高土石坝综合抗震措施
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浅析土石坝抗震安全加固技术
民 营 科技２ ０ １ ３ 年第９ 期
科 技 论 坛
浅析土石坝抗 震安全加 固技术
高鹏天 （ 安徽 省利 辛县机电 中心管理站 ， 安徽 利辛 ２ ３ ６ ７ ０ ４ ） 摘 要： 根据 多年来的 实践 工程经验 ， 针对土石坝坝体 实际震 害及具体 条件 ， 采取 经济 、 实用的抗震加 固技术和 工程措施 。土石 坝 抗震加 固主要分为坝体震 害裂缝处理、 渗漏处理、 滑坡处理和液化处理等 内容。以下将介绍几种 目前较 为普遍和行之 有效的抗震加 固
地震导致土石坝坝坡滑塌与坝坡长期受库水 浸泡土体抗剪强 度降低 、 地震时孑 Ｌ 隙水压力激增 、 坝体填筑不密实以及坝坡坡 比等 密切相关。根据坝体具体 『 青 况， 采取合理、 经济 的抗震加 固措施 ， 其 原则是设法减小滑动力与增加抗滑力 ， 提高坝体材料的抗剪动面坝体断面。 坝坡放缓后 ， 坝脚必 地震 时， 对于可能发生液化破坏 的土层和坝基 ， 查 明其分布范 须做好排水设施 。 对存在地震失稳危险的土石坝也可采用水下抛石 围和危害程度 ， 根据工程 的类型和具体实 际情况 ， 采取加 固技术进 水上碾压法来放缓上游坝坡， 以满足坝坡抗震稳定安全要求。处理 行处理。 目前 ， 液化抗震加 固处理技术主要， 置换法 、 振冲加密法 、 时上游 坝坡培坡放缓一般 可采用 比原坝坡透水性大和抗剪强度高 强夯法、 抛石压重 以及其他方法。 的材料 ， 如块石料 、 石渣料及砂砾（ 卵） 石料等。 坝坡水下部分 由于受 ２ ． １ 置换法。置换法的加固思路是将可液化土层挖 除， 采用非液化 库水位的影响 ， 无 干地碾压密实的施工条件时 ， 可采用抛石压脚放 土层进行置换 。改变原有液化土的性质 ， 使其不具备发生液化 的条 缓坝坡 。下游坝坡培土放缓时， 其下部培土也应采用透水性 良好 的 件。当坝体或坝基可能液化土层厚度不大时 ， 可全部挖除回填砂砾 材料 ， 以利于降低下游坝体浸润线 。 在库水位降落时 ， 新增坝体断面 石或石渣料等抗液化性能较好 的材料 ， 并碾压密实。 和原有坝体断面共 同承担原有坝壳 中库水位 降落时产生的渗透水 ２ ． ２ 振 冲加密法 。 振冲法是振动水 冲法的简称 ， 采用振 冲法加固液 压力及地震产生 的超孔隙水压力 ， 起到压重和增大土体抗滑力的作 化砂土层时 ， 利用振冲器使砂土先期振动液化 ， 丧失抗剪强度而压 用， 从而有利于坝坡 的抗震稳定安全。 密， 以提高其密实度。 在振冲器不断振动和射水过程中， 使孔内附近 对于地震产生 的滑坡松散体 ，彻底的处理方法是清除开挖 回 填， 将滑坡部分土体全 部挖 除后 ， 采用抗剪强度高和透水性好的土 石料碾压填筑密实 。如坝体内部有软弱土层 ， 最好将其同时挖除 回 填。开挖 回填后 ， 坝坡坡面及坡脚做好排水设施。 １ ． ２ 压重 固脚。地震时坝体滑坡体底部滑出坝趾以外 ， 可在滑坡段
科 技 论 坛
浅析土石坝抗 震安全加 固技术
高鹏天 （ 安徽 省利 辛县机电 中心管理站 ， 安徽 利辛 ２ ３ ６ ７ ０ ４ ） 摘 要： 根据 多年来的 实践 工程经验 ， 针对土石坝坝体 实际震 害及具体 条件 ， 采取 经济 、 实用的抗震加 固技术和 工程措施 。土石 坝 抗震加 固主要分为坝体震 害裂缝处理、 渗漏处理、 滑坡处理和液化处理等 内容。以下将介绍几种 目前较 为普遍和行之 有效的抗震加 固
地震导致土石坝坝坡滑塌与坝坡长期受库水 浸泡土体抗剪强 度降低 、 地震时孑 Ｌ 隙水压力激增 、 坝体填筑不密实以及坝坡坡 比等 密切相关。根据坝体具体 『 青 况， 采取合理、 经济 的抗震加 固措施 ， 其 原则是设法减小滑动力与增加抗滑力 ， 提高坝体材料的抗剪动面坝体断面。 坝坡放缓后 ， 坝脚必 地震 时， 对于可能发生液化破坏 的土层和坝基 ， 查 明其分布范 须做好排水设施 。 对存在地震失稳危险的土石坝也可采用水下抛石 围和危害程度 ， 根据工程 的类型和具体实 际情况 ， 采取加 固技术进 水上碾压法来放缓上游坝坡， 以满足坝坡抗震稳定安全要求。处理 行处理。 目前 ， 液化抗震加 固处理技术主要， 置换法 、 振冲加密法 、 时上游 坝坡培坡放缓一般 可采用 比原坝坡透水性大和抗剪强度高 强夯法、 抛石压重 以及其他方法。 的材料 ， 如块石料 、 石渣料及砂砾（ 卵） 石料等。 坝坡水下部分 由于受 ２ ． １ 置换法。置换法的加固思路是将可液化土层挖 除， 采用非液化 库水位的影响 ， 无 干地碾压密实的施工条件时 ， 可采用抛石压脚放 土层进行置换 。改变原有液化土的性质 ， 使其不具备发生液化 的条 缓坝坡 。下游坝坡培土放缓时， 其下部培土也应采用透水性 良好 的 件。当坝体或坝基可能液化土层厚度不大时 ， 可全部挖除回填砂砾 材料 ， 以利于降低下游坝体浸润线 。 