坝体地震惯性力计算
土石坝拟静力抗震稳定分析的强度折减有限元法
地震惯性力沿坝高的分布； （2）利用非线性有限元 动力反应分析确定的单元节点的绝对加速度反应， 按建议的经验方法直接计算单元各节点的地震惯性 力。将上述计算得到的地震惯性力与土的自重、渗 透作用力及振动孔隙水压力等荷载一齐作用到坝体 上，按照折减强度有限元方法计算坝体的拟静力抗 震安全系数。 针对具体算例进行了计算与分析， 并将 所得到结果与拟静力极限平衡法进行了比较， 给出了 一些有益的结论及建议。
－ 8]
，这种方法无需人为事先
假定破裂面，也无须对于临界滑裂面进行随机搜索 或多次试算等过程。用有限元方法来进行边坡稳定 性计算与分析，具有如下的优点： （1）能够考虑土 体的应力应变特性，例如材料的硬化、软化和渐进 破坏等； （2）适用于具有马道等结构的复杂形状、 具有复杂材料分区或边界条件的土工建筑物稳定分 析； （3）能够了解强度发生恶化时土工结构的渐进 破坏过程等。 基于上述分析，本文将基于折减强度的弹塑性 有限元分析方法应用于土石坝拟静力抗震稳定分 析。地震惯性力的确定使用了两种方法： （1）采用 《水工建筑物抗震设计规范》 建议的方法，计算
f m , q,
3 cos sin sin q
（2）
3 m sin 3c cos 0
式中： m 、q 分别为平均应力和广义剪应力； 为 应力 Lode 角。同时采用非关联流动法则，所选用 的塑性势函数与屈服函数在形式上一致，而差别在 于将式（2）中摩擦角 由剪胀角 代替。当 时，即相当于关联流动法则。 在这种弹塑性有限元方法中，目前已经提出了 各种用于临界失稳评判的标准[7
2
土石坝稳定分析的强度折减弹塑 性有限单元法
将土的抗剪强度参数 c 和 同时折减某一个
情景2 稳定应力计算
二、 荷载组合
（一）、基本荷载： （1）坝体及设备自重 （2）正常蓄水位或设计洪水位时的静
水压力 （3）对应于（2）的扬压力 （4）泥沙压力
（5）相应的浪压力 （6）冰压力 （7）土压力 （8）相应于设计洪水位时的动水压力 （9）其他出现机会较多的荷载
（二）、偶然荷载（频率低，作 用时间短）
（10）校核洪水位 （11）相应的扬压力 （12）相应的浪压力 （13）相应的动水压力 （14）地震荷载 （15）其他出现机会较少的荷载
二、材料力学法计算坝体应力
（一）基本假定 坝体砼为均质，连续各向同性的弹
性材料。 取单宽坝体作为固结在地基上的悬
臂梁计算，且不受两侧坝体的影响。 水平断面上的垂直正应力σy是直
线分布。
计算简图
（二）重力坝边缘应力计算
（1）不计扬压力时边缘正应力计算
（2）计入扬压力时边缘主应力计算
三、应力控制
设计该重力坝。
二、项目计划
（1）荷载有哪些，如何计算？ （2）计算工况如何选择，荷载如何简
化，分项系数如何选取？ （3）重力坝抗滑稳定计算结果包括哪
些内容？ （4）重力坝应力计算包括哪些内容？
三、项目决策
（1）分组讨论荷载类型和计算方法； （2）确定计算工况； （3）表述计算方法和步骤。
四、项目实施
情况采用基本烈度作为设计烈度。
工程抗震设防类别确定：见表2-6。 抗震作用效应的计算方法：见表2-7。
地震作用（荷载）计算
地震惯性力： 公式（2-23）、（2-24）
地震动水压力：公式（2-25）
重力坝荷载计算简图
2 重力坝的荷载组合
一 、作用分类 永久作用 可变作用 偶然作用
承受地震惯性力时坝体土工膜防渗结构的稳定研究
[收稿日期] 53[作者简介] 郭智勇(3),男,甘肃成县人,助理工程师;王艳玲(),女,甘肃武威人,助理工程师;魏 东(),男,新疆石河子人,助教,硕士1承受地震惯性力时坝体土工膜防渗结构的稳定研究郭智勇1,王艳玲1,魏 东2(11新疆伊犁河流域建设管理局,乌鲁木齐 830000;21新疆水利水电学校,乌鲁木齐 830000)[摘 要] 坝体土工膜防渗结构的稳定分析必须考虑地震惯性力,通过分析得出考虑地震惯性力时的抗滑稳定安全系数的表达式,可供设计人员参考。
