（水利工程专业论文）三门峡火电厂龙沟灰坝的地震安全性评价.pdf

五妥畿鸯氟 容重 饱和容重 浮容重 干容重 含水量 液限 塑限 塑性指数 土粒比重 水平向渗透系数 竖直向渗透系数 凝聚力 摩擦角 正应力 蛰蓝力 大主应力 小主应力 切线弹性模量 切线泊松比 主要符号表 固结比 轴向动应力 破坏振次 孔压 初始剪应力比 振次比 孔压比 初始有效法向应力 初始剪应力 动剪应力 总剪应力 剪切模量 剪应变 阻尼比 轴向应变 峰值加速度 安全系数 m d c l i 3 t y y y w 叭 坼 l c 由 a t a o 氏 u 独创性申明 秉承祖国优良道德传统和学校的严谨学风郑重申明：本人所呈交的学 位论文是我个人在导师指导下进行的研究工作及取得的成果。尽我所知， 除特别加以标注和致谢的地方外，论文中不包含其他人的研究成果。与我 一同j = 作的同志对本文所论述的工作的任何贡献均已在论文中作r 明确的 说明并已致谢。 本论文及其相关资料若有不实之处，由本人承担一切相关责任 论文作者签名：j 罂舶年 f 口 月3 口日 保护知识产权申明 本人完全了解西安理工大学有关保护知识产权的规定。即：研究生在 校攻读学位期问所取得的所有研究成果的知识产权属西安理工大学所有： 本人保证：发表或使用与本论文相关的成果时署名单位仍然为西安理工大 学，无论何时何地，未经学校许可，决不转移或扩散与之相关的任何技术 或成果。学校有权保留本人所提交论文的原件或复印件，允许论文被查阅 或借阅；学校可以公布本论文的全部或部分内容，可以采用影印、缩印或 其他手段复制保存本论文。 ( 加密学位论文解密之前后，以上申明同样适用) 论文作者签名：樟导师签名 知b 年f p 月多口h 摘要 三门峡火电厂龙沟灰坝的 地震安全性评价 学科：岩土工程 作者：耿晔 导师：李宁教授 潘恕高级工程师 答辩日期： 作者签名： 导师签名： 摘要 我国每年排放的粉煤灰在亿吨以上，众多粉煤灰坝的抗震稳定性问题一直 是我国火电行业的一个关键技术问题。粉煤灰具有孔隙比大、易液化等特点， 建在高地震烈度区的三门峡龙沟灰坝已超过百米，在国内尚无先例，其抗 震安全性与施工措施、设计指标的分析、研究具有深远的科学意义与广阔 的应用前景。 本文结合实际工程，对三门峡火电厂龙沟灰坝的筑坝粉煤灰进行了静、 动三轴试验，确定了该坝粉煤灰的静动力学指标；然后根据比奥( b i o t ) 固结有效应力原理，采用邓肯( d u n c a n ) 非线性应力应交模型，对该灰坝 的二维静力应力和变形状态进行了分析；最后利用本文提出的地震超静孔 压指数函数模型，采用等价粘弹性动力有限元方法，对该灰坝在地震作用 下的动力稳定性进行了分析评述。 在静力分析过程中采用在时域上逐步加载的方法，模拟了坝体的施工 填筑过程，计算结果表明，设计断面在贮灰过程中不会产生很高的超静孔 压，坝体静力稳定状态较好，旖工进度合理。随后把计算得到的静应力状 西安理工大学工程硕士学位论文 态用于地震反应分析的初始应力场中。动力分析中详细给出了坝体在地震 期间孔压变化过程及震后的孑l 压分布，并给出了部分结点的加速度反应时 程及部分单元的剪应力时程。该灰坝的动力特性分析表明，灰坝的液化区 分布在灰体的上部，主要是在煤灰自然沉积区，液化深度在2 0 m 左右，液化 区离子坝的距离较远，因此对坝体不构成威胁。稳定计算的结果也表明， 坝坡的安全系数是足够的。满足抗震要求。 总之，三门峡火电厂龙沟灰坝的静、动稳定性较好，能满足抵御设计 地震的要求。 关键词：三门峡龙沟灰坝粉煤灰液化有限元 非线性 比奥固结残余孑l 压有效应力地震安全性评价 s e i s m i cs a f e t ye v a l u a t i o no f s a n m e n x i al o n g g o uf l y a s h d a m c a n d i d a t e ：g e n g y e c a n d i d a t es i g n a t u r e ： s u p e r v i s o r ：d o c t o r l in i n g d o c t o rp a n s h u s u p e r v i s o rs i g n a t u r e ： a b s t r a c t t h es a f e t yo fa s hd a ms i t u a t e di ne a r t h q u a k er e