收藏本站
收藏 | 手机打开
二维码
手机客户端打开本文

大型地下洞室群地震响应特征研究

张玉敏  
【摘要】: 随着西部大开发战略的实施,一大批大型水利水电工程已经或即将在我国西部营建。这些大型水利水电工程大部分处在西部地质构造复杂的高山峡谷地区,多数有大型或超大型地下洞室群作为主要水工建筑物。这些大型地下洞室群所处的区域活断层多、规模大、活动强度高,大部分地区地震基本烈度在Ⅶ度或Ⅶ度以上,局部地区强震重复发震周期短。调查表明,在强震作用下地下洞室群等地下结构也常遭破,因此,研究大型地下洞室群在地震荷载作用下的地震响应特征和动力稳定性,是工程设计中亟待解决的问题。本文以大渡河大岗山水电站为依托工程,根据三角级数叠加法合成了基岩场地非平稳人工地震动,结合动态力学特性试验,利用有限差分程序FLAC3D,在研究了大岗山水电站基岩场地地震动传播特性的基础上,对大岗山水电站大型地下洞室群地震响应的数值模型、地震动输入、响应特征、影响因素、损伤区演化规律和分布特征等进行了系统研究,主要研究工作与特点表现在以下几个方面: (1)根据大岗山水电站区域地震地质和近场地震地质情况,确定了对坝址有重大影响的断裂带,划分了潜在震源区,利用烈度衰减关系,计算得到了不同超越概率水平下的坝址场地峰值加速度。选取和大岗山地质条件相近的攀枝花地震记录为样本,研究了其频谱特性,以其地震动卓越频率为基础,利用三角级数叠加法合成了基岩场地非平稳人工地震动。经过基线校正和高频滤波,最终得到了用于数值分析的地震波。 (2)对研究区的花岗岩试样进行不同应变率和围压下静态和动态压缩试验,系统分析动弹性模量、泊松比和强度随应变率和围压的变化规律。研究表明,花岗岩的弹性模量随应变速率的增加而增加,并且其增加幅度随围压的提高有减小的趋势。花岗岩的抗压强度随应变速率的增加而增加。编制了弹性模量随应变速率变化数值实现程序。基于大岗山花岗岩静力三轴测试全过程应力-应变曲线和损伤力学分析,发现脆性岩石在不同围压下均以侧向损伤为主,达到临界破坏时,损伤值稳定在0.7-0.8左右,说明了裂纹应变在侧向的发展是导致脆性岩石损伤破坏的主要原因。根据损伤理论建立了岩石动力损伤与静力损伤之间的关系,考虑动态强度与初始弹性模量的率相关性,进而建立了基于静力损伤本构理论的岩石动力损伤本构方程。 (3)实际地震记录表明,地震动加速度具有深度衰减效应。本文基于动力有限差分方法研究了高山峡谷地形地震动的传播特性。结果表明,输入地震动向地表传播过程中具有加速度放大作用,换言之,沿地表向地下方向具有衰减效应;峰值加速度对场地深度衰减没有影响;模型底部衰减系数随阻尼比和坡比增加而增大;当地震波的卓越频率接近计算模型自振频率时,场地的衰减程度增大;和实测结果相比,水平峰值加速度随场地深度的衰减趋势大体是相似的;利用FLAC3D软件模拟场地的地震动传播特性是可行的。 (4)充分研究了大岗山水电站近场区的地质条件,概化出了大型地下洞室群的数值模型,利用有限差分程序FLAC3D研究了洞室群的地震响应特征,总结了地震作用下围岩加速度、速度、位移和应力的传播特性。研究表明,监测点的加速度时程、速度时程、相对位移时程和应力时程与输入地震动加速度时程包络线形状相似,存在着滞后效应。如果不考虑深度衰减效应,各种工况下主厂房顶拱和底板的水平相对位移偏大39%。 (5)系统研究了地应力场、弹性模量、阻尼比、地震动峰值加速度和频谱特性对主厂房拱顶和底板最大水平相对位移的影响。研究表明,地应力和弹性模量对该位移影响非常小;阻尼比有较大影响,随着阻尼比的增大,该位移逐渐降低;峰值加速度有显著影响,随着峰值加速度的增大,该位移呈线性增加;不同频谱特性地震波作用下最大相对位移差别很大,考虑深度衰减效应后,差别有所降低,但仍很显著。初步分析表明,当地震波的卓越频率接近地下洞室群模型自振频率时,主厂房拱顶和底板最大水平相对位移会增大,而当地震波的卓越频率偏离地下洞室群模型自振频率时,该位移则减小。 (6)不同频谱地震动作用下,随着输入加速度强度由弱变强,损伤区主要从洞室边墙中部逐步向纵深扩展,在输入地震动强度达到最大值时,损伤区面积也很快达到最大,其后一直保持不变。如果不考虑深度衰减效应,围岩损伤区面积会偏大约32%。初步分析表明,当地震波的卓越频率接近地下洞室群模型自振频率时,围岩损伤区最大面积会增大,而当地震波的卓越频率偏离地下洞室群模型自振频率时,围岩损伤区最大面积则减小。