在库水位降落时 ， 新增坝体断面 石或石渣料等抗液化性能较好 的材料 ， 并碾压密实。 和原有坝体断面共 同承担原有坝壳 中库水位 降落时产生的渗透水 ２ ． ２ 振 冲加密法 。 振冲法是振动水 冲法的简称 ， 采用振 冲法加固液 压力及地震产生 的超孔隙水压力 ， 起到压重和增大土体抗滑力的作 化砂土层时 ， 利用振冲器使砂土先期振动液化 ， 丧失抗剪强度而压 用， 从而有利于坝坡 的抗震稳定安全。 密， 以提高其密实度。 在振冲器不断振动和射水过程中， 使孔内附近 对于地震产生 的滑坡松散体 ，彻底的处理方法是清除开挖 回 填， 将滑坡部分土体全 部挖 除后 ， 采用抗剪强度高和透水性好的土 石料碾压填筑密实 。如坝体内部有软弱土层 ， 最好将其同时挖除 回 填。开挖 回填后 ， 坝坡坡面及坡脚做好排水设施。 １ ． ２ 压重 固脚。地震时坝体滑坡体底部滑出坝趾以外 ， 可在滑坡段
高坝工程抗震措施分析
高坝工程抗震措施分析摘要：高坝工程抗震性能的提高是非常重要的目标，要实现该目标，需要同相关震害资料进行充分结合，对多种类型的高坝抗震薄弱部位进行分析和论证，从不同角度出发对高坝工程抗震效果进行深入探索，并且分析其中存在的问题，提出高坝工程抗震措施。
关键词：高坝工程；抗震措施；抗震薄弱部位高坝工程在多方面发挥着至关重要的作用和功能，主要包括调节径流、供水以及灌溉等，正是因为如此，国内外对其重视程度都在不断提高，并且该工程也取得了长足进步。
随着上世纪三十年代美国胡佛大坝的建成，世界高坝建设进入快速发展阶段。
直到上世纪九十年代，我国成为了世界高坝建设的中心，对国外的筑坝技术进行了全面总结，并且不断开展自主创新，在此条件下，完成一批高度超过200米的高坝工程建设。
一、高坝地址和类型的选择（一）高坝地址选择在高坝地址选择方面有其重要原则，主要是避开活动断层。
当下实行的规范制度对高坝地址的选择进行了明确规定，大坝等主题建筑物不可以建造在活动断层上。
除此之外，高坝地址的选择原则还包括对抗震有利的场地和地基，在有着比较优越地址条件的基岩上进行构建，在最大程度上避开大的软弱结构面[1]。
如果在坝基中存在较为不利的地质条件，需要对其进行有效处理，将其挖除。
对于地震安全来说，高混凝土重力坝静力抗滑稳定是其重要前提，可以为其提供重要保障。
当基岩地质条件存在问题的时候，抗剪断安全系数要达到3.0有着比较大的难度，有时候更低。
在遭受到强烈地震的时候，产生滑动的可能性比较大。
所以，需要在最大程度上避开软弱结构面。
在无法避开的时候，需要对其软弱结构面进行有效处理，为其在遭受强烈地震时不出现滑动事故提供重要保障。
高拱坝抗震安全有其决定因素，主要包括地基和拱座稳定性。
在对拱坝进行布置的时候，对拱座提出了相应要求，需要尽可能避开岩性相差过大，从而避免地震发生的时候有着太大的相位差，进一步增大坝体动应力。
在有必要的时候，可以采取两种措施，分别是对拱座进行加厚和采取深嵌锚固。
浅述高土石坝的地震作用效应及坝坡抗震稳定研究
浅述高土石坝的地震作用效应及坝坡抗震稳定研究作者：刘永欣来源：《装饰装修天地》2016年第06期摘要：高土石坝指的是由石料、土料、混合料等经过碾压抛填等方法筑成的水坝，对于水能资源的利用具有重要意义，但我国的水能资源主要集中在西部强震区，土石坝面临随时可能发生的地震灾害威胁，因此，为防止出现灾难性后果，做好土石坝抗震安全工作非常重要。
本文就国内高土石坝的地震作用效应以及坝坡抗震稳定的现状进行了综合研究。
关键词：高土石坝；地震；坝坡稳定绪论地震灾害作为一种严重的自然灾害，一旦发生便会带来惨重的损失。
我国地域广阔，地震频繁而强烈。
近几十年，已发生过多次灾害性的大地震，像1966年邢台地震，1970年通海地震1975年海城地震，1976年唐山地震等都发生了重大灾害。
尤其是唐山大地震，震级7.8级，死亡24万余人，强震区内几乎一片废墟，灾害之惨重令人触目惊心。
因此，加强地震灾害机理和抗灾措施的研究工作非常重要。
我国水利水电资源丰富，所建水利水电工程规模及数量居世界前列。
土石坝一一尤其是心墙堆石坝能够就地取材而且施工简单，是应用最普遍的一种坝型，约占建坝总数的90%以上。
土石坝的具体优点体现在：1）坝体由土质或沥青混凝土防渗体及若干透水性不同的土料分区所构成，筑坝材料就地取材，可节省大量钢材、水泥、木材等建筑材料；2）适应地基变形能力强，其散粒体结构能较好地适应地基变形；3）施工速度快，工序简单，便于组织大型机械化施工；4）结构简单、造价低廉、运行管理方便、工作可靠，便于维修加高。
总之，土石坝具有对地形、地质条件的适应性强，施工工期短，投资省等优点，在坝型选择中具有明显优势。
但是，在历次地震中，高土石坝因地震而发生滑坡、震陷、裂缝等灾害有很多，如山东王屋、冶源等土坝、北京密云白河土坝、唐山陡河土坝、辽宁石门土坝等。
我国80%的水能资源集中在西部地区。
随着国民经济建设的迅速发展和西部大开发战略的实施；我国西部地区的水电资源优势突显出来。
