当前世界环境gydF4y2Ba

介绍gydF4y2Ba

世界上曾经建造过各种混凝土或土方填充的水坝。自早期历史以来，堤坝被用作一种结构，用于阻断水流，供水，控制破坏性的季节性和永久性洪水的流量和方向，控制河流流量等。一般来说，选择路堤大坝而不是混凝土大坝有各种各样的原因，特别是材料的成本和独特的施工场地要求)。混凝土比土材料贵;因此，由于所需的土质材料可能从项目现场或附近的矿山提供，因此，与建造堤坝相比，通过巨大而宽的模板浇筑混凝土的混凝土大坝可能是昂贵的。此外，它还利用了高承载能力的建筑工地提供的建设混凝土大坝在该国)Rahimi H.， 2010);然而，有较差的床和场地，可以用来建设堤坝。gydF4y2Ba

基本上，坝与坝床界面的截面形状在坝心方面有很大的不同，因此宽的坝基比混凝土坝更平滑地传递应力。本文旨在分析位于伊朗克尔曼沙省(Abdan Faraz Consulting Engineers Co.)的贾米山路堤大坝的结构动力学。大坝在上游和下游有垂直的粘性砂砾料心和砂砾料壳。由于大坝高度约为60米，属于高堤坝(Rahimi H.，2010, Vafaeian m .， 2009) (Abdan Faraz Consulting Engineers Co .)。此外，在进一步的研究和设计过程中，它被认为是5米的自由甲板高度(Abdan Faraz Consulting Engineers Co)，而其从海平面上升的顶高为1592米(Abdan Faraz Consulting Engineers Co)。坝体自由板高度是与基于位移的动力分析直接相关的参数。gydF4y2Ba

本研究是检查动态分析的概念，尤其是堤防水坝。基本上对水坝和其他相关工程问题的动态分析需要深度洞察力（Seismo Soft Ltd.，2011）材料的行为和在不同阶段相关的实验性和数值模拟的各种参数。因此，建议首先掌握路堤水坝的静态结构行为的基础，然后向前识别和检查这种水坝的动态行为。在这项研究中，讨论了动态负载下材料参数和行为的主要概念。然后，讨论了动态分析的经典方法和一些结果和相关提示，而其弱点与所提出的方法进行比较。后来，检查数值建模技术，然后呈现结果。gydF4y2Ba

最后，展示了整体结果以及其他一些相关票据。值得注意的是，将仅在时间历史中的时间分析来讨论它;因此，与频域中的分析相关联的其他概念将不会超出上下文。在本研究中，在识别和分析路堤水坝的历史动态反应期间，将这些问题调查如放大，衰减和阻尼。然而，高度强调的路堤大坝的动态结构参数，较小地检查连续设置内的岩土参数，例如孔隙水压力和大坝车身颗粒材料的液化。gydF4y2Ba

路堤坝的动力分析:加速度记录的特性gydF4y2Ba

最初，基于路堤水坝的时际历史和动态分析，涉及与动态行为相关的原理，概念和基本关系。因此，提供了案例研究的动态分析：Jamishan Dam。在本文中，试图根据真正的前一个国家和国际地震使用加速时间历史记录，以在堤防坝结构上应用正确的动态地震载荷（地震）。为此，它应该有足够的定量和定性性质的了解。然而，已经提出了不同作者的各种参数（Arias a。，1970- yang c.y.y.，1986），以确定和区分地震加速记录，其中一些将被讨论。gydF4y2Ba

堤坝动力分析方法gydF4y2Ba

然而，已经开发了各种方法来分析地震载荷下的堤防水坝的动态行为。然而，它们包括广泛的方法，从检查放置在坝体中的关键装置的结果，并通过基于各种数值方法直接或回归分析来对数值研究的基础。通常用于研究水坝动态行为的数值方法，主要涉及有限元或有限差异方法的计算。动态建模的两个主要策略，（1）非线性，（2）等效线性方法通常用于数值方法。然而，非线性动态分析提供了研究的分析基础，这与土壤的真正行为更接近。后来，将讨论一些经典方法的关系，假设和结果，以研究堤防坝结构的动态结构稳定性，这提供了对堤坝的动态行为的更完整的洞察力，从而有助于达到所需的输出动态分析。gydF4y2Ba

