基于动力有限元法的土石坝地震响应及稳定性分析
有限元分析在地震工程中的应用与抗震设计研究
有限元分析在地震工程中的应用与抗震设计研究地震是一种自然灾害，对工程建筑物的安全性和稳定性带来巨大威胁。
为了能够准确评估结构的抗震能力并有效地进行抗震设计，有限元分析技术成为地震工程领域中一种重要的数值分析方法。
本文将探讨有限元分析在地震工程中的应用以及其在抗震设计研究中的重要性。
1. 有限元分析在地震工程中的应用有限元分析是一种基于物理力学原理的数学模型，通过将大型结构划分为许多小的元素，结合相关的力学方程和材料特性，模拟和计算结构在地震作用下的响应。
它能够模拟结构在地震中的变形、应力和振动等重要参数，从而提供对结构性能的准确评估。
1.1 结构响应分析有限元分析可以对建筑结构在地震作用下的整体响应进行预测。
通过对结构的节点和单元进行建模，计算结构的位移、速度、加速度和应力等参数。
这使得工程师能够全面了解结构的非线性行为，发现潜在的破坏模式，并及时采取相应的优化措施。
1.2 地基动力响应分析除了建筑物本身的响应外，有限元分析还可以模拟地基在地震作用下的动态响应。
地基的动力行为对建筑物的抗震性能起着重要作用，因此对地基的动力特性进行准确预测和分析至关重要。
有限元分析能够模拟地基的振动、土体动力学特性等，为结构的抗震设计提供基础。
2. 有限元分析在地震工程抗震设计中的重要性有限元分析在地震工程抗震设计中具有重要的应用价值。
它能够评估结构的强度、刚度和耗能能力，并帮助工程师准确判断结构的抗震性能。
2.1 结构优化设计有限元分析技术可以帮助工程师对结构进行精确的刚度和强度分析。
通过改变结构的几何形状、材料参数和支座条件等，优化结构的固有频率和动力特性，提高结构的抗震能力。
有限元分析能够模拟不同设计方案的效果，并确定最佳的设计方案。
2.2 应力分布与破坏模式有限元分析能够模拟结构在地震作用下的应力分布和破坏模式，帮助工程师了解结构在地震中可能出现的破坏形式。
通过对结构的应力分布进行分析，可以对结构进行定位加固或修复，提高结构的抗震能力。
基于有限元分析的建筑结构抗震性能评估
基于有限元分析的建筑结构抗震性能评估建筑结构的抗震性能评估是设计和改善建筑物的地震安全性的重要手段。
其中，有限元分析作为一种常用的数值模拟方法，可以提供建筑结构在地震作用下的动力响应，并对结构的性能进行评估。
本文将重点介绍基于有限元分析的建筑结构抗震性能评估的原理和方法。
一、有限元分析简介有限元分析是一种基于数值计算的工程分析方法，通过将结构分割为有限数量的单元，对每个单元进行力学分析，并考虑单元之间的接触和相互作用，以获得结构的整体性能。
有限元分析可以模拟各种复杂的结构形态和加载条件，对结构的应力、应变、位移等参数进行准确计算。
二、建筑结构抗震性能评估的原理基于有限元分析的建筑结构抗震性能评估主要包括以下几个步骤：建立有限元模型、确定地震动输入、施加边界条件、进行动力时程分析、计算结构的响应参数、评估结构的抗震性能。
1. 建立有限元模型：建立精确的有限元模型是基于有限元分析的建筑结构抗震性能评估的前提。
模型应包括建筑物的几何尺寸、材料性质和连接方式等信息，并考虑地基效应和各个构件之间的相互作用。
2. 确定地震动输入：地震动是进行抗震性能评估的重要输入参数，应考虑地震活动区的地震参数和建筑结构所面临的设计地震动参数，如加速度、速度和位移等参数。
3. 施加边界条件：施加边界条件是指限制模型的自由度，模拟结构在动力荷载下的固有约束条件。
边界条件的选择应根据实际建筑结构进行合理确定。
4. 进行动力时程分析：动力时程分析是指将地震动作为外力施加到有限元模型上，通过求解结构的运动方程，得到结构的响应。
5. 计算结构的响应参数：在动力时程分析过程中，可以计算结构的位移、加速度、应力、应变等响应参数。
这些参数可以用来反映结构在地震作用下的性能。
6. 评估结构的抗震性能：根据结构的响应参数，可以通过对比设计要求或抗震规范中对于结构性能的要求，评估结构的抗震性能，并进行相应的结构改善和优化。
评估结果可用于指导结构设计和抗震改造。
水利工程中土石坝抗震稳定性计算方法研究
水利工程中土石坝抗震稳定性计算方法研究引言：水利工程中的土石坝在面临地震时需具备良好的抗震稳定性，以确保大坝的安全运行。
因此，研究土石坝的抗震稳定性计算方法显得非常重要。
