百米級高瀝青混凝土心墻壩抗震能力與破壞模式研究.pdf

1、瀝青混凝土心墻壩具有眾多優(yōu)點(diǎn)，在全世界范圍內(nèi)的大壩建設(shè)中得到廣泛應(yīng)用。但現(xiàn)有瀝青混凝土心墻壩經(jīng)歷的強(qiáng)震較少，積累的震害工程經(jīng)驗(yàn)也較少。隨著水電工程的發(fā)展，國內(nèi)外很多瀝青混凝土心墻壩高度已達(dá)到百米級，強(qiáng)震作用下壩體的設(shè)計、施工存在較大的盲目性，嚴(yán)重影響此壩型在強(qiáng)震作用下的安全特性。因此有關(guān)瀝青混凝土心墻壩的極限抗震能力和壩體可能發(fā)生的各種破壞模式的研究顯得尤為重要，這對瀝青混凝土心墻壩工程抗震安全的設(shè)計與施工起到很大的指導(dǎo)作用。本文以新疆

2、庫什塔依瀝青混凝土心墻壩為工程背景，利用ABAQUS及Geo Studio有限元軟件分析強(qiáng)震作用下的此壩型的地震響應(yīng)規(guī)律，以及極限抗震能力與可能發(fā)生的破壞模式。內(nèi)容主要包括以下幾個方面：
　　(1)基于ABAQUS有限元二次開發(fā)平臺引入鄧肯張E-B模型和考慮塑性的沈珠江動力粘彈性模型，擴(kuò)展了靜、動力有限元中的非線性分析方法，得出較好的靜、動力響應(yīng)及殘余變形等方面結(jié)果。探討了瀝青混凝土心墻壩在靜、動力模擬過程中的關(guān)鍵性技術(shù)問題并給出

3、了相應(yīng)的建議。如地震波的選取、、壩址地震動輸入方式、心墻“薄片”單元的尺寸效應(yīng)及解決辦法、模型邊界條件施加及邊界能量逸散的解決等。
　　(2)以庫什塔依瀝青混凝土心墻壩為背景建立三維有限元靜、動力模型，分析得：靜力分析中應(yīng)力最大值發(fā)生在心墻底部，位移最大值發(fā)生在壩體1/2高程處，受庫水壓力影響心墻的順河向位移及心墻附近處應(yīng)力分布變化情況較大。動力分析中殘余變形以豎向最大，順河向其次。壩軸向與豎向的殘余變形隨著水位的增高而增大，順河

4、向殘余變形則相反。響應(yīng)加速度隨壩體高程增加而增加，壩體動位移響應(yīng)以順河向的壩頂中心位置最大；從壩坡動力安全角度分析得出，上下游壩坡穩(wěn)定性滿足要求，但下游馬道位置易出現(xiàn)淺層滑坡，在施工、設(shè)計中應(yīng)當(dāng)加以注意。此外結(jié)果表明鄧肯張E-B模型和考慮塑性的沈珠江動力粘彈性模型能夠較好的體現(xiàn)出壩體堆石料的非線性特性，此類壩型具有較強(qiáng)的抗震能力。
　　(3)結(jié)合最大值包絡(luò)線法等方法，考慮不同水位、地震波等條件對地震過程中的動響應(yīng)、受力特性、壩坡動

5、力安全系數(shù)及殘余變形等的影響。最終綜合考慮以上因素及目前極限抗震能力評定標(biāo)準(zhǔn)得出：此壩的極限抗震能力為0.515g~0.567g，能夠抵御8度以上地震而不至于出現(xiàn)重大災(zāi)害，影響極限抗震能力的最顯著因素為心墻材料的位移及變形。較真實(shí)的模擬了壩體在地震作用下的動力響應(yīng)，驗(yàn)證了考慮塑性的沈珠江動力粘彈性模型的合理性?？紤]現(xiàn)行的水工大壩極限抗震能力評價標(biāo)準(zhǔn)，采用最大值包絡(luò)線法等綜合分析了各核心指標(biāo)，得出此壩能夠抵御8度以上地震而不至于出現(xiàn)重大災(zāi)