堤坝结构的动力破坏模式gydF4y2Ba

在本节的其余部分，将描述堤防水坝动态分析的经典方法（Rahimi H.，2010，Vafaeian M.，2009）。在这种情况下，假设堤坝的故障模式和动态崩溃如图所示。根据下图，堤防大坝失败的七个主要原因如下[Rahimi H.，2010，Sherard J.L。，1967）：gydF4y2Ba

图2.1:失效的主要原因gydF4y2Ba 路堤大坝gydF4y2Ba 点击这里查看图gydF4y2Ba

[地震载荷下的堤坝可能损坏]gydF4y2Ba

1. 坝基主断层破裂引起的沉降和开裂;gydF4y2Ba
2. 由于地面运动（上游和下游弯曲的滑动），下游和上游面的折叠;gydF4y2Ba
3. 由于弯曲的沉降或不稳定性而减少了干舷导致坝宽的增加;gydF4y2Ba
4. 大坝在软弱土层上滑动;gydF4y2Ba
5. 水库盆地发生大构造运动时，由上游引起的地震和由地震引起的水库滑坡引起的波浪引起的大坝超过;和gydF4y2Ba
6. 出口损坏通过堤防领先泄漏和出口管道或排水管的潜在堵塞（Ambresys n。，1960，Ambresys n。，1962）。gydF4y2Ba

路堤坝材料的动力特性gydF4y2Ba

在路堤大坝的动力建模、分析和设计中，最显著的动力特性是土体中的地震波速度(包括地震剪切波速，VgydF4y2Ba_{年代gydF4y2Ba})和土材料的动剪切模量(G和GgydF4y2Ba_{马克斯gydF4y2Ba}）。gydF4y2Ba

值得注意的是，与柔软和冲积的床上的岩石或更高耐药床上的大坝不太可能坍塌。因此，最坏的情况是在厚的外粘土层上构建大坝。gydF4y2Ba

在这种情况下，弹性地震波的幅度可能会增加过松散的层，而波动速度降低（Rahimi H.，2010）。在严重的地震的情况下，波幅波动可能是30至60厘米，而波浪高度可能在15至30米之间。然而，细粒土壤的沉降比粒状土壤（砂质，砾石）更高。在一些淤泥和粘土触变性的土壤中，目睹堤防坝结构的破坏更有可能（Rahimi H.，2010）。gydF4y2Ba

由于孔隙压力的增加，低密度的细砂或中砂可能在地下水位以下液化，因此，水试图从土壤中流出到低压区(通常向上流向地面)。降低地震波的速度，振幅就会增加。表2.1列出了一些材料的平均地震波速度(Rahimi H.， 2010)。gydF4y2Ba

表1：各种土壤中的地震波速度[1]gydF4y2Ba 点击这里查看表格gydF4y2Ba

大堤动态分析的主要方法gydF4y2Ba

1. 基于求解坝体动力运动方程的方法(如Ambresys和Mononobe的方法);gydF4y2Ba
2. 将大坝离散成平行(水平)层，然后用数值方法进行动力分析;gydF4y2Ba
3. 有限元法(二维或三维);gydF4y2Ba
4. 有限差分法(二维或三维);gydF4y2Ba