本文将探讨水利工程中土石坝抗震稳定性计算方法的研究现状、方法和关键要素，并提出一种综合计算方法以提高土石坝的抗震能力。
1. 研究现状当前，对于土石坝抗震稳定性的研究主要集中在以下几个方面：（1）动态地震响应分析：通过数值模拟和试验，研究土石坝在地震作用下的动态响应特性，如应力、位移等。
这种方法可以直观地揭示土石坝的抗震响应规律，为抗震设计提供参考。
（2）强震动台试验：利用震动台模拟真实的地震情况，对土石坝在不同震等下的抗震行为进行试验研究。
这种方法可以验证数值模拟结果的准确性，并为土石坝的设计提供实验依据。
（3）监测与实测研究：通过对已建土石坝的地震监测和实测研究，获取实际工程的抗震性能数据，并与设计值进行对比分析。
这种方法对于评价设计方法的合理性和先进性具有重要意义。
2. 抗震稳定性计算方法为了保证土石坝在地震作用下的稳定性，需要进行合理的抗震计算。
常用的抗震稳定性计算方法包括静力分析法和动力分析法。
（1）静力分析法：该方法通过静力平衡方程和土石物理力学参数的分析，计算土石坝在地震力作用下的稳定性，包括重力稳定性和抗滑稳定性等。
静力分析法的优点是简单易行，但无法考虑土石动力响应。
（2）动力分析法：该方法基于土石坝的动力特性进行计算，分析土石坝在地震作用下的动力响应和稳定性。
常用的动力分析方法包括等效静力法、地震反应谱法和有限元方法等。
动力分析法的优点是能够考虑土石的动力相互作用，但需要较为复杂的数学模型和计算。
3. 关键要素在进行土石坝抗震稳定性计算时，需要考虑以下关键要素：（1）土石物理力学参数：土石坝的抗震稳定性计算需要准确确定土石的物理力学参数，如弹性模量、泊松比、摩擦角等。
这些参数直接影响土石的力学响应和稳定性。
（2）地震力参数：对于土石坝的抗震计算，需要准确估计地震力的强度和动态特性。
土石坝地震应变分析与坝料动力参数反演
土石坝地震应变分析与坝料动力参数反演土石坝是当今坝工建设中使用最多的一种坝型。
我国已建和在建的高土石坝大多位于地震高烈度区。
随着西部大开发战略的实施和西电东送工程的推进,在我国西南和西北还将兴建一批高土石坝。
但这些高土石坝所在的西南和西北地区的坝址区域地震强度高、活动频繁,地震设防动参数高,一旦因地震而失事,将造成灾难性的后果。
目前土石坝的抗震研究还落后于工程实践。
其抗震分析基本上还停留在20世纪70年代提出的等价线性化方法上,这种方法在非线性程度不高的情况下,对地震加速度和剪应力的预测能取得较好的效果。
目前,由于实际遭受过地震作用的现代碾压土石坝很少,缺乏强震区高土石坝的地震反应记录和实际震害资料；再加上坝料大应变非线性动力本构模型及其求解方法的理论研究尚未成熟,使得目前通过理论分析和数值计算得到高土石坝地震动力破坏响应与破坏模式的难度很大,难以理清高土石坝的地震破坏过程与机理。
从而无法对地震作用下高土石坝的抗震安全性进行准确评价,严重影响了高土石坝抗震设计的可靠性、经济性和科学性。
针对以上土石坝抗震研究中亟待解决的关键问题,本文开展了心墙堆石坝振动台试验、紫坪铺面板堆石坝在汶川地震中的残余应变分析和土石坝坝料动力参数反演等研究工作。
其主要研究内容和结论如下：(1)鉴于土石料等散粒体材料应变测量的困难性,尝试发展了数字图像应变测量技术。
把有限元数据平滑方法引入到数字图像应变测量中,开发了一套适合于土工试验模型应变测量计算的程序,并通过数字散斑图和三点弯曲梁实验进行了验证,显示该方法显著提高了应变的计算精度。
将其应用到心墙堆石坝振动台模型试验的应变测量中,获得了模型坝的位移场和应变场分布规律,探讨了模型坝的地震破坏机理,初步研究表明破坏过程大致分三个阶段,即整体变形阶段、坝坡滑移变形阶段和破坏阶段,其中第二个阶段的标志是坝体由整体运动转为沿上下游坝坡分别向两侧滑动。
同时表明空库状态下的破坏模式是上、下游坝坡的浅层滑塌破坏,满库状态下是坝体上部上游侧的变形破坏。
地震作用下土石坝抗震稳定的谱元分析
ｌ 土石坝抗震稳定性分析的重要性
土 石 坝 是 应 用 很 广 的一 种 坝 型 ，在 我 国广 泛 用 作 水 库
关键 词：土石坝 ；抗 震稳 定；谱元法
Ｄ Ｉ １ ．９ ９ Ｊｉ ｎ１ ７ —６ ９ ．０１ ．４ ０ Ｏ ： ３ ６ ／ ．ｓ．６ １ ５ ６２ ０ ． １ ｏ ｓ １ ０
Ｓ ｅ ｔａ ｅ ｅ ｐ ｃｒｌ Ｅｌ ｍ ｎｔ Ａｎａｙ ｉ ｆＳ ｉｍ ｉ ｔ ｂ ｌ ｙ ｏ ｒ ｈ－ ｏ ｋ Ｄａ ｕ ｄ ｒ Ｓ ｉｍ ｉ ｔｏ ｌ ｓｓｏ ｅ ｓ ｃ Ｓ ａ ｉ ｔ ｆ ｉ Ｅａ ｔ ｒ ｃ ｍ ｎ ｅ ｅ ｓ ｃＡｃ ｉ ｎ Ｗ ＡＮ Ｇ Ｙｕ
