紫坪铺水利枢纽工程坝前堆积体的地震动态响应及稳定性复核研究

论文摘要

在施工期间，稳定性分析成果表明水库在运行条件下，紫坪铺坝前堆积体在遭遇Ⅶ度地震时稳定性系数仅为1.001～1.005，前缘稳定性系数小于1。为了提高堆积体的安全度，采取了堆碴反压前缘坡体的措施进行治理。汶川地震后，堆积体前缘坡体发生了变形，但整体稳定性良好。由于库岸边坡安全的重要性以及紫坪铺水利枢纽工程所处位置的重要性，我们需要研究该堆积体的地震响应机制，并复核其稳定性。本文以“紫坪铺坝前堆积体”为研究对象，在介绍坡体的工程地质条件的基础上，对震前震后堆积体的变形进行分析；通过FLAC3D软件对地震过程进行动态模拟，并将模拟结果与震后实际监测成果进行对比分析；最后再对堆积体的稳定性进行复核，具体内容及成果如下：（1）地震前，水位计、渗压计和倾斜仪测值稳定,坡体处于稳定状态。5.12汶川地震之后，堆积体灯盏坪前缘发生三处小规模地表崩塌。地震之后，各测斜孔位移均发生了较大变化，最大位移均发生在孔口附近。汶川地震导致堆积体覆盖层界面与基岩产生了错动，错动面以上坡体的变形量随高程的增加而增加。地震导致堆积体产生了一定的变形，但是整体上处于稳定状态。（2）鉴于汶川地震后坡体实际稳定状况与前期研究成果不一致，我们对堆积体的参数进行反分析，计算出合理的C、Φ值提供给数值模拟和稳定性分析。动态数值模拟过程显示，施加动荷载初始阶段,该坡体的地震动力响应较为明显,随着持续的振动,地震响应减弱。坡体没有出现位移突变或剪应变增量集中区贯通等可能失稳的现象。监测点水平加速度在地震初始时刻响应也较为强烈,同时,高高程的监测点的加速度响应比低高程的监测点的响应强烈的多,加速度放大系数明显。高程较高的监测点比低高程的监测点位移值更大,这个说明了地震响应的高程效应。对比分析模拟结果和实测结果发现变化趋势基本一致：无论是天然工况还是施加地震动荷载情况下，测得位移量值都比较接近，模拟值略小于实测值。（3）选取堆积体两个纵剖面进行稳定性复核，运用极限平衡法，综合计算结果分析可知，堆积体经过前缘堆碴反压治理后，在自重状态整个坡体及前缘坡体稳定性均良好。天然加地震工况坡体也处于基本稳定状态。在蓄水状况下，坡体稳定性良好。蓄水状态下加Ⅷ度地震工况，堆积体基本处于稳定状态。蓄水加Ⅸ度地震时，坡体整体稳定性降低，稳定性系数均在1.1以下，坡体处于欠稳定状态。稳定性复核结果表明，坡体在蓄水加Ⅸ度地震工况下处于欠稳定状态，虽然实际情况汶川地震后坡体并没有失稳，但是坡体变形较大，复核结果与实际情况较相符。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 前言
• 1.1 选题依据及研究意义
• 1.2 国内外研究现状
• 1.2.1 堆积体变形破坏机理研究现状
• 1.2.2 堆积体静力稳定性分析方法研究现状
• 1.2.3 堆积体地震动力稳定性分析方法研究现状
• 1.2.4 堆积体变形监测技术研究现状
• 1.3 研究内容与技术路线
• 1.3.1 研究内容
• 1.3.2 技术路线
• 第2章 坝前堆积体的工程地质条件
• 2.1 区域地质背景与地震
• 2.2 地形地貌与工程分区
• 2.3 地层岩性与成因
• 2.4 水文地质条件
• 2.5 岩土体物理力学参数
• 2.6 前期稳定性分析成果与工程处理
• 第3章 强震对堆积体稳定性影响的监测分析
• 3.1 监测仪器布置
• 3.1.1 测斜孔的布置
• 3.1.2 渗压计的布置
• 3.1.3 水位计的布置
• 3.2 震前监测成果分析
• 3.2.1 地表巡视
• 3.2.2 地下水水位变化
• 3.2.3 内部变形
• 3.2.4 蓄水期监测成果与前期成果对比
• 3.3 震后浅表变形破坏特征分析
• 3.3.1 局部崩塌与地表裂缝
• 3.3.2 地表变形破坏特征
• 3.4 震后坡体内部变形特征分析
• 3.4.1 固定测斜仪监测成果
• 3.4.2 倾斜仪监测成果
• 3.5 震后堆积体地下水动态分析
• 3.5.1 水位计观测
• 3.5.2 渗压计观测
• 3.6 小结
• 第4章 强震条件下堆积体动力响应分析
• 4.1 参数反演
• 4.2 计算模型的建立
• 4.2.1 建模思路
• 4.2.2 建立模型
• 4.2.3 参数取值
• 4.2.4 边界条件
• 4.3 初始状态下数值模拟
• 4.3.1 纵 I-I 剖面模拟成果分析
• 4.3.2 纵Ⅱ-Ⅱ剖面模拟成果分析
• 4.4 强震作用下数值模拟
• 4.4.1 动力计算模型相关因素
• 4.4.2 数值模拟结果分析
• 4.5 模拟成果与监测成果对比分析
• 4.6 小结
• 第5章 堆积体震后稳定性复核
• 5.1 堆积体稳定性分析方法
• 5.2 堆积体稳定形迹算
• 5.2.1 计算模型的确定
• 5.2.2 计算工况
• 5.2.3 计算参数
• 5.2.4 参数敏感性分析
• 5.2.5 评价分类标准
• 5.3 堆积体稳定性分析
• 5.3.1 计算结果
• 5.3.2 结果分析
• 5.4 小结
• 结论
• 致谢
• 参考文献
• 攻读学位期间取得学术成果