[关键词] 土工膜;防渗结构;地震惯性力[中图分类号] T V 44 [文献标识码] A [文章编号] 1006-7175(2009)12-1093-02Withstand Seismic Iner ti a Force When the D a m Imper mea bleG eomembrane Study the Sta bility of the Str uctur eG UO Zhi -y ong 1,W ANG Y an -Ling 1,WEI Dong 2(11X injiang Ili River Basin Authority Building ,Urumqi 830000,China ;21H ydro -power Schools inX i njiang ,Urumqi 830000,China )Abstract :I mpermeable geomembrane dam structure seismic stability analysis must take into account iner 2tia force ,thr ough the analysis of i nertial f orce to c onsider at the time of the ear t hquake stability sa fety fac 2tor against sliding of the expression ,a re ference for designers 1K ey w or ds :ge omembrane ;im permeable structure ;earthquake inertia force1 概 述近年来,人们对地震作用下土的动力性质已经有了比较深入的了解,在土石坝地震动力反应计算以及抗震稳定分析方法的研究方面也都获得了较大的进步。
重力坝-第二节
（4）扬压力
4.1 坝底扬压力 包括两部分 ①下游水深引起的浮托力
②由上下游水头差引起的渗透压力
➢ 渗透水压力的实际分布比较复杂：基岩节理、 裂隙分布规律，难于理论计算。
➢ 通常由经验假定：若坝底面未做任何防渗排水处 理，则沿坝底面直线分布，即在坝底面沿程渗流 水头损失相等。
对设计烈度为8、9度的I、II级挡水建筑物， 水平、竖直方向的地震惯性力（YES）， 竖向动水压力（NO）。
地震荷载计算方法: ➢ 拟静力法＋动力法 ➢ 对于地震设防为甲类的工程，采用动力法 ➢ 对于抗震设防为乙、丙类的设计烈度低于8度
且坝高不超过70m的重力坝可采用拟静力法。
8.1 地震惯性力（考试内容）
最高烈度为12度。
地震荷载的大小与建筑物所在地区的烈度有关 基本烈度—某地区今后一定时期内（约100年）
可能遭遇到的最大地震烈度。 设计烈度—抗震设计中实际采用的地震烈度
＝基本烈度（一般） ＋1度（抗震设防类别为甲类）
《水工建筑物抗震设计规范》规定： ①对地震烈度6度以下地区（NO）。 ②一般只考虑危害最大的水平方向地震作用；
6.1 波浪要素计算 ➢ 官厅水库（位于河北）公式
ghp v02
1/3
0.0076v01/12gvD 02
累计频率为p的波高， 如h5% 20-250
1/3.75
gvL02m0.331v01/2.15gvD 02
累计频率波高与平均波高 比值可查教材表1-1得到
如h5%/hm=1.95 可得hm
无防渗排水措施时 坝底扬压力分布
坝基有帷幕和主排 水孔幕、2排副排水 孔幕，并采取抽排， 帷幕后坝基较大范 围的渗透压力得到 更大释放
第二节重力坝的荷载及荷载组合
作用点位于水面以下0.54H1处
水深为y的截面以上单宽地震动水压力的合力 及其作用点深度可查现成图表。
二、荷载组合
1、基本概念 除自重外，作用在重力坝上的荷载和如下特点： 时大时小、时有时无、此出彼没
2、荷载组合 将可能作用在建筑物上的所有荷载按出现的时间(机率) 是否相同进行分组，然后将各组荷载分别作用在所设计的 建筑物上，研究建筑物的稳定和强度，并给以不同的安全 系数。这种分组的方法即为荷载组合。