g i o n sh a sa l w a y sb e e np a i dg r e a t a t t e n t i o n sb yd e s i g n e r s b e c a u s eo ft h eb i gv o i dr a t i oa n de a s yl i q u e f a c t i o n n ya s h ，i ti s o fg r e a ts i g n i f i c a n c et oi n v e s t i g a t et h es e i s m i cs t a b i l i t yo fs u c ha s hd a mw i t ht h eh e i g h t o v e r1 0 0 m ，a ss a n m e n x i al o n g g o ua s hd a m i nt h ep a p e r , s t a t i ca n dd y n a m i ct r i a x i a lt e s t sw e r ec o n d u c t e do nf i ya s ha ts h a n m 。n x i a l o n g g o ua s hd a m a n dt h es t a t i c a n dd y n a m i cp a r a m e t e r so ff l ya s hw e mo b t a i n e d t h i r d l vt h e2d i m e n s i o n ss t a t i ca n a l y s i so ft h ea s hd a mw a sc o n d u c t e db a s e do i l b i o t s c o n s o l i d a t i o nt h e o r ya n dd u n c a n sn o n l i n e a rs t r e s s s t r a i nm o d e l f i n a l l y c h ep l a n e d y n a m i cb e h a v i o r so ft h ea s hd a md u r i n ge a r t h q u a k eo fi n t e n s i t y7w e r ea n a l y z e db a s e d o nt h ee x p o n e n tf l l n e t i o nm o d e lo fe x 0 2 s sp o r ew a t e rp r e s s u r ea m u s e db ye a r t h q u a k e ， w h i c hi sp u tf o r w a r di nt h ep a p e r , a n de q u i v a l e n tv i s c o e l a s t i cd y n a m i cf e m m o d e la n d p l i n c i p l eo fe f f e c t i v es t r e s s t h es t a t i el o a d sw e r ep l a c e ds t e pb ys t e pi nt i m es e q u e n c ei no r d e rt os i m u l a t et h e c o n s t r a c t i o nc o n d i t i o n so ft h ed a md u r i n gt h ec a l c u l a t i o n t h er e s u l t s o ft h ea n a l y s i s s h o wt h a te x c e s sp o r ew a t e rp r e s s u r ew o u l dn o ta p p e a ri nt h ed e s i g ns e c t i o nd u r i n gt h e 西安理工大学_ t - 程硕士学位论文 a n a l y s i sr e s u l t st h a tt h ed a m w a ss t a t i c a l l ys t a b l ea n dt h ec o n s t r u c t i o np r o c e s sw a s r e a s o n a b