汶川地震土石壩震害分析及三維彈塑性數(shù)值模擬.pdf

1、汶川地震中土石壩震損數(shù)量大、分布廣、險情重、險情種類多，震后土石壩的地震安全性問題受到了研究人員的普遍關(guān)注。土石壩的三維彈塑性地震反應(yīng)分析一直是研究的熱點和難點，本研究調(diào)查分析了汶川地震中土石壩的典型震害現(xiàn)象與破壞特征，選取了破壞嚴重的代表性土石壩，建立了計算模型，完成了土石壩的三維彈塑性地震反應(yīng)分析，主要研究成果如下：
　?。?）汶川地震中土石壩震害調(diào)查與分析
　　基于汶川地震水庫大壩震害調(diào)查資料，建立了高危以上險情水壩震

2、害數(shù)據(jù)庫，總結(jié)了土石壩典型震害現(xiàn)象與破壞特征，分析了土石壩震害影響因素。此次地震中土石壩震損嚴重，379座嚴重震損水壩中土石壩占比90％以上，69座潰壩險情水壩全部屬于土石壩。土石壩典型震害現(xiàn)象包括壩體縱橫向裂縫、塌陷、滑坡、滲漏，起閉設(shè)施損壞及其他放水設(shè)施、溢洪道、管理房不同程度的震損。潰壩險情土石壩大多位于山前盆地邊緣的過渡帶，絕大部分位于發(fā)震斷裂的東南側(cè)，大體沿北東向狹長展布，壩基局部地形與場地條件對土石壩的震害有著較大影響；

3、r>　?。?）土體彈塑性本構(gòu)模型改進與應(yīng)用
　　基于交變移動模型（CM模型），引入飽和度作為狀態(tài)變量，發(fā)展了可連續(xù)描述非飽和與飽和土體靜動力學(xué)特性的彈塑性本構(gòu)模型。通過轉(zhuǎn)換應(yīng)力法，將模型從試驗應(yīng)力狀態(tài)拓展到一般應(yīng)力狀態(tài)，從而使得本構(gòu)模型可用于土石壩三維彈塑性地震反應(yīng)分析；
　?。?）數(shù)值計算程序DBLEAVES二次開發(fā)
　　對有限元-有限差分大變形計算程序DBLEAVES進行二次開發(fā)，在土-水-氣三相介質(zhì)動力方程中引入

4、上述改進的本構(gòu)方程，并在程序中引入了人工邊界，使得計算程序適用于土石壩的三維彈塑性地震反應(yīng)分析；
　?。?）汶川地震中典型震損土石壩三維計算模型
　　基于震害調(diào)查獲知了四川綿陽安縣豐收水庫大壩的震前運行狀況和震害詳細資料；通過現(xiàn)場查勘，獲取了壩體及其周圍局部場地的地質(zhì)、地貌和水文資料；通過室內(nèi)實驗，給出了土石壩與壩基巖土體的材料參數(shù)。基于上述工作，構(gòu)建了土石壩與壩基的三維整體計算模型；
　?。?）典型震損土石壩的三維彈

5、塑性地震反應(yīng)分析
　　數(shù)值模擬了豐收水庫大壩的地震破壞過程，模擬結(jié)果與實際震害吻合較好。分析了土石壩滑坡、縱橫向裂縫等震害的空間分布特征，探討了土石壩與壩基的三維彈塑性動力相互作用規(guī)律。研究表明，三維壩基條件對土石壩的震害分布和程度有著較大影響，地震動在壩頂中部相對于基巖放大了3倍左右，致使土石壩在此處產(chǎn)生嚴重震損。土石壩的存在也會對壩體下局部范圍內(nèi)的地震動強度有所影響，體現(xiàn)了相互作用的存在。但在稍遠離壩體的場地上，地震動很快減弱