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我国西南地区拥有丰富的水利水电资源,为了开发利用这些水电资源,建设了一大批高坝,其中土石坝拟建高度已经达到300m级别,且一般位于高烈度地震活动区,复杂条件下高土石坝的抗震性能和抗震安全性评价一直是设计与建设中的关键技术问题之一。本论文通过理论分析和数值计算等手段对300m级心墙堆石坝的动力反应特性进行了比较深入的研究和探索,主要研究内容如下:
1、针对已有一些动力本构模型中存在的不足,考虑更接近实际情况的土石材料的最大动剪模量及对动剪应变进行归一处理,并在动剪应力与动剪应变满足一定的函数关系基础上,提出了考虑围压、初始模量、动剪应变等多因素的土体材料动力本构经验模型。
2、基于室内动三轴试验资料,对地震作用下高土石坝的残余体积应变和残余剪应变的变化规律进行研究,建议了考虑围压、应力水平、动应力、振次等因素的土石坝地震残余应变计算经验模型,并对模型参数进行敏感性分析。
3、分析已建堆石坝的实测第一自振周期的规律,通过有限单元法对不同坝高的堆石坝进行计算,考虑了坝体材料特性、河谷形状、坝高三大因素的影响,研究了计算大坝基本自振周期的简化公式。
4、结合不同的场地基岩振动输入特性,研究了高土石坝的频谱特性和行进波效应;分析了高土石坝的振型特征。
5、结合设计当中的314m高的双江口心墙堆石坝,利用本文研究的经验模型,计算了大坝的加速度、永久变形、动剪应力及孔隙水压力等地震反应、,并对工程的抗震安全进行评价。