l e a n dt h er e s u l t so ft h es t a t i cs t r e s sw e r ea p p l i e do nt h ea n a l y s i so f s e i s m i cr e a c t i o n n ev a r i e t yo fp o r ew a t e rp r e s s u r ew i t ht i m ed u r i n ge a r t h q u a k e a n dt h ed i s t r i b u t i o no fp o r ew a t e rp r e s s u r ea f t e re a r t h q u a k ew e r ei n v e s t i g a t e di n t h ed y n a m i ca n a l y s i s ，a n dt h ea c c e l e r a t i o na c t i o np r o c e s so fp a r t i a ln o d e sa n dt h e s h e a rs t r e s sv a r i e t yp r o c e s so fp a r t i a le l e m e n t sw e r ea l s oo b t a i n e d t h er e s u l t so f t h ed y n a m i ca n a l y s i si l l u m i n a t et h a tt h el i q u e f i e da r e ao ft h ed a m w i l lb ea tt h et o p o ft h ec o a la s hb o d yw h e r ec o a la s hd e p o s i t sn a t u r a l l y t h ed e p t ho ft h el i q u e f i e d a r e b , i sa b o u t2 岫a n dt h el i q u e f i e da r e ai sf a rf r o mt h es u b d a m ，s oad o e sa o h a r mt ot h ed a m s t a b i l i t ya n a l y s i si n d i c a t e st h a tt h es a f e t yf a c t o ro ft h ed a mi s s u i t a b l ea n ds u f f i c i e u tf o ras e i s m i cd e s i g n k e y w o r d s ：s h a n m e n x i al o n g g o ua s hd a m ；f l ya s h ；e a r t h q u a k e ；a s hl i q u e f a c t i o n ； f e m ；n o n l i n e a r ；b i o t sc o n s o l i d a t i o nt h e o r y ；r e s i d u a le x c e s sp o r ew a t e rp r e s s u r e ； e f f e c t i v es t r e s s ；s a f e t ye v a l u a t i o n 1 前言 1 日u 禹 粉煤灰是燃煤电厂常年不断的排除物，数量很大，目前我国火电厂 每年排放的粉煤灰已在亿吨以上。随着我国能源需求的增长，燃煤电厂 还将不断增加。由于火电厂排放的粉煤灰堆量大、占地多，严重污染环 境等问题，对粉煤灰的处理和综合利用已成为我国一个比较突出的经济 和社会问题。合理堆放及开拓粉煤灰的用途，减少对环境的污染，化害 为利已刻不容缓。 1 1 粉煤灰的工程特性 粉煤灰的工程特性与电厂所用煤的性质、粉碎或磨细的程度、锅炉 的类型、滤灰及除尘设备的性能有关。与天然的土类相比，粉煤灰是一 种特殊的散粒状物质，有其特殊的物理和化学性质。它的颗粒表面凹凸 不平，内部有孔洞，比重小，级配均匀。湿法贮灰时煤灰沉积层的密度 低，饱和不排水条件下的抗剪强度低，极易液化。另外，煤灰有自身凝 硬作用，后期强度增高，抗管涌能力很差等等。在工程建设中曾被用做 地基填料、混凝土掺合料以及建筑材料制品等，但其用量则远小于燃煤 电厂的实际排出量，所以大量粉煤灰仍须进行堆置或排放等处理。 