多點、多向地震耦合作用下高土石壩動力災變研究

土石壩由于其對基礎條件具有良好的適用性、能就地取材和充分利用建筑物開挖料、造價較低及抗震性能好等優(yōu)點，是世界各國廣泛采用的壩型。高土石壩的地震荷載具有多點、多向輸入的特點，需采用非線性地震耦合反應進行高土石壩抗震分析。本項目研究考慮隨機性、獨立性的多點、多向輸入地震波的合成方法，建立多點、多向輸入地震耦合反應分析方法，實現真正意義上的多點、多向輸入地震耦合作用下高土石壩動力災變數值模擬，揭示高土石壩地震災變特性、災變機理，分析地震液化引起的局部破壞對高土石壩整體穩(wěn)定性的影響，進而有針對性地提出高土石壩地震災變控制方法。以雙江口土質心墻堆石壩作為依托工程，進行工程應用研究。研究成果將豐富高土石壩地震災變分析與控制理論，對雙江口土質心墻堆石壩工程抗震有重要的應用價值，對其他高土石壩工程抗震也有較好的借鑒意義。 2100433B

本項目通過三年的研究工作，已完成項目計劃內容，并取得了一系列研究成果。 本項目從汶川地震收集的山嶺隧道震害資料出發(fā)，統(tǒng)計分析了汶川地震中山嶺隧道的震害資料，提出了山嶺隧道抗震風險層次分析模型，深入調查了受損隧道的地質構造情況，研究了跨斷層隧道的震害特征，并系統(tǒng)描述了跨斷層隧道的震害形態(tài)。 通過斷層活動與地震耦合作用下隧道—斷層體系的災變機理研究，提出了采用損傷指標和能量指標分析隧道—斷層體系的非線性反應，建立起基于損傷指標和能量指標的隧道—斷層體系的安全性評價體系。并提出了在隧道斷層處設置結構構造的措施。 根據穿越活動斷層隧道的地震動力響應特性，分析了不同影響因素下隧道縱向抗震設防長度，數值模擬結合振動臺試驗，提出了分級量化指標。根據震害調查分析及模擬結果，對斷層區(qū)隧道的抗震設防進行了分段，根據不同位置制定了不同的對策措施，并且通過現場測試驗證，修改完善了設防體系，最終提出了跨斷層隧道抗震設防應用性設計參數。 發(fā)表學術論文10篇，其中SCI收錄2篇，EI收錄7篇，部分研究成果發(fā)表在《Soil Dynamics and Earthquake Engineering》（SCI收錄）、《Disaster Advances》（SCI收錄）、《中南大學學報（自然科學版）》(EI收錄)、計算力學學報學報(EI收錄)、土木工程學報(EI收錄)及《現代隧道技術》(EI收錄)等國內外期刊上。另外，發(fā)表學術專著一部，并獲得大連市人民政府資助出版。 2100433B

一般認為洞口段是隧道抗震的薄弱部位，但是5.12汶川地震隧道震害調查發(fā)現不少隧道洞身段也發(fā)生開裂破壞，甚至倒塌。究其原因，主要是這些隧道穿越地層條件多為斷層破碎帶。項目以西部高烈度地震區(qū)和活動斷裂區(qū)若干隧道工程為研究對象，從隧道動力學、地震工程學及地質學等學科基礎理論出發(fā)，結合汶川地震跨斷層隧道震害調查資料，采用地震模擬振動臺試驗和三維數值模擬相結合的研究方法，系統(tǒng)研究地震與活動斷層耦合作用下隧道-圍巖-斷層系統(tǒng)的災變機理與控制對策。包括引入損傷理論和能量原理建立隧道抗震安全性評價方法；提出隧道采用柔性接頭形式穿越活動斷層，綜合考慮柔性接頭的可蠕動性與抗震性耦合技術，實現隧道正常使用階段的安全性與地震發(fā)生時的大變形吸能能力的合理均衡。項目預期將建立隧道安全性評價理論、方法以及災害控制對策。項目的研究對于深入揭示活動斷層區(qū)隧道地震破壞機理具有重要意義，為隧道抗震設計提供科學依據。

本書總結了作者在高土石壩地震災變模擬方面的研究成果，囊括了從理論、方法到工程應用的內容，主要包括：筑壩材料剪脹特性和本構模型、堆石體與面板結構面本構模型、壩-庫水流固耦合精細分析方法、混凝土防滲體漸進破壞分析方法、高土石壩-河谷-地基動力相互作用、高土石壩地震破壞全過程高性能計算軟件系統(tǒng)、紫坪鋪大壩地震破壞全過程模擬和驗證、高面板壩面板地震安全控制方法和一批世界級高土石壩工程應用。