特别 是中等 高度 以下的土石坝 ，数量 更多，并且有些
已有 悠 久 的历 史 。它 们 在 灌 溉 农 田 、 水利 发 电 、 洪 水 控 制 等 方 面 发 挥 着 重 要 的作 用 。 新建 或拟 建 土 石坝 ， 有 一 些 位
于 地 震 易 发 生 区 ，在 地 震 力 作用 卜， 坝 体 会产 生 裂 缝 和 坍
基础上 的滑 动稳 定计算和变形计算 。我 国也对建在高 烈度 区
的土 石 坝进 行 了 动 力 分 析 ，用 来 研 究 使 用 拟 静 力 方 法 无法 得 出 的坝 体 和 坝 基 内的 动 应 力 分 布 及地 震 引起 的坝 体 变 形 。 然 而 ， 虽 然 地 震 动 力 作 用 下 土 石 坝 的动 力 反应 计 算方 法 有 了 很 大 的 发 展 ， 但 计 算 地 震 动 力 作 用 下坝 体 边 坡 的 稳 定 性
基于静动力有限元的边坡抗震稳定分析方法
第31卷第7期 岩 土 力 学 V ol.31 No.7 2010年7月 Rock and Soil Mechanics Jul. 2010收稿日期：2009-07-02基金项目：中国博士后科学基金资助项目（No. 20080431343）；金陵科技学院科研基金资助项目（No. jit-n-2009-014，No. jit-b-200905）。
第一作者简介：周桂云，女，1980年生，博士，讲师，主要从事边坡稳定、滑坡涌浪分析方面研究。
E-mail: guiyunzhouhhu@文章编号：1000－7598 (2010) 07－2303－06基于静动力有限元的边坡抗震稳定分析方法周桂云1, 2，李同春3（1.金陵科技学院 建筑工程学院，南京 211169；2.中国人民解放军理工大学 工程兵工程学院，南京 210007；3.河海大学 水利水电工程学院，南京 210098）摘 要：由人工截断边界输入地震波，通过时程积分法确定地震荷载作用下边坡的应力和变形，在人工截断边界上采用黏-弹性人工边界条件模拟地基辐射阻尼的影响。
采用有限元强度折减法求解边坡稳定安全系数，以塑性区贯通时刻特征点的位移突变作为边坡失稳的评判标准。
非线性有限元和黏-弹性人工边界条件结合运用，建立了基于静动力有限元的边坡抗震稳定分析方法。
该方法在稳定安全系数的定义上和传统的刚体极限平衡法是一致的。
以十里铺水电站为工程实例，分析了库区边坡的抗震稳定性，得出了边坡动力位移时程和动力稳定安全系数，计算结果合理评价了实际工程在地震荷载下的稳定性。
关 键 词：地震；静动力有限元；边坡稳定；黏-弹性人工边界；有限元强度折减法；安全系数；十里铺水电站 中图分类号：TU 352 文献标识码：ASlope aseismic stability analysis method basedon static and dynamic finite elementsZHOU Gui-yun 1, 2, LI Tong-chun 3(1. College of Civil Engineering and Architecture, Jinling Institute of Technology, Nanjing 211169, China; 2.Engineering Institute of Engineering Corps, PLA University of Science and Technology, Nanjing 210007, China;3.College of Water Conservancy and Hydropower Engineering, Hohai University, Nanjing 210098, China)Abstract: The seismic wave is input through artificial truncated boundaries, and the stress and deformation of the slope induced by seismic loading are determined by time-integration method. The effect of foundation radiation damping