土石壩地震應(yīng)變分析與壩料動力參數(shù)反演.pdf

1、土石壩是當(dāng)今壩工建設(shè)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(shè)防動參數(shù)高，一旦因地震而失事，將造成災(zāi)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(yīng)力的預(yù)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(yīng)記錄和實際震害資料;再加上壩料大應(yīng)變非線性動力本構(gòu)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(yīng)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(shè)計的可靠性、經(jīng)濟性和科學(xué)性。

3、>　　針對以上土石壩抗震研究中亟待解決的關(guān)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(yīng)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(nèi)容和結(jié)論如下:
　　(1)鑒于土石料等散粒體材料應(yīng)變測量的困難性，嘗試發(fā)展了數(shù)字圖像應(yīng)變測量技術(shù)。把有限元數(shù)據(jù)平滑方法引入到數(shù)字圖像應(yīng)變測量中，開發(fā)了一套適合于土工試驗?zāi)Ｐ蛻?yīng)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(yīng)變的

4、計算精度。將其應(yīng)用到心墻堆石壩振動臺模型試驗的應(yīng)變測量中，獲得了模型壩的位移場和應(yīng)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(zhuǎn)為沿上下游壩坡分別向兩側(cè)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(cè)的變形破壞。
　　(2)應(yīng)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(yīng)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(chǔ)。分析結(jié)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(yīng)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(yīng)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(yīng)變過大造成的。
　　(3)實際土石壩壩料的動力性質(zhì)與室內(nèi)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(nèi)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(yīng)譜為目標函數(shù)，研究了土石壩動力參數(shù)反演方法。結(jié)合鯉魚潭心墻堆石壩在集集地震中的加速度響應(yīng)，反演了該壩土石料的動力參數(shù)，并與