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加筋技术在高土石坝抗震中的应用

刘莹光  
【摘要】:以往的研究表明,土石填筑坝在遭遇强震而发生破坏时,破坏将首先从坝顶部开始,坝顶区的“鞭鞘”效应将使堆石处于不稳定状态。因此,在地震区修建高土石填筑坝时应特别重视坝顶区土体的稳定,采取必要的抗震措施。加筋土技术是岩土工程领域的一个重要维护手段,采用合理的加筋锚固技术,能充分地发挥和提高土体的自身强度和自稳能力,较其它加固方式可以大量地节约工程材料,并有利于安全施工,在我国岩土工程领域中已得到广泛的应用。本文使用有限差分方法对在土石坝中加筋进行数值分析研究,以期该技术得到更广泛的应用提供较为科学的依据。 首先,采用拉格朗日有限差分法,对坝体及其抗震措施进行数值模拟。通过拟静力法计算和坝体永久位移的计算,进一步验证坝体的加筋范围;通过研究加筋前后坝体的剪应变、累加位移矢量、沿特征线的永久位移、筋层和护面板的受力状态和轴力分布规律来分析筋层和护面板的力学性能,以及确定筋端的处理方式。其次,通过对筋层和面板的变参数研究,研究了筋层布置间距、筋层长度、筋层支护倾角、筋与土体间的摩擦角、粘聚力、护面板厚度的变化对坝体变形的影响。第三,研究了提高土体的变形与强度参数(不采用抗震措施情况下)与采用抗震措施的等效问题。最后,对实际工程进行数值分析,提出对施工中的指导意见。主要研究结论如下: (1)进一步验证高土石坝的抗震加固范围为4/5高度以上的坝坡区域。地震动作用之后,加筋与否对坝体的最大剪应变影响较大,不但剪应变分布有所改变,且加筋后最大剪应变也相应减小。 (2)一般而言,所加筋层处于受拉状态,总体来说最顶端筋层和中间筋层所受拉力较大;筋层拉应力分布呈现沿坝坡端向坝内端逐渐增大的趋势。护面板中轴力均为拉力,在中间筋层高度处为最大,且随高程的降低,轴力逐渐减小。 (3)无论从坝体的永久位移还是筋层轴力分布角度,坝内筋端的铰结连接方式要好于自由连接方式。 (4)通过对加筋层支护结构及护面板的参数的变化研究,建议加筋长取滑裂面至边坡的1.5-2倍等一些定性的规律。 (5)通过对工程实例的计算分析,验证了模型建立的合理性以及采用加筋支护坝坡的可行性。


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