is simulated by adopting viscoelastic artificial boundaries condition on artificial truncated boundaries. Safety factor of slope stability is solved by finite elements strength reduction method. The displacement saltation of feature points when the connection of plastic zone occurs is considered as an instability criterion of the slope. The slope aseismic stability analysis method based on static and dynamic finite elements is put forward through combining the dynamic finite element method with the viscoelastic artificial boundaries conditions. On the definition of safety factor, the method is consistent with the traditional grid limit equilibrium method. Finally, taking Shilipu Hydropower Station for example, the slope dynamic stability of the reservoir slope is analyzed; and the time history of the slope dynamic displacements and the safety factor of dynamic stability are obtained. The calculation results agree very well with geological survey and are close to the actual situation, so as to indicate that the method can be used to evaluate dynamic stability of the practical engineering.Key words: seismic; static and dynamic finite element; slope stability; viscoelastic artificial boundaries; strength reduction dynamic finite element method; safety factor; Shilipu Hydropower Station1 前 言地震动力作用下的边坡稳定分析是岩土动力学研究的主要内容之一，涉及地震工程、土动力学、结构抗震、地质工程等诸多学科。
(完整版)专题3.5 土石坝边坡动力稳定性方法研究
(完整版)专题3.5 土石坝边坡动力稳定性方法研究专题3。
5 土石坝边坡动力稳定性方法研究一、研究目标目前，地震作用下的边坡稳定安全系数的计算大多采用拟静力法和有限单元法。
拟静力法无法反映坝在地震时的反应特性。
我国《水工建筑物抗震设计规范SL203—97》吸收了用剪切梁法对土石坝进行动力分析的成果，并进行了改进，引入地震加速度分布系数。
然而，所拟定的不同高度加速度分布与实际情况差异较大，更不能真实反映不同高程和不同部位坝体地震加速度的位相差异。
基于有限单元法的动力分析得到的坝坡动力抗滑稳定安全系数是时间的函数，考虑到冲击荷载作用下，边坡在瞬间进入失稳状态并不一定使边坡彻底破坏。
因此，选用整个地震历时中的最小安全系数评价边坡的地震稳定性过于保守。
所以，有必要开展能够考虑地震动震动频率、次数和地震持续时间等特性以及坝身材料的动力性质和阻尼性质等的土石坝边坡动力稳定性的方法研究.本专题的研究目标是,提出合理的土石坝坝坡稳定性分析方法。
二、研究内容1 在有限元理论分析的基础上，建立土石坝边坡动力有限元稳定时程分析方法.2 研究边坡动力稳定安全评价指标.3 土石坝边坡动力有限元稳定性分析。