1 2 粉煤灰的贮放方式 煤灰的贮放方式大致可分为两种：干法贮灰与湿法贮灰。我国以湿 法贮灰为主。干法贮放的过程是：采用干法除灰集灰系统，适当加水搅 拌，形成含水量5 2 0 的湿灰，用自卸载重车、皮带机运送至贮灰场， 经推土机推平，用振动平碾、振动压路机或气胎碾碾压。因而，用千法 贮灰时，灰渣的压实特性及环境保护是必须要重视的。湿法贮放的过程 是：将从锅炉排出的煤灰用水稀释，形成灰浆，灰水比大约为1 ：2 1 ：2 5 ， 用马尔斯泵通过水力压送，灰浆通过管道送至贮灰场，排放在灰库中。 西安理工大学工程硕士学位论文 因而，用湿法贮灰时需要建造挡灰的堤坝，并保证它的静力稳定、渗透 稳定、抗地震液化的安全性咀及解决水质污染等问题。 1 3 挡灰坝的主要型式与特点 1 3 1 挡灰坝的型式 1 不透水挡灰坝此种挡灰坝是参照水利工程中挡水坝而建成 的，坝内的煤灰沉积层一般处于饱和松软状态，从而产生种种问题。如 前苏联斯塔罗别谢夫斯克电厂的挡灰坝是粘土均质坝，灰渣沉积层松软、 强度低，在进一步加高子坝时，不得不放缓坝坡，增设镇压层；我国谏 壁电厂松林山荻场初期坝与一二级子坝均为不透水坝，煤灰沉积层极其 松软，不得不用振冲法加固。 2 初期坝为透7 k 坝的分级建造的挡荻坝此种型式的挡灰坝在 哉因采用得较为普遍。出一卜矧l l e i 蜊是透7 k 的，煤扶沉积层中浸润面位蜀 较低给子坝加高刨造了有利条件。 3 具有煤获沉积层排渗设施的挡灰坝初期坝为透水坝，尚不 能令人满意她降低煤灰沉积层中的浸润线，煤灰沉积层仍处于松散状态。 于是，在初期坝是透水坝的基础上发展了一种新的挡灰坝型在煤灰 沉积层中预先设置排渗设施的挡灰坝。排渗设施基本有两种：一是水平 排水褥垫，即在挡灰坝上游铺设水平排水褥垫，褥垫与透水的初期坝相 连；另一种是排水竖井与水平排水褥垫组成的组合排渗系统。 4 子坝用碾压粉煤灰筑成的挡灰坝只要在技术上考虑得当， 子坝用灰渣筑成是完全可能的，山东十里泉电厂贮灰场就是一例。该灰 场初期坝为堆石坝，坝高2 4 5 m ，坝坡l ：1 5 ，上游设置反滤层，初期坝 贮灰库窑用尽，用粉煤灰碾压建造子坝，子坝高1 3 m ，坝坡1 ：3 5 。 5 粉煤灰冲填形成的贮灰坝此种坝型比较适合予平原地区， 它先在灰场周围用粘性土建造初期坝围堤，一般高约5 m ，排灰管在堤顶 放灰，灰渣在堤内沉积，水经过已沉淀的灰体下渗到遍布在底部地面的 1 前言 排水管网排出，管外设置反滤层，煤灰沉积达到一定高度后，在已沉积 的灰体上再筑围堤并铺设排水管网，然后再放灰冲填加高。冲填的灰体 外有坡面保护层，覆土种草或用乳胶膜覆盖，以防止灰尘飞扬。 6 具有排渗设施的压实灰渣筑成的挡灰坝 1 3 2 挡灰坝的特点 17 挡灰坝的目的是贮灰，应将煤灰沉积层与挡灰坝当作整体来考虑， 利用挡灰坝与煤灰沉积层本身的强度来达到挡灰的目的，因而应尽量降 低煤灰沉积层中的浸润面，设法促使煤灰沉积层孔隙中水的排出，加速 煤灰沉积层的固结，从而充分利用煤灰本身的强度，特别是非饱和状态 煤灰的强度，以减少挡灰坝的工程量。 2 挡灰坝不象挡水坝那样须一次建成，而是可以分级建造，这样可 大大减少坝体工程量。 3 挡灰坝的使用年限较短，几年或十几年就贮满废置，个别大型贮 灰场也只有数十年的使用寿命。因而，挡灰坝的设计要求标准较低。 4 挡灰坝，特别是分级筑坝时的子坝可以用煤灰本身筑成。 5 挡灰坝一般建造在地表径流小的地区，蓄洪泄洪要求低。 6 若挡灰坝的设计合理并运用得当，挡灰坝前都存在有一定长度的 干滩面，只有在蓄洪或运行需要时，直接承受水的作用。 通过以上对粉煤灰工程特性、灰坝特点的粗浅认识以及对贮灰坝建 造过程中存在的大家比较关注的问题，本文将结合实际工程对粉煤灰独 特的工程特性及贮灰坝体的安全性做进一步的研究。 1 4 工程概况 三门峡火电厂是由河南省电力勘测设计院设计的国家“八五”重点 工程项目，一期装机容量2 x3 0 0 m u ，一期贮灰厂修建在河南省灵宝县大 王乡的龙沟，龙沟灰坝处在7 。地震烈度区。设计灰场的挡灰坝由初期坝 和若干后期子坝构成，初期坝为采用堆石棱体作为排渗设施的黄土均质 西安理工大学工程硕士学位论文 坝，后期子坝采用坝前加高方案，即在坝前粉煤灰上采用碾压黄土逐级 加高。排渗措施采取在终期坝轴线与初期坝上游排水棱体之间设置四排与 坝轴线基本平行的垂直排渗井，排与排之间间距为2 0 m ，每排之间井的间距 也为2 0 m ，井径为4 5 c m ，井深以透过粉煤灰层为止。