堤坝地震影响动力分析的运动方程gydF4y2Ba

在对地的强制振动的动态分析中，运动方程表示如下：gydF4y2Ba

ma（t）+ cv（t）+ kx（t）= - magydF4y2Ba_ggydF4y2Ba(t)gydF4y2Ba（2.17）gydF4y2Ba

式中a(t):路堤坝加速度矢量gydF4y2Ba

v(t):路堤坝的速度矢量gydF4y2Ba

x(t):路堤坝位移矢量gydF4y2Ba

一个gydF4y2Ba_ggydF4y2Ba（t）：所有元素等于地面加速度的向量（即，过滤后发生地震的时间历史并调整基线）gydF4y2Ba

可以在模式坐标中解决该等式，其中获得了堤防坝的动态响应到地震激励gydF4y2Ba

表2：短期应力 - 应变分析的地质力学参数值（DAM施工完成时间）gydF4y2Ba 点击这里查看表格gydF4y2Ba

案例研究：Jamishan Bodankment Dam建模（使用软件）gydF4y2Ba

为了评估路堤大坝在动荷载作用下的结构响应，进一步的研究使用了由Abdan Faraz Consulting Engineers Co. (Abdan Faraz Consulting Engineers Co.，Iran)设计的Jamishan大坝的最大横截面。这座大坝为克尔曼沙地区供水。由大坝断面(图4.1)所示，其一般几何性质如下:gydF4y2Ba

• 坝顶与基岩之间的坝体高度为58米gydF4y2Ba
• 正常水位高度:1587米gydF4y2Ba
• 峰顶填高:1592米gydF4y2Ba
• 围堰坝顶高度:1560米gydF4y2Ba
• 基岩海拔1534米gydF4y2Ba
• 砾石-粘土(GC)岩心顶高度:1591mgydF4y2Ba
• 核心梯度：1°垂直和0.5°水平gydF4y2Ba
• 上游壳体坡度:垂直1°，水平2.1°gydF4y2Ba
• 过滤器的厚度和沿水平轴的速度：3米gydF4y2Ba
• 嵴宽度：10米gydF4y2Ba
• 围堰坝顶宽度:5米gydF4y2Ba
• 大坝免费板：5米gydF4y2Ba

箱柜的主体设计为具有垂直粘土芯的较小坝，其次是上游和下游过滤层，每个厚度为2.5米。gydF4y2Ba

图4.1：Jamishan堤坝大坝的最大横截面gydF4y2Ba 点击这里查看图gydF4y2Ba

图4.2:应用加速度或速度时程对刚性基础的表面和近表面结构进行动力分析的边界条件gydF4y2Ba 点击这里查看图gydF4y2Ba

用于建模的选定数值方法（使用软件）gydF4y2Ba

它是使用两个不同的软件包，具有独特的数值基础来模拟和评估Jamishan DAM的结构响应，反对加速时间历史：有限差分法（FDM）和有限元方法（FEM）。本文使用了FLAC2D作为二维显式有限差分计划和Quake / W作为二维有限元程序，用于动态建模的Geo-Studio软件包。gydF4y2Ba

数值模拟计算主要分为两个步骤:(1)静态模拟并达到静态平衡;(2)动态建模。为了发展描述材料行为的初始静态模型，它被应用于gydF4y2Ba弹性gydF4y2Ba-gydF4y2Ba完美的塑料Mohr.gydF4y2Ba-gydF4y2Ba库仑模型gydF4y2Ba，使其在其不同发展阶段的坝体结构（短期应力 - 应变）结束时使用应力 - 应变的参数（见表4.1）。对于初始静态模型来分析，它是使用创建初始静态文件的Quake / W软件功能，而静态模型在FLAC2D中使用具有动态配置的特征在FLAC2D中开发。gydF4y2Ba

大坝结构动力分析的地震记录gydF4y2Ba

在对加速度时程进行动力分析时，采用了三个真实地震记录，每个地震记录都有三个传递分量(纵向、横向和纵向)。总之，它提供了8种不同的加速度图。然后，利用Quake/W和FLAC2D将所有加速度图应用于贾米山大坝的数值模型中，提取坝体和坝基中各结构点的响应。表3给出了加速度图的主要特征。gydF4y2Ba

