高土石壩加筋壩體安全評價與極限抗震能力研究

強(qiáng)震區(qū)高土石壩的抗震安全設(shè)計是當(dāng)前我國水利水電建設(shè)的核心問題之一,為保證高土石壩的整體抗震安全性，須對高壩抗震加固措施和抗震安全評價方法進(jìn)行研究，更新設(shè)計理論和方法。壩頂1/5-1/4區(qū)域的地震變形防控是目前在高土石壩抗震設(shè)計領(lǐng)域正在迅速發(fā)展的設(shè)計理念和方法，本項目針對高土石壩地震變形安全防控抗震性能設(shè)計的若干基礎(chǔ)問題，著重研究：(1)土工格柵加筋堆石料靜、動力特性研究。(2)高土石壩基于變形安全防控抗震性設(shè)計理論和方法，包括高土石壩壩坡抗震穩(wěn)定分析研究和高土石壩極限抗震能力研究。(3)高土石壩雙向離心機(jī)振動臺模型試驗研究。 2100433B

利用集成數(shù)字圖像采集系統(tǒng)的高壓大型靜、動兩用三軸儀開展大范圍圍壓下土工格柵加筋堆石復(fù)合體材料靜、動應(yīng)力變形特性研究，根據(jù)試驗結(jié)果確定高土石壩加筋壩體有限元計算方法、本構(gòu)模型及計算參數(shù)。將有限元滑面應(yīng)力穩(wěn)定分析法應(yīng)用于高土石壩加筋壩體抗震安全評價，建立基于有限元應(yīng)力變形分析的集擬靜力穩(wěn)定分析、動力時程分析和地震變形分析于一體的高土石壩加筋壩體抗震安全評價體系，完善超高土石壩的抗震安全評價方法、評價標(biāo)準(zhǔn)、壩體加固及其作用機(jī)理以及極限抗震能力研究，將技術(shù)研究成果應(yīng)用于實際工程，為工程的可行性研究和建設(shè)提供可靠的理論和技術(shù)支撐。

土石壩是水利水電工程建設(shè)中的主導(dǎo)壩型之一。在高烈度區(qū)修建高土石壩，抗震穩(wěn)定問題往往是控制因素。本項目以土石壩為研究對象，對土石壩地震安全評價的計算智能方法進(jìn)行理論和應(yīng)用研究。將群集智能優(yōu)化、徑向基網(wǎng)絡(luò)等新型計算智能方法引入土石壩抗震安全評價領(lǐng)域，為土石壩動力反應(yīng)分析和抗震安全復(fù)核提供新的策略。著重開展了如下三個方面的研究工作： （1）提出了基于群體智能的壩坡最危險滑動面搜索算法，為高土石壩邊坡-地基系統(tǒng)最危險滑動面求解打下基礎(chǔ)； （2）提出了基于徑向基網(wǎng)絡(luò)的高土石壩動力參數(shù)反演分析方法，為有效利用觀測數(shù)據(jù)，更準(zhǔn)確的進(jìn)行動力反應(yīng)分析和抗震安全復(fù)核提供條件； （3）提出了高土石壩動力響應(yīng)預(yù)測的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型和地基液化判別的智能優(yōu)化建模方法，用于土石壩變形預(yù)測和地基液化判別。 2100433B

在高烈度區(qū)的深覆蓋層上修建高土石壩，抗震問題往往是控制因素，由于目前經(jīng)驗較少，需要從理論和實踐兩方面進(jìn)行抗震研究工作。本項目以高土石壩為研究對象，對地震安全評價的計算智能方法進(jìn)行理論和應(yīng)用研究。具體內(nèi)容包括：采用新型全局智能優(yōu)化方法求解地震作用下高土石壩邊坡-地基系統(tǒng)最危險滑動面，用于擬靜力抗震穩(wěn)定分析及震后穩(wěn)定性評價；研究基于徑向基網(wǎng)絡(luò)的高土石壩動力參數(shù)反演分析方法，為有效利用觀測數(shù)據(jù)，更準(zhǔn)確的進(jìn)行動力反應(yīng)分析和抗震安全復(fù)核提供條件；提出高土石壩動力響應(yīng)預(yù)測的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型和地基液化判別的智能優(yōu)化建模方法，用于土石壩永久變形預(yù)測和地基液化判別。本項目將群集智能優(yōu)化、徑向基網(wǎng)絡(luò)等新型計算智能方法引入土石壩抗震安全評價領(lǐng)域，為土石壩動力反應(yīng)分析和抗震安全復(fù)核提供新的策略。

本項目擬分別對加筋黃土試樣在自行改進(jìn)的大三軸剪切儀上進(jìn)行試驗，同時進(jìn)行隨機(jī)地震荷載作用下加筋黃土動三軸試驗，研究加筋黃土的應(yīng)力-應(yīng)變關(guān)系及其強(qiáng)度特性，以獲得較合理的加筋層間距和加筋位置，建立加筋黃土的動、靜本構(gòu)模型及其參數(shù)；通過黃土地基的動、靜模型試驗研究在靜力和地震動力作用下加筋黃土地基中的應(yīng)力、應(yīng)變和破壞變形規(guī)律；在此基礎(chǔ)上，利用彈塑性力學(xué)、斷裂力學(xué)等觀點分析加筋黃土在不同加筋方式下的加筋機(jī)理及其破壞特征。最后，把試驗中獲得的加筋黃土動、靜本構(gòu)模型和參數(shù)引入實際地基工程進(jìn)行動力和靜力有限元分析，研究加筋和未加筋地基在靜力和地震作用下的應(yīng)力和變形規(guī)律，和模型試驗相對比，對加筋黃土的本構(gòu)模型進(jìn)行驗證。本項目的研究成果將為加筋土技術(shù)在黃土地區(qū)的推廣使用將會產(chǎn)生很大的經(jīng)濟(jì)效益和社會效益，同時，能使加筋土技術(shù)能在地震區(qū)得到合理運(yùn)用，具有極其重要的理論意義和現(xiàn)實意義。 2100433B