，獲得了模型壩的位移場和應變場分布規(guī)律，探討了模型壩的地震破壞機理，初步研究表明破壞過程大致分三個階段，即整體變形階段、壩坡滑移變形階段和破壞階段，其中第二個階段的標志是壩體由整體運動轉為沿上下游壩坡分別向兩側滑動。同時表明空庫狀態(tài)下的破壞模式是上、下游壩坡的淺層滑塌破壞，滿庫狀態(tài)下是壩體上部上游側的變形破壞。
　　(2)應用有限元數(shù)據(jù)平滑方法，對紫坪鋪面板堆石壩在汶川地震中

5、的監(jiān)測位移資料進行分析，得到了紫坪鋪大壩在汶川地震中的殘余應變分布規(guī)律，并據(jù)此解釋了大壩的一些震害現(xiàn)象，為進一步分析土石壩的地震破壞機理奠定基礎。分析結果顯示，壩體最大震陷率發(fā)生在2/3壩高附近;大壩發(fā)生剪脹的范圍為壩頂區(qū)域和從壩頂往下約30m的上下游壩坡處;堆石料地震殘余剪應變過大并形成下滑趨勢是造成面板水平施工縫錯臺的直接原因;沿壩軸向在兩岸壩肩附近區(qū)域受拉，河谷中央部位受擠壓，整個壩體向河谷收縮;坡面殘余壓應變集中是造成面板垂直擠

6、壓破壞的主要原因;左岸壩肩周邊縫張開和壩面張裂縫是由于坡面殘余拉應變過大造成的。
　　(3)實際土石壩壩料的動力性質與室內試驗得到的動力參數(shù)有一些差異。本文提出了兩種根據(jù)實測土石壩地震加速度記錄信息反演筑壩土石料的動力參數(shù)反演方法，以探討目前室內外壩料動力參數(shù)確定方法的合理性。
　?、俾?lián)合加速度峰值和反應譜為目標函數(shù)，研究了土石壩動力參數(shù)反演方法。結合鯉魚潭心墻堆石壩在集集地震中的加速度響應，反演了該壩土石料的動力參數(shù)，并與