设计初期坝坝高6 4 5 m ， 上下游边坡比为1 ：3 ，各级子坝上下游边坡比为l ：4 ，总坝高1 0 9 5 m 。坝 前1 0 0 1 5 0 m 为粉煤灰碾压区范围，其余为由水力输送灰浆的自然沉积 区，总贮灰容量约为1 6 5 0 万i l l 3 。灰坝的横剖面图见图卜1 所示。 根据设计部门提供的资料，该灰坝的初期坝施工期为两年，于1 9 9 3 年开始修建，1 9 9 5 年完工并投入运行且运行效果良好。目前初期坝内煤 灰已快填满，需要在坝前粉煤灰上修建子坝加高，各级予坝施工期各3 4 个月，运行期备两年。龙沟获坝坐落在高烈度地震匿，在7 。她震区修 建超过百米的贮灰坝，在国内尚无成熟的经验。又因粉煤灰具有较疏松、 易液化等恃点，圜此对加离后的罄个坝体进圣亍拣震反应分析，为设计部 门提供棚应的设计依据是，卜分必要的。 本文首先采用试验手段对粉煤灰的静、动力学特性进行分析和研究， 然后采用平面有限元法进行了龙沟灰场贮灰坝在设计洪水情况下垂直排 渗完全有效时的有效应力法地震反应分析并进行了灰坝的抗震稳定分析 计算。通过计算分析来判定坝体是否会出现地震液化现蒙，液化的程度 如何，是否会影响整个坝体的稳定。 西安理工大学工程硕士学位论文 ； 州 一 盟墅一 _ 蕊 莲 h _ 詈耀l 惑 盯饕、 州2 ，、i 笋 ： 娩 二 磊 5舞 f x l 聪 蟮 糕 ，4蝼 蜜 团 喧 蝤 野 越 h 囤 5 2 筑坝材料的静、动力学性质试验 2 筑坝材料的静动力学性质试验 在计算分析前，首先要了解筑坝材料的力学特性，根据试验结果进 行必要的分析研究并整理出计算所需的参数。试验所用的材料，包括筑坝 黄土料，碾压粉煤获和自然沉积粉煤灰。筑坝黄土料取自龙沟现场层马 兰黄土q 3 ，其干容重yd = 1 6 6 k n m 3 ，最优含水量w = 1 5 2 ，粉煤灰材 料取自目前的灰库中，根据设计院部门所做的地质勘察报告及从现场取回 的灰样，坝前碾压干滩区其干容重yd = 9 4 1 k n m 3 ，含水量w = 3 8 3 ，坝 前自然沉积干滩区yd = 8 5k n m 3 ，含水量w = 4 5 0 。 2 1 材料的基本物理性质和击实特，陛 粉煤获并非自然土，其物理力学试验目前尚未列入试验规程，鉴于 此各项试验均按上工试验规程( s i 2 1 7 一i 9 9 9 1 进行。击实试验采用标 准击央州肛标准击实t1 5 击) 两种。试验结渠虬表2 。l 平几幽2 - i ，罔2 - 2 。 表2 i 材料的物理、力学性质指标 i 器 颗粒组成( m m l 限锖0有效不均匀土的 粒径 粒径系数定名 0 1 0 0 50 0 5 n 0 0 5 1 ) ，其应力状态分别以下式表示： 吐一粤陋+ 1 ) 一( k c 一1 ) s i n 纠 = 睾一1 ) c o s 。，至 墅二竺竺! a 。1 + 1 ) 一( 胎一1 ) s i n j r 一圭 ( k c 一1 ) + 盯一 c 。s 庐 h 可口a 粤c o s 庐 式中：of c 试样破坏面上的初始法向有效应力 tf c 试样破坏面上的初始剪应力 n 初始剪应力比 。口 试样破坏面上的总剪应力，7 f f = 。f c + 1d 1 1 2 筑坝材料的静、动力攀 生质试验 td 试样破坏面上的动剪应力 中试样有效应力内摩擦角，可近似用静三轴固结排水试 验的有效内摩擦角代替 两种情况下应力的表示方法见下图中所示。 o 皆讲 l 里且_ | 根据上述威力的表示方法绘制筋总剪强度曲线of c t8 及动剪强 度曲线on 1 。1 分别见图2 1 3 图2 一t 4 ，强j 箜指标鞋，表2 ，5 。 2 。4 。3 扎隙水压力增长谤葬模犁 在进行振动三轴试验中，对于每个试样，同时测记孔隙水压力的变化 过程，得出孔隙水压力随振动周次而变化的过程曲线。经分析表明，无粘 性土料在一定的固结比和侧向压力下达到预定的破坏标准时，残余孔压比 虽然基本一致，但在其增长过程中有差异，也就是说圃结比和固结压力对 孔隙水压力的增长过程都有一定的影响。 在同一固结比下孔隙水压力产生和变化的规律一般可用u u f n 小f 的关系表示，如图2 1 5 ( a ) ，u u f 为孔压比，n n f 为振次比。u 表示任一 时刻的孔隙水压力，u f 表示产生初始液化或达到预定破坏标准时的孔隙 水压力n ，n f 为相应的振动周次。