简要分析深厚覆盖层上高土石坝极限抗震能力
３ ． 大 坝 极 限抗 震 能 力 的 综 合 结 论 来计算振动孔 隙水压力 的产生 ： 利用节点等价 体积和三维节点等价流 我们根据调查 走访 ． 之 后经过研究计 算 ， 暂时得 出了一个大坝 的 量 的概念 ， 结合 Ｂ ｉ ｎ ｔ 固结 理论 ， 不仅 考虑 了孔 隙水压 力的产生 增长 ， 极限抗震 能力的数据 ． 当然 ， 数据是否准确 ． 还有待 国家政府部 门进一 而且考虑 了孔 隙水压力 的消散和扩散 ． 即应用排水有效应力方法 。 步的研究 综合了高土石坝的稳定性 、 变形延展度以及防渗 体巩固度 ， ２ ． 动 力 反 应 分 析 方 法 与极 限抗 震 能 力研 究方 法 再加上地形地理 地貌等 因素 的考虑 ． 我们 初步认为 ， 大坝的极 限抗震 ２ ． １ 抗震安全性分析方法
０． ５ ０ － － － ０． ５ ５ ｇ。
【 关键词 】 高土石坝 ； 极 限抗震 能力； 深厚覆盖层 ； 坝坡稳定性 ； 地震残余 变形
随着世 界经济 的发 展 ． 水 电等 能源的重要性 日渐突 出． 建立大坝 是解决水 电能源供应 以及储备的最佳方案 。土石坝 以其 经济效益高 、 效果显著而受到世界各 国的欢迎 ． 很多大 国都是大力 建造土石坝 由 此． 却引 出了一个 问题 ， 土石坝承受 自然灾害 的效果如何 ． 如果土石坝 无法抵御 自然灾害 ． 那么 ， 由此带来 的损失将是无 可估量 的 ． 不论从建 造大坝所花费 的经济 已经大坝本身所带来的效益都是 巨大的损失 。 其 中． 地震 灾害对土石坝 的威 胁最大 ． 本 文简要分析 了深厚覆 盖层 上高 土石坝抗震能力 ． 希望对各位读者有所帮助
安全 系数 ． 是整体平 均等效 的概念 ． 不反映地 震过程 中安全 度的动态 变化 综合 两种方法分别算 出的安全系数 ． 便可对 坝坡的抗震安全性 性进 行判 断。 ２ ． ２极 限抗震能力研究方法 我国 目前没有 出台针对 高土石坝极 限抗震 能力 的相关标准 ． 世界 上也没有具体 的标准 ． 所以． 针对高土石坝极 限抗震 能力的研究 ， 我们 要从 多方面人手 ． 从 多角度分析 ． 找到决定 高土石坝极 限抗震 能力的 因素 ． 并 且针对这些 因素进行探索 ． 最终就能够得到有效结论 。 本文提 出了几个 研究的方 向 ． 从高土石 坝的稳定性 、 变形延展度 以及 防渗体 １ ． 动 力 反应 分 析 方 法 与 极 限抗 震 能 力 研 究 方 法 中国水科 院曾经开发 出了一种三维真非线性 动力本 构模 型 ． 而土 巩固度 等几个方 面进行进一步 的探讨 。 具体包括 ： 石料 的动力模型就是借鉴的该模型 该模型将土料作为一种黏弹塑性 （ １ ） 从坝坡稳定 的角度分析大坝 的极 限抗震 能力 ： 采用动力法 （ 包 变形材料在进行使用 ． 模型不复杂 ， 就是 由初始加荷 曲线 、 移动的骨干 括 动力时程 线法 和动力等效值 法 １来分析不 同等级 强震作用 下坝坡 曲线和开放 的滞 回圈组成 这种真非线性模型的特点是 ： 研究 可引发溃坝 的坝坡失稳状 态 ， 分析大 坝的极限抗 （ １ ） 与等效线性黏弹性模型相 比， 能够较好地模拟残 余应变 ， 用于 的地震稳定性 ． 动力分析可 以直接计算残余变形 ： 在动力分析 中可 以随时计算切线模 震 能 力 。 ｆ ２ ） 从地震永久 变形的角度 分析大坝 的极 限抗震能力 ： 计 算不 同 量并进行非线性计算 ． 这样得到 的动力响应过程能够更好 地接近实际 等级强震作 用下大坝的地震永 久变形 ， 研究 地震 永久变形与大坝整体 情况 。 分 析大 坝的极 限抗震能力 。 （ ２ ） 与基于 Ｍａ ｓ ｉ ｎ ｇ 准则的非线性模 型相 比， 增加 了初始加荷 曲线 ， 安全 的关 系 ， （ ３ ） 从液 化可能性 、 单元抗震安全性及 防渗体 。 对剪 应力 比超过 屈服剪应力 比时 的剪应力 一 应变关 系 的描述较 为合 安全 的角度分析 大坝 的极 限抗震能力 ： 计算 不同等级强震作用下 理： 滞 回圈是开放 的 ： 考 虑了振动次数和初始 剪应 力比等对变形规律 评判 液化可能性 、 单元动力剪 切破坏 的可 的影 响 堆石坝体及地基 主要采用三维 ８ 结点 ６面体等参 单元来模 大坝的单元抗震 安全系数 ． 分析大坝 的极 限 拟． 在边界 不规则处采用 ６节点 ５ 面体 ３ 棱柱单元来填充 。采用三维 能性及防渗 体的安全性 及其与大坝整体安全 的关系 ， 各 向异性有厚度薄单元来模拟不 同材料 间的接触面特性 。 为 了更合理 抗 震 能力 。 （ ４ ） 综合 分析大 坝的极 限抗 震能 力 ： 基 于上 述计算 结果 ， 综合稳 地进行覆盖层 上高 心墙坝 的地基及坝体 的地震反 应分析 ， 本文采用 了 变形 、 防渗体安全等分析大坝的极 限抗震 能力 。 有效应 力分析方法 计算 中直接利用动孔压 比与动剪应力 比关系 曲线 定 、
