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加筋堆石坝的静动力有限元分析

孟宪雷  
【摘要】: 以往的研究表明,堆石坝在遭遇强震而发生破坏时,破坏将首先从坝顶部开始。因此,在地震区修建堆石坝时应特别重视坝顶区堆石体的稳定,采取必要的抗震措施以提高大坝抗震安全性。加筋堆石技术是高土石坝坝坡抗震加固的重要手段,能充分地发挥堆石及筋材的力学性能,提高坝体自身强度与稳定性,在我国高土石坝工程实践中逐渐得到了应用。 论文以糯扎渡心墙堆石坝为实例,进行了静动力有限元分析,主要研究内容包括:研究加筋技术的基本原理和筋—堆石间相互作用的方式;极限平衡法进行坝坡稳定计算,拟定加筋方案;分析等效附加应力法对静力计算和动力反应计算的影响;计算加筋坝坡的稳定性,采用改进的等价结点力法和Newmark滑块位移法对加筋堆石坝的永久位移进行计算。研究了筋层间距、筋层长度变化对坝体稳定的影响。通过上述工作,得出了以下结论: (1)基于等效附加应力法的加筋结构计算中,加筋对坝体静力和动力反应影响很小。这是因为坝体的应力水平较低、应变很小,视堆石及筋材为均匀连续介质的等效附加应力法计算的筋材拉应变很小。 (2)加筋能够提高坝体的抗震稳定性。刚体极限平衡分析法研究的是加筋土坡的极限状态,将堆石体视为理想刚塑性材料,筋材抗拔强度得以充分发挥。因此得到加筋堆石坝坡的抗震安全系数提高,加筋使最小安全系数对应的滑裂面位置变深。 (3)加筋坝坡的地震永久变形是评价加筋效果的有效方法。等价结点力法计算加筋坝坡的永久变形,认为筋材与坝体单元变形协调,筋材提供的附加应力较小,因此加筋对坝顶永久变形影响不明显。Newmark滑块法基于极限平衡理论,筋材处于拉拔的极限状态,提供较大的抗滑动力,因此加筋能够显著减小坝体的Newmark滑块法永久变形。 (4)随着加筋长度的减小和加筋间距的增大,筋材对坝体永久变形的影响减小。


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