从图中可看出，散点图的离散度太大， 不便做进一步的分析。但对试验资料用u ( 1 0 9 n l o g n 0 关系进行整理 时，可得到形状良好的略成“s ”型的不对称曲线，如图2 1 5 ( b ) 所示。 式中u = u u f ，令l o g n l o g n f = e ，对上述曲线进行回归分析后可得出u 是 ( 卜e ) 的指数函数即： 西安理工大学工程硕士学位论文 e ，= 1 一( 1 一u o ) 1 0 “肿。5 ) 式中：l = l o g n l o g n ，对数破坏振次比 u 0 _ u ，u ，第一周相对孔压比 其余符号同前所述。 试验常数k 由下式确定：k = a n ，邯 第一周相对孔压比u o 由下式确定：u o = y n ，“ 破坏振次n 。由下式确定：c c d = a n ，“ 式中0 【d = a d ( 2 蕊) 为动应力比，确定方法见2 4 1 节，这样任一振 次产生的孔压可由a 、b 、y 、0 、c c 、p 和u ，七个常数确定，u ，为同一固结 比下，在预定破坏标准下的孔压比的平均值。试验资料的整理步骤作为一 个典型例子示于图2 1 5 中的( c ，d ，e ，f ) 。本次试验整理出的模型参数见 表2 6 。 此模型考虑了不同固结比和固结压力的作用，具有适线能力强，适用 范围广，表达简捷，应用方便等特点，揭示了多种因素与残余孔压增长的 内在联系，可供有效应力法动力分析时采用。 2 4 4 动剪切模量和阻尼比 黄土及粉煤灰的非线性动力变形参数动剪切模量g 和阻尼比x ，在 小应变y = 5 1 0 6 1 0 “范围内是用共振柱试验得出的，大应变y = 1 0 “ 1 0 2 范围内是用动力三轴仪上试验得到的。由于动力三轴试验得出的是各 级轴向应变下的压缩模量和阻尼比，可根据下面两式g = e 2 ( i + “) ，y = ( 1 + u ) e 将压缩模量和轴向应变e 转换成相应的剪切模量g 和剪应变 y 。 本次试验条件为固结比k c = l ，周围压力03 = 1 0 0 ，2 0 0 ，3 0 0 ，4 0 0 k p a ， 每级周围压力下均可得g g h 。y 及九y 关系曲线，如图2 - 1 6 图 2 - 1 8 。由这些曲线插值得出的各级剪应变水平下的g g 。及九如表3 7 所示。在资料整理时，取剪应变y = 5 1 0 “相对应的剪切模量作为最大剪 切模量g 。则g 。与围压o3 有如下关系：g 。= k d p a ( o3 p a ) n d k d 、 2 筑坝材料的静、动力学性质试验 n d 为两个试验常数，在双对数坐标中，上式可表达为直线关系，经整理后， 各类材料的磁、n d 列于表2 8 中。 2 5 ，j 、结 1 从粉煤灰的击实试验得知，标准击实曲线比较平坦，表明粉煤灰 的干密度受含水量的影响较小，增加击实功能对提高粉煤灰的干密度效果 并不明显。 2 粉煤灰的渗透性具有各向异性的性质，= 1 1 0 4 c m s ，k v = 2 1 0 c m s ，渗透系数较大且水平向的渗透系数是垂直方向渗透系数的5 倍。 因此，保证和加强排渗措施，对提高灰坝的稳定性是有利的。 3 排水与不排水的试验结果对比表明，粉煤灰在完全排水条件下与 在完全不排永条件p 的有效应力强度有较大的差别，特别是对十沉积灰， 完全排水条件下，巾可达3 0 7 。，抗剪强度较高，而完全不排水条件下， 总强厦指标审。只有i 3 7 。有效强度攒抓士。也只育17 2 。囚此，果 敢合理的排渗措施，降低荻坝的浸涧线，照跃坝抗液化和深证边坡稳定性 的强有力的保障。 4 于本文，饱和粉煤灰孔隙水压力的增长系数b = f u o3 ) 与试样的 起始密度有关，当yd = 9 4 1 k n m 3 时，各级围压平均后的百= o 3 4 ，当yd = 8 5k n m 3 时，各级围压平均后的百= o 6 8 ，这就表明在预定的周围压力 下，粉煤灰试样并未发生静力液化现象。 5 本文建议的指数函数型孔隙水压力增长计算数学模型，综合考虑 土的性质，固结比和固结压力的影响，具有表达简捷、适线能力强、计算 精度高的特点。 6 在动力试验中，分别整理出了不同应变标准及不同振次下的动剪 强度指标和总剪强度指标，可供动力计算分析选择使用。 