表3：使用FDM和FEM的二维动态分析应用实际地震记录的总体加速度。使用FDM和FEMgydF4y2Ba

＃gydF4y2Ba	起源日期和地点gydF4y2Ba	不。事件检测/位置gydF4y2Ba	地震站gydF4y2Ba	持续时间（秒）gydF4y2Ba	地点gydF4y2Ba	时间步(sec)gydF4y2Ba	过滤器LP.gydF4y2Ba	过滤器惠普gydF4y2Ba
							LP(赫兹)gydF4y2Ba	惠普(赫兹)gydF4y2Ba
1gydF4y2Ba	塔巴,09/16/78 LNgydF4y2Ba	1642gydF4y2Ba	塔巴斯gydF4y2Ba	32.84gydF4y2Ba	伊朗gydF4y2Ba	0.02gydF4y2Ba	未知gydF4y2Ba	0.05gydF4y2Ba
2gydF4y2Ba	Tabas，09/16/78，TRgydF4y2Ba	1642gydF4y2Ba	塔巴斯gydF4y2Ba	32.84gydF4y2Ba	伊朗gydF4y2Ba	0.02gydF4y2Ba	未知gydF4y2Ba	0.05gydF4y2Ba
3.gydF4y2Ba	Tabas，09/16/78，UpgydF4y2Ba	1642gydF4y2Ba	塔巴斯gydF4y2Ba	32.84gydF4y2Ba	伊朗gydF4y2Ba	0.02gydF4y2Ba	未知gydF4y2Ba	0.05gydF4y2Ba
4gydF4y2Ba	帝国谷5/19/40 270度gydF4y2Ba	4000gydF4y2Ba	USGS Station 117.gydF4y2Ba	40.00gydF4y2Ba	我们gydF4y2Ba	0．01gydF4y2Ba	15.0gydF4y2Ba	0.20gydF4y2Ba
5gydF4y2Ba	帝国谷5/10,180°gydF4y2Ba	4000gydF4y2Ba	USGS Station 117.gydF4y2Ba	40.00gydF4y2Ba	我们gydF4y2Ba	0．01gydF4y2Ba	15.0gydF4y2Ba	0.20gydF4y2Ba
6gydF4y2Ba	帝国VALLEY5/19/40,gydF4y2Ba	4000gydF4y2Ba	USGS Station 117.gydF4y2Ba	40.00gydF4y2Ba	我们gydF4y2Ba	0．01gydF4y2Ba	15.0gydF4y2Ba	0.20gydF4y2Ba
7gydF4y2Ba	科比01/16/95,090gydF4y2Ba	4096.gydF4y2Ba	TAKARAZU(提示)gydF4y2Ba	40.96gydF4y2Ba	日本gydF4y2Ba	0．01gydF4y2Ba	33gydF4y2Ba	0.13gydF4y2Ba
8gydF4y2Ba	科比01/16/95，UPgydF4y2Ba	4096.gydF4y2Ba	TAKARAZU(提示)gydF4y2Ba	40.96gydF4y2Ba	日本gydF4y2Ba	0．01gydF4y2Ba	40gydF4y2Ba	未知gydF4y2Ba

值得注意的是，它并没有扩展地震记录的不同组成部分与Jamishan Dam站点的地震历史成比例。另外，避免基于加速度来扩展它们，例如最大可信地震（MCE），设计基地震（DBE），最大设计地震（MDE），操作基地震（OBE）等，而是真实记录用于最大正常加速度刻度。gydF4y2Ba

二维有限差分分析的动态边界条件gydF4y2Ba

为了在动态分析中取得成功，需要满足最小的先决条件，包括:对问题和动态加载条件的详细了解。在进行数值动力分析之前，需要先导出静平衡模型，然后将动态载荷应用到模型中。静态平衡模型应考虑不同的步骤，在每个步骤中分别定义不同硬度和不同静载荷的材料，以达到静态平衡。gydF4y2Ba

统计和动态边界条件gydF4y2Ba

对于动载荷的数值模拟，应先达到静力平衡;然而，静态均衡文件需要动态配置，而动态组件将在静态分析期间暂时禁用。然后，对模型库进行动态加载，采用如下方式之一:gydF4y2Ba