4 土石坝边坡动力稳定抗震措施研究。
三、研究思路:动力抗滑稳定性分析在静力计算和动力计算的基础上进行，静力计算得到各单元的静应力，动力计算得到各单元的动应力。
计算出各单元的滑面上的正应力和剪应力。
分析时给出圆心坐标和半径可能所在的范围,然后,在每一时刻对这三个因素分别采用0。
618 优选法求出各时刻的最危险滑弧的位置和相应的最小安全系数。
在动力反应分析时，采用跨大步迭代法。
由于在一个大步中，单元剪应变是不断变化的，无法与计算开始时假定的剪应变相比较，为此,需要假定一个等价的不变的剪应变来代替这一变化的过程。
设边坡在静力作用下的安全系数为Fs ，由于地震的作用,安全系数随震动过程而波动,其最小的安全系数为Fmin 。
由于在地震过程中，动剪应力是不断变化的， F s 和Fmin对应的可能不是同一条滑弧。
地震作用下土石坝抗震稳定的谱元分析
地震作用下土石坝抗震稳定的谱元分析
王瑜
【期刊名称】《中国西部科技》
【年(卷),期】2011(010)004
【摘要】地震作用下土石坝抗震稳定性研究是一项涉及地震工程、结构抗震、地质工程、岩体力学等诸多学科的综合课题.谱元法是计算流体力学中一类特殊的方法,它把有限元法和谱方法相结合,兼具了有限元的处理边界和结构的灵活性和谱方法的快速收敛特性,同时极大地减少了计算时间和内存需求.
【总页数】2页(P20-21)
【作者】王瑜
【作者单位】同济大学土木工程学院水利工程系,上海,200092
【正文语种】中文
【相关文献】
1.基于强度折减有限元法的土石坝抗震稳定分析 [J], 严新军;欧阳君;宫经伟;侍克斌;徐千军
2.随机地震作用下土石坝边坡的稳定性分析 [J], 邵龙潭;唐洪祥;孔宪京;韩国城
3.水位骤变下土石坝非稳定渗流及稳定分析 [J], 李子阳;马福恒;张湛;胡江;张磊
4.地震作用下土工格栅加筋高土石坝的稳定性分析 [J], 马驰; 朱亚林; 彭雪峰
5.土石坝拟静力抗震稳定分析的强度折减有限元法 [J], 李湛;栾茂田
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土石坝拟静力抗震稳定分析的强度折减有限元法
Abstract: An analysis procedure based on shear strength reduction finite element method for pseudo-static seismic stability calculation of earth and rockfill dam (ERFD) is presented. In the proposed procedure, two methods are proposed to determine the seism-induced inertia force: (1) the inertia forces are computed with the same method adopted in the pseudo-static limit equilibrium slices method; (2) with the absolute acceleration response of element nodes obtained from the finite element dynamic response analysis of the dam, the inertia forces corresponding to the node acceleration are computed with the proposed empirical method. With the inertia forces achieved above, the self-gravity, and/or the forces corresponding to the seepage force or dynamic pore water pressure, the elastoplastic finite element analysis is conducted to achieve the pseudo-static factor of safety of the dam by reducing the effective