高土石坝地震安全评价及抗震设计思考
收稿 日期 ： ００ ０ — ９ ２ １— ２ ０
基 金项 目：国 家 自然科 学 基 金 资 助项 目（ ０ １０ ４ ； 十 一 五 ” 家科 技 支 撑 计 划 资 助 项 目 （０ ９ Ａ ５ Ｂ ２ ； 家重 点 ９８５２ ） “ 国 ２０ Ｂ Ｋ ６ ０ ） 国 基 础研 究 发 展规 划 资 助项 目（ ０７ Ｂ １１３ ２ ０ Ｃ ７４ ０ ） 作 者 简 介 ：陈 生水 （ ９２ ） 男 ， 苏 高 淳 人 ， 授 级 高 级 工 程 师 ， １６ 一 ， 江 教 主要 从事 土 石 坝 工 程 的 科 学 研 究 和 技 术 咨 询 工 作 ．
峰值超 过 ０ ５ 主要震 害是 大坝 产生 了明显 的变 形 ． ． ｇ， 安装在 防 浪墙顶 的变 形标点 瞬 间产生 了 ６ ３ ９ｍ 的沉 ８ ． ｍ
降 ， 于坝顶 河床 中部 大坝 最 大 断 面 ， 位 由于余 震 和 大 坝震 后 应 力 、 变形 重 分 布 ， 后 第 ５天 ， 降量 增 大 到 震 沉
中图分类 号 ： Ｖ ４ ． Ｔ ６ １１
文 献标 志码 ： Ａ
文章编 号 ：１０ — ４ Ｘ（０ １０ 一 ０７ ０ ０ ９ ６０ ２ １ ） ｌ ０ １ — ５
我 国已建 和拟建 的百米 级 以上高 土石 坝近百 座 ， 大 多位 于高地 震烈 度 区 ， 且 这些 高坝 大库一 旦 因地震 失 事 ， 果将是 灾难 性 的 ， 后 因此 对高 土石坝 的地 震安 全应 十分 重视 ．０世纪 ６ ２ ０年代 以前 ， 内外 主要 采用 以地 国
施工时需特别予以关注． 最后 ， 高土石坝 安全评价 和抗震设 计方法提 出了若干建议 ， 对 并特别 指 出， 考虑到地 震
的 随 机 性 和 高 土 石 坝 安 全 的 绝 对 重 要 性 ， 必 要 研 究 高 土 石 坝 的极 限抗 震 能 力 ． 有
基 金项 目：国 家 自然科 学 基 金 资 助项 目（ ０ １０ ４ ； 十 一 五 ” 家科 技 支 撑 计 划 资 助 项 目 （０ ９ Ａ ５ Ｂ ２ ； 家重 点 ９８５２ ） “ 国 ２０ Ｂ Ｋ ６ ０ ） 国 基 础研 究 发 展规 划 资 助项 目（ ０７ Ｂ １１３ ２ ０ Ｃ ７４ ０ ） 作 者 简 介 ：陈 生水 （ ９２ ） 男 ， 苏 高 淳 人 ， 授 级 高 级 工 程 师 ， １６ 一 ， 江 教 主要 从事 土 石 坝 工 程 的 科 学 研 究 和 技 术 咨 询 工 作 ．
峰值超 过 ０ ５ 主要震 害是 大坝 产生 了明显 的变 形 ． ． ｇ， 安装在 防 浪墙顶 的变 形标点 瞬 间产生 了 ６ ３ ９ｍ 的沉 ８ ． ｍ
降 ， 于坝顶 河床 中部 大坝 最 大 断 面 ， 位 由于余 震 和 大 坝震 后 应 力 、 变形 重 分 布 ， 后 第 ５天 ， 降量 增 大 到 震 沉
中图分类 号 ： Ｖ ４ ． Ｔ ６ １１
文 献标 志码 ： Ａ
文章编 号 ：１０ — ４ Ｘ（０ １０ 一 ０７ ０ ０ ９ ６０ ２ １ ） ｌ ０ １ — ５
我 国已建 和拟建 的百米 级 以上高 土石 坝近百 座 ， 大 多位 于高地 震烈 度 区 ， 且 这些 高坝 大库一 旦 因地震 失 事 ， 果将是 灾难 性 的 ， 后 因此 对高 土石坝 的地 震安 全应 十分 重视 ．０世纪 ６ ２ ０年代 以前 ， 内外 主要 采用 以地 国
施工时需特别予以关注． 最后 ， 高土石坝 安全评价 和抗震设 计方法提 出了若干建议 ， 对 并特别 指 出， 考虑到地 震
的 随 机 性 和 高 土 石 坝 安 全 的 绝 对 重 要 性 ， 必 要 研 究 高 土 石 坝 的极 限抗 震 能 力 ． 有
简要分析深厚覆盖层上高土石坝极限抗震能力
１ 概 述 ２ ． ３从液化可能性 、单元抗 震安全性 及防渗体安全 的角度分析 ２ ０ ０ ８年的汶川地震给人们敲醒 了警钟， 对于一些强震区的堤坝 大坝的极限抗震能力： 计算不 同等级强震作用下大坝 的单元抗震安 安 全问题需 要特别的关注 。为 了进一步促进西部 开发， 水 电开发成 全系数， 评判液 化可能性 、 单 元动力剪切 破坏 的可能性及 防渗体 的 分析大坝的极限抗震 能力 。 为我国发展的重要战略方 向， 而我 国的水 电资源百分之八 十都处于 安全性及其 与大坝整体安全 的关系， 西部地区， 因此加强西部地 区的水利建设 是促进我 国经济 发展的重 ３长 河 坝 的 极 限 抗 震 能 力研 究 要 因素， 这也导致近些年来我 国西部地 区水利工程 的逐 渐增多 。