地震作用下高土石坝的弹塑性分析

　第３９卷第１１期　２０１６年１１月

合肥工业大学学报（自然科学版）

ＪＯＵＲＮＡＬＯＦＨＥＦＥＩＵＮＩＶＥＲＳＩＴＹＯＦＴＥＣＨＮＯＬＯＧＹ（ＮａｔｕｒａｌＳｃｉｅｎｃｅ）

Ｖｏｌ．３９Ｎｏ．１１　Ｎｏｖ．２０１６　

收稿日期：２０１６‐０４‐０７；修回日期：２０１６‐１０‐１０基金项目：国家自然科学基金资助项目（５１４０９０７６）；安徽省自然科学基金资助项目（１４０８０８５ＱＥ８９）

作者简介：朱亚林（１９７９－），女，安徽庐江人，博士，合肥工业大学副教授，硕士生导师．

ＤＯＩ：１０．３９６９／ｊ．ｉｓｓｎ．１００３‐５０６０．２０１６．１１．０１７

地震作用下高土石坝的弹塑性分析

朱亚林，　马　驰，　李端洲，　彭雪峰

（合肥工业大学土木与水利工程学院，安徽合肥　２３０００９）

摘　要：文章利用快速拉格朗日分析（ｆａｓｔＬａｇｒａｎｇｉａｎａｎａｌｙｓｉｓｏｆｃｏｎｔｉｎｕａ，ＦＬＡＣ）商用软件，应用动力弹塑性分析方法对高土石坝进行大变形分析，讨论了地震作用下坝顶的塑性剪应变的变化过程、坝坡的位移时程变化、坝体永久位移变化，研究了地震作用下高土石坝的破坏性态，为大坝的抗震安全措施提供理论依据。关键词：高土石坝；永久变形；弹塑性

中图分类号：ＴＶ６４１．１ 文献标识码：Ａ 文章编号：１００３‐５０６０（２０１６）１１‐１５２０‐０５

Ｅｌａｓｔｏ‐ｐｌａｓｔｉｃａｎａｌｙｓｉｓｏｆｈｉｇｈｅａｒｔｈ‐ｒｏｃｋｆｉｌｌｄａｍｕｎｄｅｒｅａｒｔｈｑｕａｋｅ

ＺＨＵＹａｌｉｎ，　ＭＡＣｈｉ，　ＬＩＤｕａｎｚｈｏｕ，　ＰＥＮＧＸｕｅｆｅｎｇ

（ＳｃｈｏｏｌｏｆＣｉｖｉｌａｎｄＨｙｄｒａｕｌｉｃＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，ＨｅｆｅｉＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙｏｆＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，Ｈｅｆｅｉ２３０００９，Ｃｈｉｎａ）

Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｔｈｅｌａｒｇｅｄｅｆｏｒｍａｔｉｏｎａｎａｌｙｓｉｓｏｆｈｉｇｈｅａｒｔｈ‐ｒｏｃｋｆｉｌｌｄａｍｓｕｂｊｅｃｔｅｄｔｏｅａｒｔｈｑｕａｋｅｉｓｐｒｅｓｅｎｔｅｄｂｙｕ‐ｓｉｎｇｔｈｅｄｙｎａｍｉｃｅｌａｓｔｏ‐ｐｌａｓｔｉｃａｎａｌｙｓｉｓｍｅｔｈｏｄｗｉｔｈｆａｓｔＬａｇｒａｎｇｉａｎａｎａｌｙｓｉｓｏｆｃｏｎｔｉｎｕａ（ＦＬＡＣ）ｃｏｍｍｅｒｃｉａｌｓｏｆｔｗａｒｅ．Ｔｈｅｃｈａｎｇｅｏｆｐｌａｓｔｉｃｓｈｅａｒｓｔｒａｉｎｏｆｄａｍｃｒｅｓｔ，ｔｈｅｔｉｍｅ‐ｈｉｓｔｏｒｙｃｈａｎｇｅｏｆｔｈｅｄｉｓｐｌａｃｅｍｅｎｔｏｆｄａｍｓｌｏｐｅａｎｄｔｈｅｃｈａｎｇｅｏｆｐｅｒｍａｎｅｎｔｄｉｓｐｌａｃｅｍｅｎｔｏｆｄａｍｂｏｄｙｄｕｒｉｎｇｅａｒｔｈｑｕａｋｅａｒｅｒｅｓｅａｒｃｈｅｄ．Ａｎｄｔｈｅｄａｍ‐ａｇｅｐｒｏｐｅｒｔｉｅｓｏｆｈｉｇｈｅａｒｔｈ‐ｒｏｃｋｆｉｌｌｄａｍｕｎｄｅｒｅａｒｔｈｑｕａｋｅａｒｅｓｔｕｄｉｅｄ．Ｔｈｅｃｏｎｃｌｕｓｉｏｎｃａｎｐｒｏｖｉｄｅａｔｈｅｏｒｅｔｉ‐ｃａｌｂａｓｉｓｆｏｒｔｈｅｃｈｏｉｃｅｏｆｔｈｅｃｏｒｒｅｓｐｏｎｄｉｎｇａｎｔｉ‐ｓｅｉｓｍｉｃｍｅａｓｕｒｅｓ．Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：ｈｉｇｈｅａｒｔｈ‐ｒｏｃｋｆｉｌｌｄａｍ；ｐｅｒｍａｎｅｎｔｄｅｆｏｒｍａｔｉｏｎ；ｅｌａｓｔｏ‐ｐｌａｓｔｉｃ 我国西部地区一般位于高烈度地震活动范围内，河谷条件、地质条件和环境条件极度复杂，并且地震强度和发震频率都很高，因此，在西部地区修建大坝水库工程，大坝的抗震安全问题是不容忽视的，特别是对于高土石坝工程，抗震安全问题应作为大坝工程的重点技术问题进行深入研究，并给予稳妥的解决

［１‐４］

。

近年来，有限元、边界元以及离散元等各种数

值方法在岩土工程中都有了较大的发展和广泛的应用，然而，这些数值分析方法在理论和采用的算法上都有着各自的局限性。而近年发展起来的快速拉格朗日分析（ｆａｓｔＬａｇｒａｎｇｉａｎａｎａｌｙｓｉｓｏｆ

ｃｏｎｔｉｎｕａ，ＦＬＡＣ），则是在吸收上述方法的优点和

克服其缺点的基础上形成的一种新型数值方法。ＦＬＡＣ在动力计算中采用完全非线性弹塑性分析方法，可以遵循任意指定的非线性本构模型，还可

以直接计算永久变形，并通过采用合理的塑性方程，使得塑性应变增量与应力相联系

［５‐６］

。

本文利用ＦＬＡＣ商用软件，应用动力弹塑性分析方法，对地震时高土石坝的反应特性进行了系统研究，着重讨论了地震时坝顶的塑性应变变化过程、坝体的永久变形以及坝体网格变形情况，以此研究地震时高土石坝的破坏机理和破坏性态，从而能更好对地震作用下高土石坝的抗震安全进行评价，为合理的抗震措施提供理论依据。

１　计算方法和计算参数

Ｍｏｈｒ‐Ｃｏｕｌｏｍｂ（Ｍ‐Ｃ）弹塑性模型是描述剪

切破坏类材料力学行为的经典模型，该模型具有参数少、工程实例多等特点，ＦＬＡＣ商用软件算例

万方数据