青山嘴水庫土石壩的地震響應和液化分析.pdf

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1、巖土工程界第11卷第9期探討與分析青山嘴水庫土石壩的地震響應和液化分析蘇再非(廣東有色工程勘察設計院)摘要根據(jù)飽和土體固-液兩相介質(zhì)的振動固結模型,采用非線性靜力本構模型(Duncan-Chang模型)及摩爾庫侖強度準則和土的動力模型(Hardin模型)對青山嘴水庫土石壩進行了地震作用下的動力反應有限元分析,得到了振動期孔壓增長與消散過程。分析表明,該壩不會出現(xiàn)液化現(xiàn)象。關鍵詞土石壩砂土液化地震響應多相流體力學零,但對于非飽和土體中的孔隙水,則β可能并不為1青山嘴水庫土石壩的基本概況零或很小的值;e為土體體變;w為源匯項;q為滲流青山嘴水庫水利

2、樞紐區(qū)是一座以防洪和農(nóng)田灌流速。溉為主、兼顧城市供水的大Ⅱ型水利工程。配套建213孔壓的動力模型筑物有:溢洪道、導流泄洪隧洞及輸水隧洞,均位于[1]在排水條件下,孔壓變化的機理有殘余孔壓右岸。主壩為心墻土石壩,壩頂高程1820150m,壩P、振動引起的孔壓P及孔隙的動態(tài)響應及排水引g高41150m,壩頂寬9150m,壩頂長度585192m。水起的消散孔壓P。振動引起的孔壓上升可由不排T3庫總庫容1087311×104m。壩坡1∶212。為了較全水的動力實驗確定,它與振動次數(shù)N、土體相對密度面、準確地描述大壩的地震反應及壩體動應力、動應D、固結有

3、效主應力比k、固結圍壓σ、破壞振次rc3c變分布及孔隙水壓力分布等,本文采用分層填筑模N、有效內(nèi)摩擦角φ′及極限孔壓u有關。ff擬施工順序,用非線性靜力本構模型(Duncan-消散孔壓PT為固-液兩相介質(zhì)動態(tài)響應引起Chang模型)對地震前的初始應力進行分析,以及采的孔隙動變形的直接影響,是本文中固-液兩相介用飽和土體的動力模型(Hardin模型)進行了有限質(zhì)動力方程求解的主要目標之一。t+Δt時刻的真元分析。實孔壓可寫成t+Δtt(t+Δt)(t+Δt)ρ=p+Δpg+ΔpT(4)2壩體的兩相多孔介質(zhì)內(nèi)的動力控制方程t+Δt′(t+Δt)t+

4、Δtσ=σ+p(5)211土體骨架的動力平衡方程σ+X=C+ρ(u+g)(1)3大壩固-液兩相介質(zhì)動力耦合響應的有ij,jiii,tti用位移表示上式,并考慮σij=σij+αPij有效應力原限元解析理,則有將求解域D劃分為n個單元,則可將任一單元(λ+μ)u+μu+X+(αP)=j,jii,ijii,je內(nèi)的任一點的未知量u及p分別以下列近似函iiCi+ρ(ui,tt+gi)(2)數(shù)表示:式中,λ、μ分別為拉梅常數(shù)和泊松比;ρ為土骨架容n重;α為等效孔壓系數(shù);g為地震加速度;C為阻尼u=∑Nj(x,y,z)·μj(t)(6)iij=1力,C=

5、Du,t,D為阻尼矩陣,本文引用瑞利阻尼niijjij假定D=αM+βK;X為體積力;P為孔隙水壓ρ=∑N?j(x,y,z)·pj(t)(7)ijijijij=1力;Mi為j土骨架的質(zhì)量矩陣;Ki為j剛度矩陣。式中,Ni為伽遼金所定義的函數(shù),由結點j的有關形212飽和多孔介質(zhì)的滲流連續(xù)方程函數(shù)構成。考慮到孔壓場與應力場在單元內(nèi)任一點的匹配,孔壓場應比位移場u降一階,故對于二次形5P5ediv(ρq)=βp++ρ+w(3)5t5t函數(shù)N而言,N?可取N的前兩項(即常數(shù)項與線性ijj式中,β為水的壓縮系數(shù),對于飽和土體β接近于項)?！彩崭迦掌凇?0

6、08-04-0231探討與分析GEOTECHNICALENGINEERINGWORLDVOL.11No.9利用權函數(shù)的性質(zhì),可得到式(2)、(3)離散化圖1給出了楚雄地震輸入曲線,但將卓越周期從2后(應用了式(4)、(5)的動力平衡方程:0114s調(diào)整到0128s,最大加速度調(diào)整到012m/s。t+Δt·t+Δtt+Δt[K]s{u}+[D]s{u}+[M]s{¨u}+假定地震沿壩上下游方向,地震持續(xù)時間為10s。t+Δtt+Δt[P]{p}={F}(8)sfs及流體的連續(xù)方程·t+Δtt+Δtt+Δt[P]fs{u}+[K]f{p}={F}f

7、(9)下標s表示土骨架,f表示流體。為了使土體動力分析的收斂性得到無條件保障,應用Newmark法在時間域內(nèi)離散式(8),考慮到圖1計算采用的楚雄地震加速度曲線式(9)無加速度項,故應用中心差分法離散之,得水庫樞紐在區(qū)域力學構造體系中,處于云南山到:字型構造西翼內(nèi)側(cè)馬蹄形盾地北部,西翼受青、藏、t+Δtt～t+Δtt+Δt[K^]{u}+[P]{Δpt}={F^}(10)sssf滇、緬“歹”字型構造東支中段影響。這樣,西翼構t+Δtt～t+Δt[P]fs{u}+Δt·[K]f{ΔPT}=造活動性加強,NW向褶皺、斷裂發(fā)育,主壓應力為t+Δttt

8、～t+ΔNE—SW向。中、北部為反時針旋卷構造,在NE—Δt·{F}+(-Δt)[K]({p}+{Δp})ffg(11)SW向壓應力和旋卷力偶共同作用