在 ３ ． １ 计算条件及输入地震动参数为了研究大坝的极限抗震能力 ， 基岩水平 峰值加速 度为 ０ ． ３ ７ ｇ ） 和校核地震 （ 基岩水 平 这些建造好 的大坝之 中彳 艮 多 的大 坝疏 于高层 大坝， 这些高层大坝 的 在设计 地震（ 覆盖率非常广泛， 同时在 我国的金沙江地 区还存在一 些有名 的大坝 峰值加速度为 ０ ． ４ ４ ｇ ） 下 的地震反应分析的基础上， 又分 别计 算了基 建筑， 这些大坝建筑是我国西部重要 的农业和工业来源。 岩水 平峰值加 速度分别 为 ０ ． ５ ０ 、 ０ ． ５ ５ 、 ０ ． ６ ０ ｇ和 ０ ． ７ ０ ｇ时的大 坝地 截止 目前， 我国的土石坝工程 是世 界上使用范围最广 的工程， 在 震反应情况， 并分别从稳定 、 变形 、 防渗体安全等方面， 对大坝的极限 数量和技术规模 方面都位 于前列， 这主要是和我 国西部地 区有关， 由 抗震能力进行研究和分析。计算 时大坝水位为正常蓄水位 。 于我 国西部地区条件恶劣， 属于地震的多发地带， 因此抗震成 为建 筑 输 入地震加 速度时程 曲线设 计地震 时采用设 计地 震场地 波地 物最基本 的功能， 在技术方面 自然会有所提升 。对于高土石坝来说 ， 震加 速度 时程曲线， 其他工况均采用校核 地震场地波地震 加速度 时 按不同强震等级调整输入加速度峰值 。同时输入 水平向（ 顺 定 的抗震标准是其存在的方式， 然而随着我 国经济 的发展， 对于抗 程曲线， 震 的要求 尚不 明确， 因此在很多 的高层土坝建筑 中， 没有 一定的参考 河向和横河 向１ 和竖向地震， 竖向地震 输入加速度峰值取为水平 向的 数据， 我国在这一 方面也提 出了很多 的方案， 做出 了众 多的研究， 初 ２ ／ ３ 。大坝有限元网格剖分情况 。 ３ ． ２从地震残余变形 的角度 分析大坝 的极 限抗 震能力在动力 反 步形成了一 系列 的方式和方法 。 计算 了不 同等级强震 作用下大 坝的地震 残余 变 在我国的一些水 电大坝 中， 主要是用来发 电的堤 坝 比较多， 而在 应分析 的基础上 ， 堤坝 的上游部 分， 通常有一 个电站， 在下 游部分， 同样 设计 了电站 ， 这 形 。 震陷倾度定义为坝项最大震 陷与最大震陷部位距岸坡距离的 比 种设计主要是为 了防止大坝水流 的破坏 。一般来说， 我国大坝 的高 值， 体现坝顶及心墙沿坝轴线震陷的不均匀性 。作为代表， 给出了输 ． ５ ５ ｇ和为 ０ ． ７ ０ ｇ 时典 型剖 面竖 向变形 度较高 ， 水位 线也较高 ， 在这种 程度上才 能形成更大 的落差， 从而起 入水平峰值加速度 分别为 ０ 到 发 电的 功 效 。 的等值线 图。 根据我国的地震 测评结果 ， 我 国的基岩主要用作大坝 的设计， 而 可见， 当输入基岩峰值加 速度 为 ０ ． ７ ０ ｇ 时， 大坝产生了很大的地 超过五十年的大坝可以通过测试， 而百年 以上 的大坝效率非常低。 震残余变形， 最大震陷达 ２ ５ ４ ｅ ｍ， 为坝高（ 不含覆盖层） 的１ ． ０ ６ ％， 占坝 抗震分析和抗震设计 的不确定 因素很 多， 难 以确 在大坝的整个抗震过程中， 需要对坝体 的动力进行测评， 特别是 高地震残余变形下， 在地震过 程中土体 会发生位移， 这种位移作用 会随着震感 的多少而 保大坝的整体安全性 。结合相关震害 资料 分析， 最 大震 陷超过坝高 发生改变 。通常， 计算机会对整个 的震感进行科学 的分析 和研究 ， 计 的 ０ ． ７ ％ ０ ． ８ ％时可产生 明显震害， 并 可能 导致严 重后果 。综上分析， 算 出符合 安全性能的坝坡的稳定度， 这在 文中叫做动力线法 。如果 从地震 残余变 形 的角 度来看 ，初步认 为，大坝 的极 限抗震 能力 为 ５ ５￣ ０． ６ ０ ｇ。 考虑到地震过程 中的变化问题， 在本文 中也有所 涉及 ， 主要是动力等 ０． 效 的 方法 。 ３ ． ３ 不 同等级 强震作用 下的防渗墙 的安全性 根据地震反应分 析 静动力叠加后防渗墙 最大压应力出现在竖 向， 而最大 拉应 力出 动力时程线法算得 的安全系数是地震过程 中每一时刻（ 瞬时） 的 结果， 安全系数， 反 映了地震 过程 中坝坡抗 滑稳定安全 系数 随时间 的动态 现在 坝轴 向， 且拉 应力范 围较大， 在此重点分析 了坝轴 向的拉 应力 。 变化过程。 而动力等效值法得到 的安全系数是地震作用下坝坡一个 不 同等级强震作用 下， 防渗墙坝轴 向静动力叠 加后拉应力最 大值见 。 总 的安全系数， 是整体平均等效的概念， 不反映地震过程 中安全度 的 表 ４
土石坝的坝基处理土石坝与坝基岸坡及其他建筑物的连接抗震设计
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水平防渗铺盖
尺寸确定:前端最小厚度可取0.5～1.0m，任截面厚度由下式计算确定:
铺盖的长度，主要取决于下卧土层的允许比降，国内已建工程，一般取设计水头的4～6倍，个别工程最大取至11倍水头。
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（五）排水减压措施