shear strength parameters of soil until the limit equilibrium is reached. Finally, numerical computations are conducted to illustrate the proposed analysis method; and the results are compared with those obtained from the pseudo-static limit equilibrium method. It is concluded that the utilization of the finite element method for aseismic stability analysis of ERFD is feasible. Key words: earth and rockfill dams; pseudo-static seismic stability analysis; strength reduction finite element method; elastoplastic finite element analysis
地震作用下大坝动力反应三维有限元模拟
，、 覃 Ｌ 髓 叨Ｒ ｎ
三 维 模 型 分 析 大 坝 的抗 震 特 性 则 较少 。
本 文 试 着 建 立 大 坝 的 三 维 有 限元 模 型 ，
（ 第 ３阶 振 型 ｃ ）
（） ４阶振 型 ｄ第
研 究 地 震 作 用 下 大 坝 的 动力 响应 ， 讨 探 地 震 作 用 下 大 坝 ３个 方 向 的应 变 时 程
ｌ 。
烈 采 用 了如 图 ２所 示 的 Ｔ ｎ地 震 波 。 ａ 为 反 映应 变随 时 问 的变 化 趋 势 ， 特 绘 制 应 变 时 程 图 ． 中 图 ３ 图 ４和 图 ５ 其 、
时 间／ ｓ
图 ３ ×方 向应 变 时程 图 （ 第３ 转 ６页 ）
２ ＿ 力坝 动 力 计 算 结果 ３重
收 稿 日期 ：０ ０ ０ － ６ ２ １— ７ ０
作 者简 介 ： 荣 伟 ， ， 族 ， 家庄 市水 利 水 电 工程 处 ， 理 工 程 师 。 张 女 汉 石 助
陈 晓 东 ， ， 族 ， 家 庄 市水 利 水 电工 程 处 ， 理 工程 师 。 男 汉 石 助
张 力 霆 ， ， 族 ， 家 庄铁 道 大 学土 木 工程 学 院 ， 授 。 男 汉 石 教 熊保 林 。 。 族 ， 家 庄铁 道 大 学土 木 工程 学 院 ， 读 博 士 研 究 生 。 男 汉 石 在
曲线
２大 坝 三 维 地 震 动 力分 析 ． ２１重 力坝 计 算 模 型 ．
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时 间／ ห้องสมุดไป่ตู้ｓ
重力 坝 计 算 模 型 的计 算 范 围 ： 凝 混 土 坝 体 ， 、 岸 ， 底 （ 括 基 岩 ３０ 左 右 坝 包 ０ ｍ 。坝 高 ８ ｍ， 立在 均 质 岩 基 上 。 １ ０ 建
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择 的主要 坝 型之 一 。然 而 ， 部 地 区地 形 地 质条 西 件 复杂 ， 地震 频 繁 、 强度 大 ， 这些 土 石 坝在 强 地震 作用 下 的安 全 性 如 何 是 人 们 十 分 关 心 的重 大 问 题 。因而 ， 土石坝 抗 震研 究 工 作 的迫 切 性 和重 要 性越来越 突 出。 地震 灾 害作 为 一 种严 重 的 自然灾 害 ， 旦 发 一
析。对于一些重要工程 、 高坝和坝体或坝基 中存
在 可液化 性土 的工 程 ， 范规 定 必 须采 用 有 限元 规 法进 行动 力分析 。 鉴于 “ ．２ 汶 川 大 地 震 后 部分 水 库 大 坝 受 ５ １” 到不 同程度 的影 响 ， 者 以西 部 强震 区典 型 土石 笔
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
收 稿 １ ：００ －１１ ３期 ２０ ９ —７ ０
个应力 ～ 应变关系的骨架曲线 ， 衍生出双线性 ，
粘弹性和弹塑性等多种模式的本构模型。 等效线 性模 型 因其 具 有 概念 明确 ， 应用 方 便