知网文化
【相似文献】
中国期刊全文数据库 前20条
1 杨强,周维垣,杨若琼;大型地下洞室群可视化信息集成系统[J];岩石力学与工程学报;2000年S1期
2 钟登华,张伟波,郑家祥;大型地下洞室群施工系统仿真[J];水利学报;2001年09期
3 杨兴国;王烈恩;曹鹏飞;李新;肖泉;;大型地下洞室群施工交通运输仿真分析[J];四川大学学报(工程科学版);2008年02期
4 王红军;杨润菊;;小湾引水发电系统地下洞室群开挖施工[J];云南水力发电;2008年06期
5 张玉敏;盛谦;张勇慧;朱泽奇;;高山峡谷地区大型地下洞室群非平稳人工地震动拟合[J];岩土力学;2009年S1期
6 隋斌;朱维申;李晓静;;地震荷载作用下大型地下洞室群的动态响应模拟[J];岩土工程学报;2008年12期
7 张玉敏;盛谦;朱泽奇;张占荣;;深度衰减效应对大型地下洞室群强震响应的影响分析[J];岩土力学;2010年10期
8 张玉敏;盛谦;朱泽奇;杨继华;;地震作用下大型地下洞室群位移特征的若干影响因素分析[J];岩土力学;2010年11期
9 傅少君;张丙文;邱焕峰;;瀑布沟地下厂房施工期变形与稳定的跟踪预报[J];武汉大学学报(工学版);2008年04期
10 向天兵;冯夏庭;江权;陈建林;万祥兵;;大型洞室群围岩破坏模式的动态识别与调控[J];岩石力学与工程学报;2011年05期
11 金长宇;张春生;冯夏庭;;错动带对超大型地下洞室群围岩稳定影响研究[J];岩土力学;2010年04期
12 卢文波,苏利军;水电工程大型地下洞室群施工中的通风散烟问题研究[J];湖北水力发电;1999年03期
13 杨明举,关宝树,王民寿;岩体参数影响大型地下洞室群围岩稳定的灵敏度分析[J];西南交通大学学报(自然科学版);2000年05期
14 李攀峰,张倬元,陶连金;大型地下洞室群开挖模拟中的特殊现象分析[J];地质灾害与环境保护;2003年02期
15 李攀峰,张倬元,陶连金;某大型地下洞室群围岩稳定性分类研究[J];工程地质学报;2004年01期
16 赵震英;复杂地层地下厂房围岩稳定性研究[J];武汉大学学报(工学版);1990年04期
17 李攀峰,王银梅,张倬元;某大型地下洞室群整体稳定性评价[J];太原理工大学学报;2002年04期
18 李仲奎;戴荣;姜逸明;;FLAC~(3D)分析中的初始应力场生成及在大型地下洞室群计算中的应用[J];岩石力学与工程学报;2002年S2期
19 崔银祥,聂德新,陈强;某电站大型地下洞室群主变洞确定性块体稳定性评价[J];工程地质学报;2005年02期
20 王刚;蒋宇静;李术才;;大型地下洞室群施工期快速反馈分析实用方法[J];山东大学学报(工学版);2011年04期
中国重要会议论文全文数据库 前10条
1 李仲奎;;时空双系列反馈分析及其在大型地下洞室群施工中的应用[A];面向21世纪的科技进步与社会经济发展(下册)[C];1999年
2 姜弘道;;高性能计算与水利工程[A];中国力学学会学术大会'2005论文摘要集(下)[C];2005年
3 徐平;夏铭佑;;大型地下洞室群围岩稳定三维弹塑性分析[A];第一届海峡两岸隧道与地下工程学术与技术研讨会论文集(上册)[C];1999年
4 朱维申;李术才;张玉军;;岩体断裂损伤模型在地下洞室群施工顺序优化中的应用研究[A];面向21世纪的岩石力学与工程:中国岩石力学与工程学会第四次学术大会论文集[C];1996年
5 戴会超;周创兵;邬爱清;郑丹;;特大型水利水电工程若干岩石力学问题讨论[A];第三届全国岩土与工程学术大会论文集[C];2009年
6 朱维申;隋斌;孙爱花;;以某洞群工程为背景的洞室开挖位移系统分析[A];城市地下空间开发与地下工程施工技术高层论坛论文集[C];2004年