当用铺盖防渗时，因其不能有效地拦截渗水，可引起坝下地层渗透变形或沼泽化。因此，采用铺盖防渗或采用其他措施防渗效果较差时，可在下游坝脚或以外处配套设置排水减压措施，如图5-36所示。 1) 排水沟:对双层结构透水地基，可将表层挖穿做成反滤排水暗沟或明沟。 2)减压井:当表层弱透水层太厚或透水层成层性较显著时，宜采用减压井深入强透水层，将渗水导出，经排水沟排向下游。
二、砂砾石坝基处理
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（二）混凝土防渗墙
适用:砂砾石层深度在15～80m，高效经济的。优点:施工进度快，造价较低，防渗效果好。尺寸:厚度由坝高和防渗墙的允许渗透比降、墙体溶蚀速度和施工条件等因素确定.据经验，一般允许比降以80～100为宜，并由最大工作水头除以允许比降校核墙的厚度。从混凝土溶蚀速度考虑，其在渗水作用下带走游离氧化钙而使强度降低，渗透性增加，因此，可按其强度50%的年限审核墙体厚度。从施工和坝高考虑，用冲击钻造孔，1.3m直径钻具最大，一般将墙体厚度控制在0.6～1.3m的范围内。
（一）粘土截水槽明挖回填粘土成截水槽,结构简单、工作可靠、截渗效果好的防渗措施.适用:砂砾土层深度在15m以内。位置:一般设在大坝防渗体的底部（均质坝则多设在靠上游1/3～1/2坝底宽处），横贯整个河床并伸到两岸。尺寸:截水墙的底宽，应按回填土料的允许比降确定（砂壤土取3.0，壤土3.0～5.0，粘土5.0～10.0），一般取5m~10m，最小宽度3.0m。 插入相对不透层的深度应不小于0.5～1.0m
坝基抗震措施方案
坝基抗震措施方案引言在工程建设中，地震是一个不可忽视的自然灾害因素。
针对大坝工程在地震影响下的安全性和稳定性，坝基抗震措施方案的制定显得尤为重要。
本文将介绍坝基抗震措施方案的相关内容。
1. 坝基抗震的背景和意义地震是造成工程损坏的主要因素之一。
对于大坝工程来说，坝基的稳定性和抗震能力是保证大坝工程安全运行的关键因素。
坝基抗震措施的制定和实施，可以有效减小地震对大坝工程的破坏，保障坝体的稳定性，进而减少对周边环境和人民财产的威胁。
2. 坝基抗震措施的基本原则制定坝基抗震措施方案时，需要遵循一些基本原则，以确保有效减小地震对大坝工程的破坏。
以下是一些常用的坝基抗震措施的基本原则：•选择合适的坝址：选择地质稳定性良好的坝址，减小地震对坝基造成的影响。
•坝基加固：采取合适的加固措施，提高坝基的稳定性和抗震能力。
•地震动力监测：建立地震动力监测系统，及时获取地震信息，以便根据实时情况采取相应措施。
•合理设计：在大坝的设计过程中，充分考虑地震荷载的影响，确保工程结构的安全性。
3. 坝基抗震措施的具体内容根据实际情况和地质条件，坝基抗震措施可以采取多种方式进行实施。
下面列举了一些常见的坝基抗震措施：•地基加固：通过加固地基的方法，提高地基的承载力和抗震能力。
例如，采用灌注桩、钢管灌注桩等方式加固地基。
•锚固加固：利用预应力锚杆等方式，加固大坝基础，提高抗震能力。
•硬质防护层：在坝基上覆盖一层硬质材料，如钢板、混凝土等，以增加地基的稳定性和抗震能力。
•减震装置：在坝基和坝体之间设置减震装置，减小地震对大坝的冲击。
•坝基排水系统：良好的排水系统可以有效减少地震时因孔隙水压力造成的坝基损坏。
4. 坝基抗震措施的监测和维护坝基抗震措施的实施必须与监测和维护相结合，以保证其长期有效性。
监测和维护包括以下几个方面：•地震动力监测：建立地震动力监测系统，定期对地震动力参数进行监测和记录，及时发现异常情况。
•监测设备维护：定期检修和维护监测设备，确保其正常工作。
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筋材与堆石 筋材与护面
板采用铰结的方式连接在一起 图 可以看出 这一抗震措施并没增加太多的土方量 然而后面的计
算结果可以发现它所带来的抗震效果却十分显著
计算软件及材料模型参数 采用二维
商用软件 对大坝进行弹塑性动力响应分析 比较采
用抗震措施和不采取任何抗震措施的坝体永久变形 加速度放大倍数等地震响应 从而对所建议的抗震
缓下陡的边坡形式 虽然坝体填筑造价略有增加 但对心墙堆石坝抗震是十分有利的 本文建议的抗
震措施 对减小加筋区域内的地震永久变形有显著作用 使坝顶最大竖向和水平永久位移均可降低近
关键词 高土石坝 抗震措施 验证计算 永久变形
中图分类号
文献标识码
土石坝是最古老的坝型之一 在我国有悠久的建造历史 随着土力学理论及施工技术的进步 土石
坝的建造数量明显上升 其高度也不断增加 目前 我国拟建的两河口水电站和双江口水电站 坝高均
超过了
我国 的水能资源在西部 随着经济建设的迅速发展和西部大开发战略的实施 在我
计算中坝体假定为理想的均质坝 堆石材料采用
弹塑性模型 可比较容易地模拟坝体
地震时发生的塑性剪切变形 堆石的剪切模量考虑压力相关性 即
式中
采用同一量纲 为大气压
堆石的泊松比 取为 其材料参数
表
??