7.地震荷载: 地震惯性力 动水压力 一般采用拟静力法计算地震荷载 重力坝一般只考虑顺河流方向的水平地震作 用；对设计烈度为8、9度的1、2级重力坝，应 同时计入水平向和竖向地震作用。对高度超过 150米的坝,应进行动力分析。
① 地震惯性力 Fi ahGEi i / g
地震作用的效应折减系数，取0.25; 第 i坝块的坝体重量,kN；
Ll >H>临界深度Hk(Hk =(3-5 )hL)时--浅水波 H<Hk时----破碎波
6、冰压力和冰冻作用
冰压力包括静冰压力和动冰压力。
静冰压力：寒冷地区，水库表面将结冰， 当气温升高时，冰层膨胀，对建筑物产生的 压力。 动冰压力：当冰破碎后，受风和水流的 作用而漂流，当冰块撞击在坝面或闸墩上时 将产生动冰压力。
(4)处理措施
•对坝踵附近的地基进行帷幕灌浆，在帷幕后设 置排水孔。帷幕阻拦渗水，延长渗径，消减水头；
排水孔排除渗透水，降低渗透压力。
•坝体内部，通常在坝体上游面3~5米内提高混凝
土抗渗性，在防渗层后设置排水管。
4 、淤沙压力
s 1 2 2 psk sb hs tan 45 2 2
(2) 特殊荷载组合 特殊一（校核洪水情况）：
坝体稳定计算书
1坝顶高程及护坡计算根据《碾压式土石坝设计规范》（SL274-2001），坝顶高程等于水库静水位与坝顶超高之和，应分别按以下运用条件计算，取其最大值：①正常蓄水位加正常运用条件的坝顶超高；②设计洪水位加正常运用条件的坝顶超高；③校核洪水位加非常运用条件的坝顶超高。
考虑坝前水深、风区长度、坝坡等因素的不同，分别计算安全加固前后主坝及一、二、三副坝的坝顶高程。
计算波浪要素所用的设计风速的取值：正常运用条件下，采用多年平均年最大风速的1.5倍；对于非常运用条件下，采用多年平均年最大风速。
根据水库所处的地理位置，多年平均年最大风速值采用15.2m/s计算。
主坝风区长度为886m，西营副坝风区长度为200m，马尾副坝风区长度为330m 采用公式法进行计算。
1.1坝顶超高计算根据《碾压式土石坝设计规范》SL274—2001，坝顶在水库静水位的超高应按下式计算：y=R+e+A式中：R——最大波浪在坝坡上的爬高（m）；e ——最大风壅水面高度（m）；A——安全超高（m），对于3级土石坝，设计工况时A=0.7m，校核工况时A=0.4m；1.2加固前坝顶超高的计算1.2.1计算参数各大坝计算采用的参数见表1.2.1.1～2。
表1.2.1.1 主坝加固前波浪护坡计算参数表表1.2.1.2 西营副坝加固前波浪护坡计算参数表1.2.2加固前坝顶高程复核各坝坝顶高程计算成果见表1.2.2.1～2表1.2.2.1 主坝加固前坝顶高程计算成果表从表1.2.2.1可以看出，校核工况下主坝坝顶高程最大，所以坝顶高程取17.39m，小于现状防浪墙顶高程17.41~17.63m ，现坝顶高程满足现行规范的要求。
表1.2.2.2 西营副坝加固前坝顶高程计算成果表从表1.2.2.2可以看出，校核工况下西营副坝坝顶高程最大，所以坝顶高程取17.125m，西营副坝现状坝顶高程16.9~17.75m，无防浪墙，现有坝顶高程不完全满足现行规范要求。
重力坝地震惯性力的计算
重力坝地震惯性力的计算
刘德富;李富
【期刊名称】《葛洲坝水电工程学院学报》
【年(卷),期】1992(014)001
【总页数】8页(P76-83)
【作者】刘德富;李富
【作者单位】不详;不详
【正文语种】中文
【中图分类】TV642.3
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5.高桩码头地震惯性力计算 [J], 连竞;宋向群
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坝体地震惯性力计算
坝体地震惯性力计算坝体的地震惯性力是指地震作用下坝体的惯性力。
地震惯性力是由于地震引起的坝体振动而产生的力，它是地震对坝体的作用力。
