青山嘴水庫土石壩的地震響應(yīng)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(yīng)和液化分析蘇再非(廣東有色工程勘察設(shè)計(jì)院)摘要根據(jù)飽和土體固-液兩相介質(zhì)的振動(dòng)固結(jié)模型,采用非線性靜力本構(gòu)模型(Duncan-Chang模型)及摩爾庫侖強(qiáng)度準(zhǔn)則和土的動(dòng)力模型(Hardin模型)對(duì)青山嘴水庫土石壩進(jìn)行了地震作用下的動(dòng)力反應(yīng)有限元分析,得到了振動(dòng)期孔壓增長(zhǎng)與消散過程。分析表明,該壩不會(huì)出現(xiàn)液化現(xiàn)象。關(guān)鍵詞土石壩砂土液化地震響應(yīng)多相流體力學(xué)零,但對(duì)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(xiàng);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(dòng)力模型筑物有:溢洪道、導(dǎo)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(jī)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(dòng)引起的孔壓P及孔隙的動(dòng)態(tài)響應(yīng)及排水引g高41150m,壩頂寬9150m,壩頂長(zhǎng)度585192m。水起的消散孔壓P。振動(dòng)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(dòng)力實(shí)驗(yàn)確定,它與振動(dòng)次數(shù)N、土體相對(duì)密度面、準(zhǔn)確地描述大壩的地震反應(yīng)及壩體動(dòng)應(yīng)力、動(dòng)應(yīng)D、固結(jié)有

3、效主應(yīng)力比k、固結(jié)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(guān)。ff擬施工順序,用非線性靜力本構(gòu)模型(Duncan-消散孔壓PT為固-液兩相介質(zhì)動(dòng)態(tài)響應(yīng)引起Chang模型)對(duì)地震前的初始應(yīng)力進(jìn)行分析,以及采的孔隙動(dòng)變形的直接影響,是本文中固-液兩相介用飽和土體的動(dòng)力模型(Hardin模型)進(jìn)行了有限質(zhì)動(dòng)力方程求解的主要目標(biāo)之一。t+Δt時(shí)刻的真元分析。實(shí)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(dòng)力控制方程t+Δt′(t+Δt)t+

4、Δtσ=σ+p(5)211土體骨架的動(dòng)力平衡方程σ+X=C+ρ(u+g)(1)3大壩固-液兩相介質(zhì)動(dòng)力耦合響應(yīng)的有ij,jiii,tti用位移表示上式,并考慮σij=σij+αPij有效應(yīng)力原限元解析理,則有將求解域D劃分為n個(gè)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(diǎn)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(jié)點(diǎn)j的有關(guān)形212飽和多孔介質(zhì)的滲流連續(xù)方程函數(shù)構(gòu)成?？紤]到孔壓場(chǎng)與應(yīng)力場(chǎng)在單元內(nèi)任一點(diǎn)的匹配,孔壓場(chǎng)應(yīng)比位移場(chǎng)u降一階,故對(duì)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(xiàng)(即常數(shù)項(xiàng)與線性ijj式中,β為水的壓縮系數(shù),對(duì)于飽和土體β接近于項(xiàng))?！彩崭迦掌凇?0

6、08-04-0231探討與分析GEOTECHNICALENGINEERINGWORLDVOL.11No.9利用權(quán)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(yīng)用了式(4)、(5)的動(dòng)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(shí)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(biāo)s表示土骨架,f表示流體。為了使土體動(dòng)力分析的收斂性得到無條件保障,應(yīng)用Newmark法在時(shí)間域內(nèi)離散式(8),考慮到圖1計(jì)算采用的楚雄地震加速度曲線式(9)無加速度項(xiàng),故應(yīng)用中心差分法離散之,得水庫樞紐在區(qū)域力學(xué)構(gòu)造體系中,處于云南山到:字型構(gòu)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(gòu)造東支中段影響。這樣,西翼構(gòu)t+Δtt～t+Δt[P]fs{u}+Δt·[K]f{ΔPT}=造活動(dòng)性加強(qiáng),NW向褶皺、斷裂發(fā)育,主壓應(yīng)力為t+Δttt

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