为平均主应力 为模量系数 为模量指数 粘聚力 摩擦角 剪胀角 按表 取值
堆石的材料参数
?
?
?
筋材采用锚索单元来模拟 由于弯曲的影响不很重要 锚索单元足以模拟筋材 筋材与堆石之间 的接触面可根据定义的接触面剪切刚度 抗拉强度和抗剪强度来模拟 筋材及接触面的材料参数见表
某实际高土石坝的抗震措施及数值验证
建议的抗震措施 在下游坝坡 ? 高程处增设马道 马道以上减缓坝面坡度 马道以下适当加大 变陡 坝面坡度 在土方量基本不增加的前提下提高坝顶区两侧坝坡稳定 坝体上部 ? 范围内采用 土工加筋技术 同时坝坡表面加盖护面板 筋材与护面板相连 以便增强土体的整体性和稳定性 进而减 小地震引起的永久变形 防止坝顶区块石松动导致坝坡滑动 提高堆石坝体的整体抗震能力
图 输入实测波时的竖向永久位移
图 输入人工波时的加速度放大倍数
图 输入实测波时的加速度放大倍数
结论
本文总结了近 年来对高土石坝的破坏机理以及抗震措施研究的成果 提出了一种高土石坝的综
合抗震措施 并采用
软件进行了弹塑性动力计算 对比分析了其抗震效果 通过计算及对比分析
得到以下几点结论 本文建议的在坝高 以上 综合运用堆石体中加筋并加盖护面板以及采用上
出 原设计方案 工况 的最大竖向永久位移为
采用抗震措施后 工况 降为
降低幅度
接近
原设计方案 工况 最大水平永久位移为
发生在下游坝坡
高程处 采取抗震措
施后 工况 该点水平永久位移降为
降低幅度为
对比图 和图 可以发现 与仅输
入水平向地震动结果相比 同时输入水平和竖向地震动时 本文抗震措施的减震效果依然明显 采用
以上高坝 地震时 坝体地震反应中高振型参与量增大 坝体上部 一般在坝高 ? 以上 变形增
大 坝顶区的 鞭鞘 效应将使堆石处于不稳定状态 强震时坝顶部往复地震惯性力较大 将会导致坝顶
区堆石体松动 堆石颗粒间咬合力丧失 从而在坝顶上 下游两侧发生堆石体浅层滑动 因此 在高土石
坝抗震设计中应特别注意坝顶区土体的稳定 并采取必要的抗震措施 地震时堆石坝上部坝坡浅层
动和滑落 因此 采用钉结护面板形式 即 由表及里 的加固方法 效果是显著的 若干个插入不同
钉筋长度的模型坝破坏试验表明 插入堆石内的钉筋主要是起护面板与堆石的钉结作用 防止地震时坡
面护面板滑落
高土石坝抗震设计的基本思路 基于上述对地震作用下高土石坝破坏机理的认识 笔者对高土石
坝抗震设计提出几点认识
以下的低坝 在中等地震作用下 其地震反应以第一振型为主 对
滑动是最常见的震害 大量的动力模型试验和数值分析以及地震震害现象也给予了充分印证 因此 对
高土石坝的河谷坝段 可以综合考虑在临界高度以上采用减缓坝坡并设置马道 同时适当加宽坝顶 在
坝顶区用抗剪强度较高的填筑材料等综合抗震措施 也可以选择钉结护面板加固措施 即对坝体上部坝
坡采用加筋 钉结 技术 并加盖护面板 从而增强坝顶区堆石体的整体稳定性 提高堆石坝抗震能力
年月 文章编号
水利学报
第 卷第 期
高土石坝综合抗震措施及其效果的验算
孔宪京 邹德高 邓学晶 刘莹光
大连理工大学 海岸和近海工程国家重点实验室 大连 辽宁
摘要 简要回顾了近十年来高土石坝的破坏机理和抗震措施研究方面的成果 指出地震时高土石坝破坏性态及可
行的抗震对策 提出了一个综合考虑多种减震措施的高土石坝抗震方案 采用快速拉格朗日差分方法对某高土石
效地抑制靠近坝坡顶部表面浅层单元的坍塌
图 实测地震波的时程曲线
图 未采用抗震措施时 工况
高程以上的网格变形
图 采用本文抗震措施后 工况
高程以上的网格变形
为进行定量比较 图 示意 条特征线 图 图 给出它们的地震永久位移 从图中可以看出
采用本文抗震措施后显著地降低了靠近坝顶 范围内坝体的永久位移 从图 和图 可以看
护面板采用梁单元来模拟 其材料为线弹性 计算参数见表
表 筋材及接触面的材料参数
接触面剪切
接触面抗拉
接触面抗剪
?