应力历史;受力历史(主要是剪应力);加速历史;历史和速度。gydF4y2Ba

边界条件的调整符合选定的动力分析和阻尼比gydF4y2Ba

注意，如下面的图所示，通过施加上述动态负载，二维模型基座和横向边界条件将不同。另外，由于数值分析，因此施加自由场和安静的边界条件，以避免波浪的边界效果和不需要的反射和折射。在土结构相互作用和土壤动力学教科书中描述了边界条件的控制方程。选择Riley阻尼，这可以通过采用临界阻尼比和中心频率来定义。中央频率被认为接近坝体的固有频率，从而使用FLAC2D软件中的模态分析获得了其数值（在无动态下的动态配置上没有阻尼依赖于动态配置）。然后，估计大坝的坝体的固有频率在约1赫兹。另外，临界阻尼比被假定为0.05（5％），这对于常规地热材料是常见的。稍后，将使用两个程序（参见下文图）来说明问题建模条件的示例。由于主题的广度，避免了不必要的细节。gydF4y2Ba

图4.3贾米山大坝坝体和坝基有限元模型及响应时程gydF4y2Ba 点击这里查看图gydF4y2Ba

图4.4：使用软件的Jamishan Dam的二维有限差异模型（2D-FDM）gydF4y2Ba 点击这里查看图gydF4y2Ba

建模结果：有限差分法（FFM）和有限元方法（FEM）gydF4y2Ba

使用Quake / W和FLAC2D程序分别用于二维有限元（FEM）和差异（FDM）动态分析的最终结果。在本节中，假设大坝嵴的四类未知参数，核心和基部之间的界面，以及基岩作为分析的输出：（a）坝体的Varioys点的加速度响应的水平分量和基础（X-ACC），（B）坝体和基础（Y-ACC）不同点的加速度响应的垂直分量，（c）水坝体和基础不同点的位移响应的水平分量（X-DIS），（d）坝体各个点的位移响应的垂直分量（Y-DIS）gydF4y2Ba

应记住，有限元输出单元显示在图表上，而FDM和FLAC2D输出的单位始终如下：位移以米，加速度为M / sgydF4y2Ba^2gydF4y2Ba，时间以秒为单位。此外，还应注意垂直轴上的功率系数。然而，除了一些罕见的情况外，上述两种方法的输出和数值都有类似的趋势。主要的差异是水平位移和垂直位移的计算，这主要是由于两种程序使用的动态边界条件的定义不同造成的。FLAC的输出图显示三个点的坐标(103 1),(103年,16),和(103、76)分别位于中间的模型基础的最低点低的基石,底部中间的核心的接口核心和上部基岩下大坝,大坝的嵴最高点。在这种情况下，它被认为是完全相同的三个坐标作为QUAKE/W程序中的一个标准来监控响应速度。然后，给出了基于未知分量(加速度或位移)的两种方法的输出。gydF4y2Ba

结论gydF4y2Ba

本研究是检查堤坝水坝的动态结构分析。为此，使用两种不同的数值方法分析Jamishan DAM的时间历史：通过FLAC2D程序和Quake / W程序的二维有限元方法和二维有限元方法。Jamishan Valley是U形的。在这种情况下，由于坝嵴长度和谷形状在不同的横截面中提供所需的均匀性，因此通过两种方法考虑计算的平面应变。对于在时域中的大坝的动态分析，在基岩上施加9种不同的Accelerogram作为数值模型基础。9加速局包括3个纵向水平，3个横向水平，3个横向水平和3垂直部件的伊朗，日本神户和美国的El Centro塔架的着名地震。该研究专注于坝体的三个不同点的加速和位移，（1）（1）在大坝嵴上的点，（2）坝基底座和基岩的界面，（3）基岩内数值模型底部的一个点。gydF4y2Ba