在地震中，由于坝体具有质量和刚性，会受到地震波的激动而发生振动。
坝体地震惯性力的计算是对坝体结构受地震波作用引起的振动进行分析和计算的过程。
1.地震波特性：地震波的特性包括地震波的频率、振幅和波形等。
这些特性会对坝体的振动特性和地震惯性力的大小产生影响。
2.坝体的振动特性：坝体的振动特性是指坝体的固有频率、振动模态和振动参数等。
这些参数对地震波的响应和地震惯性力的计算都是十分重要的。
3.坝体的质量：坝体的质量是地震惯性力计算中一个重要的参数。
质量越大，地震惯性力也就越大。
4.坝体结构的刚度特性：坝体的刚度特性包括结构的刚性和柔度等。
结构的刚性越大，地震惯性力也就越大。
5.坝体的地震反应：坝体的地震反应是指坝体在地震波作用下的振动反应。
这个反应与坝体自身的振动特性和地震波的特性有关。
根据以上因素，坝体地震惯性力的计算一般可以采用以下步骤：1.确定地震波特性：根据地震波观测数据或地震波预测模型，确定地震波的频率、振幅和波形等特性。
2.坝体振动特性分析：通过振动测试或有限元分析等方法，确定坝体的固有频率、振动模态和振动参数等。
3.地震波与坝体相互作用分析：将地震波的特性和坝体的振动特性输入到地震响应分析软件中，进行地震波与坝体相互作用的计算。
4.地震惯性力计算：根据地震波与坝体相互作用的分析结果，计算坝体上各个部位的地震惯性力。
5.结果分析与评估：对地震惯性力的计算结果进行分析和评估，查看是否满足土木工程设计要求。
需要注意的是，坝体地震惯性力的计算是一个复杂的过程，需要考虑多个因素的综合作用。
在进行地震惯性力计算时，可以借助专门的软件工具，如ANSYS、ABAQUS等进行模拟计算，以提高计算的准确性和可靠性。
同时，为了保证计算结果的正确性，需要对计算过程中的各个假设和偏差进行合理的修正和调整。
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坝体地震惯性力计算
采用拟静力法计算，由《水工建筑物抗震设计规范》知，一般情况下，水工建筑物可只考虑水平向地震作用。
沿水平面的地震惯性力代表值：
g
a G a F i Ei h i ξ= (1) 式中：i F ——作用在质点i 的水平向地震惯性力代表值，KN ；
h a ——水平向设计地震加速度代表值，m/s 2；
ξ——地震作用的效应折减系数；
Ei G ——集中在质点i 的重力作用标准值，KN ；
i a ——质点i 的动态分布系数，由下式计算：
∑=++=n j j E
Ej i i H h G G H h a 14
4
)/(41)/(414.1 (2) 式中：n ——坝体计算质点总数；
H ——坝高，m ；
i h 、j h ——分别为质点i 、j 相对坝基面的高度，m ；
E G ——产生地震惯性力的建筑物总重力作用标准值，KN
由《水工建筑物抗震设计规范,DL5073-2000》知，一般情况下，水工建筑物可只考虑水平向地震作用。
根据设计资料，本设计可取设计烈度等于基本烈度，即为7度，由《水工建筑物抗震设计规范,DL5073-2000》表4.3.1查得：水平向设计地震加速度代表值h a =0.1g ，地震作用的效应折减系数ξ=0.25，则i Ei i a G F 025.0=
关于分块，可以参照下图分成3块，n=3,H=坝高，
第一块：坝顶至1-1剖面为矩形；GE1，h1为第一块矩形形心至坝基面（3-3）的高度。
第二块：1-1剖面至2-2剖面为梯形；GE2, h2为第二块梯形形心至坝基面（3-3）的高度。
第三块：2-2剖面至3-3剖面为梯形；GE3, h3为第三块梯形形心至坝基面（3-3）的高度。
i a ——质点i 的动态分布系数，由下式计算:
43134
114(/)1.414(/)Ej j j E
h H a G h H G =+=+∑
4
2234
114(/)1.414(/)Ej j j E
h H a G h H G =+=+∑
4
3334
114(/)1.414(/)Ej j j E
h H a G h H G =+=+∑。