?
刚度? ?
强度?
强度?
表
??
护面板材料参数
?
?
计算结果分析 通过动力反应分析 比较了采用本文综合抗震措施和原设计方案 不采用抗震措
施 坝体的地震响应 从而考察抗震方案的减震效果 另外 还研究了地震波的频谱特性以及同时输入
大坝都是坝顶的加速度放大倍数最大 输入人工波 加速度峰值为
时分别为 和 实测地
震波 加速度峰值为 作用下分别为 和
但总体上看 本文建议的综合抗震措施对加速度
响应的影响甚微
图 沿特征线 的竖向永久位移
图 沿特征线 的水平永久位移
图 沿特征线 的水平永久位移
图 沿特征线 的水平永久位移
图 输入实测波时的水平永久位移
抗震措施使得 高程以下浅层坝坡的永久位移略有增加 对比图 和图 可以看出 不同频谱
特性的地震动作用下 本文抗震措施降低大坝永久位移的规律没有改变
图 输出永久位移的特征线在坝体中的位置示意
地震作用下坝体最大加速度分布是工程设计关心的问题 图 和图 给出了两种地震波作用下
沿坝中轴线的加速度放大倍数 从图中可以看出 两种地震波作用下 原设计方案和采取了抗震措施的
坝进行了弹塑性动力反应分析 分别研究了采用抗震措施和不采用抗震措施坝体的永久变形 从而考察本文建议
的抗震方案的减震效果 同时研究了地震波的频谱特性以及同时输入水平和竖向地震动对抗震效果的影响 计算
结果显示 采用本文建议的抗震方案可以使坝顶区的竖向和水平永久位移降低接近
当同时输入水平和竖向
地震动时 本文的综合抗震措施减震效果依旧明显
措施的效果进行比对研究
采用的是快速拉格朗日有限差分方法 其基于显示差分法求解运动方
程和动力方程 程序设有界面单元 可以模拟土与结构界面的滑动 张开和闭合行为 并设有锚索和梁
等单元 能很方便地研究加筋筋材与土的相互作用 此外 程序允许输入多种岩土材料类型 用户也可
根据需要在
中创建自己的本构模型 进行各种特殊修正和补充
少 本文简要总结笔者等近年来的一些研究成果 着重从地震时高土石坝地震反应特征 破坏性态
及其抗震对策的角度 提出一种较经济高效的抗震方案 并以某实际高土石坝工程为例 采用
商
用程序 进行计算分析 以比较本文建议的抗震方案的减震效果
地震时高土石坝的破坏性态
笔者等与日本东京大学田村教授合作开展了土石填筑坝 包括土坝 堆石坝和面板坝 地震破坏机 理研究 利用振动台进行了一系列模型试验 研究强震时土石填筑坝破坏性态 主要破坏特征和坝坡稳 定的影响因素及抗震措施 试验结果表明 无论是心墙坝还是面板坝 由于坝体结构对地震波的放 大效应 坝体上部加速度反应往往较大 地震中坝体安全与坝顶区堆石体的稳定关系密切 大坝遭遇强 震而发生破坏时 破坏将首先从坝顶部开始 其主要特征是 动荷载作用下 坝顶部堆石体将最先失去平 衡而产生松动 滑动乃至坍塌等 坝体初始破坏一般表现为坝坡面的浅层 表层 沿平面或近乎平面滑 动 其位置靠近坝顶区附近 心墙堆石坝为上 下游两侧坝面 面板堆石坝则发生在下游坝坡 三维模型 试验还表明 坝体破坏主要集中在中部坝段 即河谷坝段 两岸坝段破坏较轻 因此 在地震区修建高土
宽后 从坝顶附近下游坡面上颗粒滑动到上游面板断裂这一过程的时间也相应延长 滑动 滑落 不致于危及整个坝顶区土体 因此 在地震区修建面板
堆石坝应适当放宽坝顶宽度
加筋土与钉结土技术在高土石坝中的应用 通过 个较大比尺模型 坝高
的试验 研究
土中加筋与边坡钉结 坝面钉结范围 钉筋长度 马道等对提高面板坝抗震能力的效果 得到以下几点结
马道以下
坝坡改为
变坡和增设马道使沿大坝轴向每
米增 加
的土石方量 如果不考虑增设马道
一般 土 石 坝 都 有 马 道 每 米 增 加 土 方 量 不 到
图 加筋端的处理方式示意
图 中的加筋层厚 间距
加筋长度为从潜在滑移面到坝坡表面距离的 倍 沿坝坡表面
设置护面板 可采用混凝土或砌石 混凝土砂浆材料 护面板厚度为
下面以实际工程为例 详细介绍这一综合抗震措施
图 未采用抗震措施的几何模型与
网格
图 抗震措施示意
某心墙堆石坝 坝高
坝底宽
上 下游坝坡皆为
采用直心墙方案 图 是
未采用抗震措施方案的网格划分 图 为对抗震