7 在动力特性试验中，采用共振柱和动三轴仪联合进行试验，得出 了土体从小应变到大应变范围内的阻尼、模量参数，避免了单一试验中的 人为假定，能够更好地满足灰坝动力反应分析的精度要求。 1 4 西安理工大学工程硕士学位论文 魁 寸 葛导 2黑 t q 叫 oo 。 dd。 。 嗡 c 1 o z 求 瓮誉 昌 n qq “ 墨 o 。o 青 。 蜒 謦 导 毯 暑最 寸 d 。 墨 d。 蚓 丑 营 瓮 酱 t - 鲁r 星 d寸 o叫 堪 。o 需 冰 g器 i n 謦 叼o1q gq 督 针 。d。 z 蟋 喜 导 2 n 寸 d 墨 o 。 犁墨 十 饥 r n 器茧 寸 n 回 蒜盘 t q nn 囤 龚捶 枢州 丞鍪糕嚣羹糕 刊婶 迥丑r域臀s菪冰，瀑n臂 吨n 懈 2 筑坝材料的静、动力学性质试验 1 6 蜷 驵 蜊 想 辣 鹄 需 c 、l 悄 蹬 奇 芝 龟 l n 一胬 h 鬲 奇 譬 口= 墨 p l 粤 i i q 琶 o e q ， q n 萤 求 e 帽己 一 量 高 号墨 i i 1 倭 蝠 号 黎 i n i l m 砖 e 】 dl 蔷 o 0 | i z求 奇 u n l g u d 器丑 导、p 杂ra 吐 幂越 。o 藩奋 量 吨 一 筮 垛盘 t q 匦 翠墨 寸寸 乱曲 旗褥 辍刊 凄篓糕 蹙鍪懋 枢州 丞篓糕熏篓糕 叫郇 西安理工大学工程硕士学位论文 卜 t n小饥 高 占 窖蹬譬莲 基 乜 o d古ddd。 哥胬 甍s 胬 qqdd doo 导 寸 譬 寸甘 高 叫 霜 叫 nn 电 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2 0 0 1 3 9 0 1 4 0 01 , 5 0 0 摩尔圃廿( h p 日) 图2 - 3 饱和黄土固结排水剪( c d ) 应力、体变应变关系衄线及强度包线 x 1 0 0 k p e 应力( a 1 一o 3 】应变阻关系啦栈 一 0 2345b 78 1 0 1 11 2 1 3 14 1 e 1 6 1 7 1 8 体职匝妥e v 厦妥e 柏关系曲线 ， _ 。 。 。； ， ：opj 一矗、 一一l _ 。、 。 j 。 | ； j 膏于 一。 、。、： ：、卜 i 。、 i 弹蕊弘 、 ， ， ：、 。_ r j j ll 01 0 02 0 03 0 04 0 05 0 06 0 n7 0 08 0 09 0 01 0 0 01 1 0 01 , 2 0 01 嗣0 01 4 0 0 5 0 0 摩尔圆唧p6) 图2 - 4 非饱和黄土固结排水剪( c d ) 应力、体变应变关系曲线及强度包线 0 b 6 4 2 望童堡兰垄堂三i 塑主堂堡堡查 州d 蹦髓 应力t 廿1 哟) 应变t 鼎关系曲线 ；i 扣 r p 卜 v 一 一一掳一。h r d p 蛔诎 霪缫 一卜- 012345b78 g1 0 1 11 2 1 3 1 4 1 5 1 6 1 7 1 日 d 2 3 赫 ，f ，卜n | 隔誊缮越j i l r k 麓隶。蠹乏l ；l 02 4 68 1 口1 21 4 1 6 18 体积应变v 应变e 日关系曲线 卜 ： 鬃荔 粥霉 艇 ? 、 、卜一 r 。 净、飞一 ， f 藤； ? i 冬 誊 l i ：f 01 0 02 0 03 0 g4 0 05 0 06 0 07 0 08 0 09 0 01 0 0 01 j 口口1 2 口1 3 0 01 , 4 0 01 5 0 0 摩尔圃呷伊蚰 图2 - 5 饱和碾压粉煤灰固结排水剪( c d l 应力、体变应变关系曲线及强度包线 2 筑坝材料的静、动力学性质试验 ：。： ； ：j ， ，f _ 叠。- 一塞量 一一- 夕弓尹! j ? 。一一专 i i 瓣， 一 01 衄2 0 03 0 0 4 0 0r i 0 06 0 07 0 0 8 0 09 0 01 0 0 0 1 1 0 a1 , 2 0 01 , 3 0 01 。4 0 01 5 0 0 摩尔圃叽h p 图2 - 6 非饱和碾压粉煤灰固结排水剪( c d ) 应力、体变应变关系曲线及强度包线 x i o d k p a 应力( o i 明) 应变稠关蕊曲蛾 体积应变e v 直变e 8 燕系曲蜕 7 z j ， ； ，z 。 。 - 弋 卜一； 一7 糕、! “二。 j j i ： 爿爱蕊 # 扛、；一) 、； 、 i ； 誉 ， ，f iff5 r l i o d2 0 03 0 04 0 05 0 08 0 07 0 08 0 0 g 1 闺口01 1 叩1 , 2 0 01 3 0 01 4 0 01 。