等优点 ， 有限元 动力计 算 中得 到 了广泛 的运用 ， 在 比如 Ｈ ｒｉ．ｒｅｉ ａｄｎＤｎｖｃ ｈ双 曲 线 本 构 模 型 。等 效 线
第２ ９卷第 １ 期
２０１ 年 ２月 ０
四 川
水 力
发
Hale Waihona Puke 电 Ｖ０ ． ９．Ｎｏ １ １２ ． Ｆ ｂ ， ０ ｅ ．２０ １
Ｓｅ ｕ ｎ ｉｈ ａ
Ｗａ ｅ Ｐ ｗ ｒ ｔｒ ｏ ｅ
基 于动 力有 限元 法 的土石 坝 地 震 响应 及 稳 定性 分 析
田 贵 川 ， 何 江 达 ， 肖 明 砾 ， 左 林 勇 ， 谢 红 强
２ 土石 坝非 线性 动力分 析理论
年海城地震 ， ７ 年唐山地震等。尤其是在“．２ １６ ９ ５１”
汶 川大地震 后 ， 于西 部 强震 区 的土石 坝 不 可避 位
免地 受到 强地震 的作 用 ， 其抗 震 安 全性 已成 为人 们普遍 关 注 的 关 键 技 术 问 题 。大 量 工 程 实 践 表 明： 地震 的危害 主要 表 现 为永 久 变形 和 不 均匀 变 形 引起 的裂缝 ； 震 动 力反 应 造 成较 大 的 动应 力 地
中 图分 类 号 ：Ｖ ４ ；Ｖ １ Ｔ ６ １Ｔ ３ 文 献标 识 码 ： Ｂ 文 章 编号 ：０ １ １４ ２ １ ） １０ ８－６ １０ － ８ （０ ０ ０ － ８０ ２ ０
１ 引 言
数 和地 震持 续 时间 等 ， 未考 虑 坝 体材 料 动力 性 又
随着 我 国经济建 设 的迅 速发展 和西 部大开 发
圜
Ｓｈ ｎ ａｒｏｅ ｉｕ ｔ ｗ ｃ ａ Ｗ ｅＰ ｒ
田贵川 等 ： 基于动力有限元法的土石坝地震响应及稳定性分析
２１ ００年第 １ 期
性模型是把土视为粘弹性体 ， 采用等效弹性 弹模 量 Ｅ 或 Ｇ 和等效阻尼 比Ａ这两个参数来反映土 （ ） 动应力——动应变关系的两个基本特征 ： 非线性
一
和动应变 ， 从而降低坝体的稳定性； 在坝体和坝基 存 在可液 化性 砂 土 时 ， 震 过 程 中 由于产 生 了较 地 大的超静孔隙水压力 ， 砂土可能产生液化 ， 进而严 重 威胁工 程 的安 全 以及人 民群众 的生命 财产 。
目前 ， 土石 坝抗 震 稳定 性 分 析 主要 采 用 拟 静 力 法 ， 方 法 既未考 虑 地震 特性 ， 振动 频 率 、 该 如 次
平面动力有限元法对 土石坝进行了地震反应分析 ， 揭示 出不 同地震动参 数条件下坝体动应力 、 动位移 、 速度 、 震残余变 加 地 形等 的分布规律 ， 对大坝 的动力稳定性进行 了评价 ， 而为除险加固设计提供 了理论依据。 从
关键词 ： 东风水库 ； 土石坝 ； 动力有限元 ； 地震响应 ； 稳定性
地震 荷 载 是 一 种 非 等 幅 等 周 期 的不 规 则 荷 载 。在一 次地震 动历 程 中， 石坝 坝 基及 坝 体料 土 将 经历数 十次 甚 至上 百 次卸 载和 再加 载 的过程 ， 并且 它们 之间是 无规 律可循 的 。为 了解决 分析 的 困难 ， 比较 常用 的方法 是 应用 Ｍ ｓｉｇ 则 ， ａｈｎ 规 制定
战略 的实施 ， 西部 高坝大库 的建设也越来越 多。 作为一种古老的水工建筑物 ， 土石坝具有选材容
易、 造价低 、 结构 简单 、 震性 能好等 特点 ， 抗 因而在
世 界范 围 内被广 泛 采 用 ， 也成 为 西 部水 电工 程选
质和阻尼性质等 ， 因而无法反映大坝在地震时的 反应 特性 ； 采用有 限元 法进 行 土 石 坝地 震 动力 反 应分析 ， 能够评价地震动力反应程度 ， 计算地震永
（ 四川大学 水利水电学 院 ， 四川 成都 ６ ０６ ） １０ ５
摘
要： 地震对土石坝的危 害已为工程人 员所认识和重视 ， 尤其是“ ．２ 汶川大地震后 ， ５ １” 西部地区土石坝在强地震作用下 的
抗震安 全性 已成为人 们十分关心的重大问题 。结合东风水库土石 坝除险加固工程 ， 基于动力分析 中的等效线性模型 ， 采用
震 ， １６ 如 ９６年邢 台 地震 ，９０年 通 海 地 震 ，９５ １７ １７
坝工程——云南 省玉溪东风水库 大坝为研究对 象， 结合东风水库坝址区地形地质条件， 采用非线 性动力有限元法对心墙土石坝进行了地震反应分 析， 揭示 了坝体及坝体 的动应力、 动应变分布规
律， 对土 石坝 的抗震 安全性 进行 了评价 。