多点、多向地震耦合作用下高土石坝动力灾变研究基本信息

土石坝由于其对基础条件具有良好的适用性、能就地取材和充分利用建筑物开挖料、造价较低及抗震性能好等优点，是世界各国广泛采用的坝型。高土石坝的地震荷载具有多点、多向输入的特点，需采用非线性地震耦合反应进行高土石坝抗震分析。本项目研究考虑随机性、独立性的多点、多向输入地震波的合成方法，建立多点、多向输入地震耦合反应分析方法，实现真正意义上的多点、多向输入地震耦合作用下高土石坝动力灾变数值模拟，揭示高土石坝地震灾变特性、灾变机理，分析地震液化引起的局部破坏对高土石坝整体稳定性的影响，进而有针对性地提出高土石坝地震灾变控制方法。以双江口土质心墙堆石坝作为依托工程，进行工程应用研究。研究成果将丰富高土石坝地震灾变分析与控制理论，对双江口土质心墙堆石坝工程抗震有重要的应用价值，对其他高土石坝工程抗震也有较好的借鉴意义。 2100433B

本项目通过三年的研究工作，已完成项目计划内容，并取得了一系列研究成果。 本项目从汶川地震收集的山岭隧道震害资料出发，统计分析了汶川地震中山岭隧道的震害资料，提出了山岭隧道抗震风险层次分析模型，深入调查了受损隧道的地质构造情况，研究了跨断层隧道的震害特征，并系统描述了跨断层隧道的震害形态。 通过断层活动与地震耦合作用下隧道—断层体系的灾变机理研究，提出了采用损伤指标和能量指标分析隧道—断层体系的非线性反应，建立起基于损伤指标和能量指标的隧道—断层体系的安全性评价体系。并提出了在隧道断层处设置结构构造的措施。 根据穿越活动断层隧道的地震动力响应特性，分析了不同影响因素下隧道纵向抗震设防长度，数值模拟结合振动台试验，提出了分级量化指标。根据震害调查分析及模拟结果，对断层区隧道的抗震设防进行了分段，根据不同位置制定了不同的对策措施，并且通过现场测试验证，修改完善了设防体系，最终提出了跨断层隧道抗震设防应用性设计参数。 发表学术论文10篇，其中SCI收录2篇，EI收录7篇，部分研究成果发表在《Soil Dynamics and Earthquake Engineering》（SCI收录）、《Disaster Advances》（SCI收录）、《中南大学学报（自然科学版）》(EI收录)、计算力学学报学报(EI收录)、土木工程学报(EI收录)及《现代隧道技术》(EI收录)等国内外期刊上。另外，发表学术专著一部，并获得大连市人民政府资助出版。 2100433B

一般认为洞口段是隧道抗震的薄弱部位，但是5.12汶川地震隧道震害调查发现不少隧道洞身段也发生开裂破坏，甚至倒塌。究其原因，主要是这些隧道穿越地层条件多为断层破碎带。项目以西部高烈度地震区和活动断裂区若干隧道工程为研究对象，从隧道动力学、地震工程学及地质学等学科基础理论出发，结合汶川地震跨断层隧道震害调查资料，采用地震模拟振动台试验和三维数值模拟相结合的研究方法，系统研究地震与活动断层耦合作用下隧道-围岩-断层系统的灾变机理与控制对策。包括引入损伤理论和能量原理建立隧道抗震安全性评价方法；提出隧道采用柔性接头形式穿越活动断层，综合考虑柔性接头的可蠕动性与抗震性耦合技术，实现隧道正常使用阶段的安全性与地震发生时的大变形吸能能力的合理均衡。项目预期将建立隧道安全性评价理论、方法以及灾害控制对策。项目的研究对于深入揭示活动断层区隧道地震破坏机理具有重要意义，为隧道抗震设计提供科学依据。

本书总结了作者在高土石坝地震灾变模拟方面的研究成果，囊括了从理论、方法到工程应用的内容，主要包括：筑坝材料剪胀特性和本构模型、堆石体与面板结构面本构模型、坝-库水流固耦合精细分析方法、混凝土防渗体渐进破坏分析方法、高土石坝-河谷-地基动力相互作用、高土石坝地震破坏全过程高性能计算软件系统、紫坪铺大坝地震破坏全过程模拟和验证、高面板坝面板地震安全控制方法和一批世界级高土石坝工程应用。