有趣的是，两种数值模型的输出加速度值与初始输入加速度图相同，没有任何变化。关于输出位移和加速度，需要注意:gydF4y2Ba

一般来说，并不能说所有的输出加速度图都在坝顶处被放大，因为它要求地震波输入频率与坝体固有频率一致。gydF4y2Ba

选择用于FDM分析的Riley阻尼率有助于抑制来自AcceleroGrams的波浪;除了几个案例之外，甚至在施加地震记录后，坝嵴的运动也仍在继续。gydF4y2Ba

干舷高度(5米顾问提出的项目进一步的研究[3])足够似乎对计算出的最大垂直清算申请的记录等强震塔巴的伊朗和日本神户,尽管更高的价值€喜爱一个€喜爱提供更大的安全系数。gydF4y2Ba

在某些情况下，不同地震记录的输出呈现同步趋势，而在另一些情况下则呈现非同步趋势;然而，在数值方法的输出中可以看到一些差异(有时明显，有时极小)。gydF4y2Ba

由于采用了三维阻尼、Riley阻尼、静边界、加速度刚性模型基、自由场等概念来定义模型边界条件，与非线性有限元法相比，该非线性方法更精确，输出更有逻辑。只考虑动力学-力学边界条件。gydF4y2Ba

应该注意,观察到有一个几乎类似的趋势估计加速度输出坝体的FDM和有限元程序,而相关的差异主要是位移值,通常由于定义边界条件的差异进行动态分析。gydF4y2Ba

在定义上，将Riley机械阻尼比为5％，坝体的自然频率为1 Hz作为FLAC2D程序的中心频率;即，虽然它没有定义FEM的任何特定阻尼比，并且它只是针对不同（粘合和颗粒状）材料的最大阻尼和阻尼比率。gydF4y2Ba

由于假定坝心与岩石地基交界面存在高弹性抵抗基岩(即高弹性模量)，可见基岩输出加速度值的放大，有时大于坝顶输出加速度值。gydF4y2Ba

参考gydF4y2Ba

1. Rahimi H.“堤防水坝”，德黑兰大学出版物，3gydF4y2Ba^{理查德·道金斯gydF4y2Ba}，德黑兰，伊朗（2010年）gydF4y2Ba
2. Vafeian M.“堤坝”，学术教育，文化学术中心，伊夫兰工业大学学术中心5gydF4y2Ba^thgydF4y2Ba， Isfehan，伊朗(2009)gydF4y2Ba
3. Abdan Faraz咨询工程师有限公司“进一步研究：Jamishan Bemance Dam的项目”，Kermanshah地区水组织的档案馆和Libraray，伊朗德黑兰，伊朗gydF4y2Ba
4. SeismoSoft有限公司，“地震信号v.4.3软件包”(2011)gydF4y2Ba
5. Arias A. <地震强度的量度>，载于《核电厂的地震设计》，麻省理工学院出版社，剑桥，马萨诸塞州，第438-483页(1970)。gydF4y2Ba
6. 杨C.Y.[1986]结构的随机振动，约翰瓦里和儿子。gydF4y2Ba
7. Ambresys N.“关于地球坝的地震行为，”普罗斯。2。世界意见。在地震eng。卷。1，东京。（1960）gydF4y2Ba
8. 土坝的地震稳定性分析[j]。计算机协会。在地震中。，印度鲁尔基大学。(1962)gydF4y2Ba
9. “土坝设计中的地震考虑”，土木工程学报。和发现。ASCE第93卷第1期SM4。(1967)gydF4y2Ba
10. Terzaghi K.“Landslides机制”，地质学在工程实践中的应用，Berkey卷，美国地质学会，形成了土壤力学，John Wiley＆Sons，纽约（1960）的形式理论。gydF4y2Ba
11. zienkiewicz o.c.“有限元方法”，麦格劳山，伦敦。（1977）gydF4y2Ba
12. 沐浴K.J.和威尔逊E.L.“有限元分析中的数值方法”，Englewood Cliffs，New Jersyy：Prentice - Hall，Inc。（1976）gydF4y2Ba