高心墙堆石坝抗震稳定性分析与加固措施研究

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我国西部地区水能资源丰富,高土石坝也多建于此。同时西部地区又属于地震频发区域,在汶川地震中,许多土石坝都遭受到了不同程度的破坏,因此对处于强震区域的土石坝进行抗震研究是十分有必要的。这些土石坝在强震作用下的破坏大多从坝顶开始,为提高坝体的抗震稳定性,在坝顶区域采取加筋措施成为目前高土石坝抗震的主要手段。但目前来说,对于土石坝的加筋机理研究还相对薄弱,需要展开进一步的研究。以坝高300m高黏土心墙堆石坝为研究对象,通过有限元软件对不同加筋方案下的加筋堆石坝进行静动力分析,并从坝坡稳定性和震后永久变形两个角度对加筋堆石坝的抗震性能进行评价,论文主要内容如下:(1)建立了坝高300m高黏土心墙堆石坝计算模型。为模拟出土工格栅在受拉时对土体所产生的等效附加应力,采用fortran语言对Duncan-Chang E-B模型子程序进行了改编。并通过有限元软件对各加筋方案下的堆石坝进行静力分析,结果表明:蓄水期过后,采取加筋措施能够减小坝顶布筋方向上的变形。(2)在动力分析时编写了考虑围压效应的Hardin-Drnevich模型。提取各单元静应力状态作为初始条件,对各加筋方案下的堆石坝进行动力分析。结果表明:在坝顶采取加筋措施后坝体的响应加速度,动位移,动剪切应变均有所减小,总体上对坝体的抗震性能产生积极的影响。(3)对不同加筋间距下坝坡时程稳定安全系数和滑动体震后永久变形进行了计算。结果表明:对坝顶采取加筋措施后,坝坡的稳定性能得到明显改善,随着加筋间距的缩短,坝坡最危险滑动面的位置会向坝体内部深层方向移动,滑动面上最小安全系数有所提升,安全系数小于1的累积时间和滑动体的永久位移逐渐减小,但加筋间距过密对坝体的抗震性能提升效果较小,通过对比不同工况下安全评价指标的变化规律,得出土工格栅的最佳铺设间距为3m。
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