高土石坝地震灾变模拟及安全控制方法研究

利用高压大型振动三轴仪对高土石主要坝筑坝材料与等效级配且几乎不产生颗粒破碎的钢球进行试验研究，提出能合理反映地震和高围压下筑坝材料颗粒破碎特性的动力弹塑性本构模型；开展离心机振动台模型和大型动直剪试验，研究高土石坝中各类接触带在地震作用下的变形机制和破坏型式，提出相应的接触带本构模型以及接触带边值问题的数值计算方法；联合开展大型双向振动台和离心机振动台模型试验，揭示地震作用下土石坝的变形及溃决机理，提出能精细模拟高土石坝地震灾变及溃决过程的计算分析方法；研制集三维可视化、Windows图形用户界面和多线程为一体的高土石坝地震灾变和溃决过程模拟的大型计算机软件；按照"减轻破坏损失、抑制变形发展、避免大坝溃"的原则，结合国内外经受地震考验高土石坝的原型观测资料及震害调查分析结果，研究高土石坝地震安全评价标准，比较研究多种抗震加固措施效果，提出高土石坝地震安全控制方法。

本项目针对高土石坝主要筑坝材料—堆石料在静动力荷载作用下的强度和变形、高土石坝的地震破坏和溃决机理开展了较为全面深入的试验研究，取得以下创新成果：.1、利用高压、大型静动力三轴仪揭示了堆石料在循环荷载和高压力联合作用下的颗粒破碎规律，以及堆石料因颗粒破碎导致的强度和剪胀非线性特性，在广义弹塑性理论框架下提出了一个能合理反映堆石料颗粒破碎特性、循环滞回特性及永久变形积累特性的动力弹塑性本构模型。.2、利用循环剪切试验、振动台模型试验和离心机振动台模型试验揭示了高土石坝坝体及接触带地震破坏机理及漫顶溃坝过程，研究了先期地震对高土石坝抗震能力的影响，阐明了紫坪埔面板坝面板施工缝错台的力学机理，分别提出了能合理模拟高面板堆石坝和高心墙堆石坝地震漫顶溃坝过程的数值模型和相应的数值计算方法。.3、采用面向对象设计方法，开发了具有可视化和网格自动生成功能的高土石坝地震灾变及溃坝过程数值模拟计算机软件，可以对高土石坝施工、蓄水、地震及其漫顶溃决全过程进行模拟，软件具有自主知识产权。 .4、根据土石坝地震破坏机理模型试验结果和大量震害调查资料，建议了高土石坝地震安全评价标准，提出了两种经济、有效的抗震加固技术，并对其有效性进行了验证，为下一步开展高土石坝极限抗震能力计算分析奠定了基础。