卯0 摩尔圃 呱k p e ) 图2 - 7 饱和沉积粉煤灰固结排水剪( c d ) 应力、体变应变关系曲线及强度包线 2 筑坝材料的静、动力学性质试验 1 0 0 k p s 应力( 口1 ) 应变c a 关系曲蛾 孔隙水压力u 应褒a 共泵曲蛾 图2 - 8 饱和黄土固结不排水剪( c u ) 应力、孔压应变关系曲线及强度包线 里耋里兰垄堂三堡堡主堂堡垒查 4 2 x l o o k p m应力( o 1 o 3 ) 应变e 自关系曲线 i | 一r 1 _ i j 一； 一黔岳母叫刊 i 矿l! 麓声卜i 一 中p 矽霄疆睁r 0 1234567日91 0 孔隙水压力u 应变e a 关系曲线 图2 - 9 饱和碾压粉煤灰固结不排水剪( c u ) 应力、孔压应变关系曲线及强度包线 2 筑坝材料的静、动力学性质试验 划0 0 k p e 应者( 州确) 应变阳夫莱曲螋 ；，l _ 。0 ， ，寸_ l 一t 等? ? 留 。 ，曩 l 图2 1 0 饱和沉积粉媒灰固结不排水剪( c u ) 应力、孔压应变关系曲线及强度包线 望童垩三查堂三堡翌主堂堡丝查 og po 羽牮窜临 昌 o 昌 8 一 d ddd d 0 5 pdw 华犁睢 萤 8 钾 。 曷 螺长水玄簌需鞲岍co毯d)姆羞r趟臀州槭i【_【-z财 鹭f 鞲 。昌一 墨蟮鞲 i 昌一 。卜 。旧导 嚣 口n 量 。h。q。 。n 2 筑坝材料的静、动力学性质试验 鲻k枨玄籁怒需塔垦co譬。，一曩丑r避蒋懋蝼集是曲匦 糕蝼黎器蛙 糕蝼集趟醛 ij_111jljllij_a11jjllj= ，0；。，甘 士d 耄| ic。 8 。舭 重卫口=甚 i；：， 。 m m 1lij111llij叫111i。1f11d 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数取为： 0 - g t t 。 t ，墨f 吒t t2 t 式中，一般取： t = o 1 5 t d ，本次计算取t l = 4 s ， t 2 = o 5 t d ，本次计算取t l = 2 0 s ， 12 2 九2 = 0 2 2 ，本次计算取0 4 5 。 3 3 地震加速度时程 基岩地震加速度时程采用人工合成地震波。人工合成地震波采用非平 稳随机过程的数学模型，将基岩运动时程曲线表示为三角级数： d o ) 一f ( o s ( o 式中： s o ) 。磊g c o s ( + 吼) 南o 础 已 3 设计烈度及地震加速度时程 式中：t = r n t ，a t 为时间步长，取为0 0 2 秒 n = t d t m = 0 ，1 ，2 ，n _ 1 审，为在o 2 之间均匀分布的随机数。 假定s ( t “) ，由此求得的a ( t 。) ，计算其反应谱s ( ? k ) ，并与给定的设计 反应谱s ( ? k ) 比较，并令s ( t n t ) = 5 ( t x ) ： ：s ( ? k ) s ( ? k ) ，重复上述步骤，从 而迭代出地震加速度时程，迭代精度5 。 人工地震加速度时程曲线见图3 - 2 所示，人工波的反应谱与目标谱见 图3 - 3 ，从图中可以看出，生成谱很好的逼近了设计地震反应谱。 1 5 1 0 o5 o 一0 5 1 。o 1 5 04 8 1 21 62 0 2 42 8 t i m e ( s ) 图3 - 2 基岩地震加速度时程曲线 图3 - 3 设计反应谱、计算反应谱 4 灰坝的有效应力法地震反应分析 4 灰坝的有效应力法地震反应分析 4 1 残余孔压增长计算模型及子l 压扩散、消散方程 4 1 1 残余孔压增长计算模型 动力计算有效应力法的关键是建立可液化土体在地震作用下残余孔 隙水压力增长计算模型。本次计算采用2 4 3 节提出的考虑初始剪应力影 响的指数函数超静孔压增长模型。 4 1 2 残余孔压扩散、消散模型 地震作用下土体贱余孔隙水压力的增长与孔压的扩散和消散是同时 发生的。但在一个相当短的时问内，町以假定土体先发生孔压的增长，然 后土体再进行扩淑翱消散。任时翥u 土体币：r i 的戏余孔压n j 表示为黼部分 之和： u ( t t ) = u ；+ l j f t 十t )( 4 i ) 式中：u ( t + t ) 升t 时刻的残余孔压 帆t t + t 时段由地震引起的残余孔压