7 和孙文;杨元红;;水利水电大型地下厂房工程施工技术[A];南方十三省(区、市)水力发电学会秘书长会议论文集[C];2010年
8 字继权;杨桂鹏;偰光恒;薛小伟;;构皮滩水电站地下厂房区强岩溶处理技术总结[A];南方十三省(市、区)水电学会联络会暨学术交流会论文集[C];2007年
9 ;水利水电科技进展2007年第10期目次[A];第三届全国水力学与水利信息学大会论文集[C];2007年
10 字继权;杨桂鹏;偰光恒;薛小伟;;构皮滩地下电站强岩溶处理技术总结[A];2008南方十三省水电学会联络会暨学术交流会论文集[C];2008年
中国博士学位论文全文数据库 前10条
1 李勇;高地应力条件下大型地下洞室群分步开挖稳定性及流变效应研究[D];山东大学;2009年
2 李攀峰;大型地下洞室群围岩稳定性工程地质研究[D];成都理工大学;2004年
3 张玉敏;大型地下洞室群地震响应特征研究[D];中国科学院研究生院(武汉岩土力学研究所);2010年
4 张伟波;大型地下洞室群施工系统仿真理论与应用研究[D];天津大学;2003年
5 李景龙;大型地下洞室群工程稳定性风险评估系统及其应用研究[D];山东大学;2008年
6 佟大威;水电工程施工进度与质量实时控制研究[D];天津大学;2009年
7 胡斌;深切峡谷区大型地下洞室群围岩稳定性的动态数值仿真研究[D];成都理工大学;2002年
8 杨圣奇;岩石流变力学特性的研究及其工程应用[D];河海大学;2006年
9 张研;地下工程岩体非线性行为预测识别的高斯过程模型与动态智能反馈分析[D];广西大学;2013年
10 鲁文姸;强震作用下大型地下厂房洞室群灾变仿真研究[D];天津大学;2012年
中国硕士学位论文全文数据库 前10条
1 牟遗忠;四川省狮子坪水电站地下厂房洞室群三维可视化动态管理系统研究[D];重庆大学;2007年
2 牟遗忠;四川省狮子坪水电站地下厂房洞室群三维视化动态管理系统研究[D];重庆大学;2007年
3 张乾兵;大型地下洞室群劈裂破坏现场监测和三维地质力学模型试验研究[D];山东大学;2010年
4 郑文华;高地应力脆性岩体张开位移发生机理研究[D];山东大学;2010年
5 谭金龙;大型地下工程洞室群施工期通风研究[D];天津大学;2007年
6 陈良;水电站地下厂房洞室群施工监测反馈分析[D];清华大学;2009年
7 雷辉光;构皮滩水电站地下厂房渗流分析及渗控设计[D];西安理工大学;2006年
8 向天兵;大型地下厂房洞室群施工期动态反馈优化设计方法研究[D];中国科学院研究生院(武汉岩土力学研究所);2010年
9 赵建纲;花岗岩疲劳力学特性试验研究与工程应用[D];山东大学;2012年
10 朱付广;大岗山水电站地下厂房块体稳定性及地震响应分析[D];中国科学院研究生院(武汉岩土力学研究所);2010年
中国重要报纸全文数据库 前10条
1 严镇威 陈锐弟;水电十四局地下洞室群施工技术获国家科技进步二等奖[N];中国水利报;2006年
2 梁晓亮;看中国水利水电建设集团的创新途径[N];经济日报;2007年
3 本报记者  陈沸宇;璀璨明珠耀黄河[N];人民日报;2006年
4 许静;三百零五米世界第一高坝借力“特咨团”[N];四川日报;2008年
5 石家铭;雅砻江拉开全流域大开发帷幕[N];中国电力报;2007年
6 谭江琦;锦屏项目主体工程启动在即[N];四川日报;2007年
7 本报记者 杨飞 通讯员 严镇威 温洪医 李向龙;科技创新 再塑“金花”[N];中国水利报;2007年
8 记者 曾正贤 王立武;十六局用科技铸造腾飞翅膀[N];中国铁道建筑报;2000年
9 本报通讯员 严镇威;水电十四局打造地下工程施工品牌连锁店[N];中国水利报;2006年
10 本报记者  毛绍清 通讯员  梁波 张蕴华;丹心履使命 坚毅铸辉煌[N];西南电力报;2007年
中国知网广告投放
 快捷付款方式  订购知网充值卡  订购热线  帮助中心
  • 400-819-9993
  • 010-62982499
  • 010-62783978