土石坝地震变形机理和分析方法及震害对比研究

地震变形(裂缝、塌陷、滑坡)是土石坝典型震害。利用包括汶川大地震在内的土石坝地震震害资料，研究土石坝地震变形破坏参数量化方法，寻求坝址区地震动参数、土石坝动力特征参数、坝型、环境因素与土石坝地震变形量化参数间的统计关系，建立土石坝地震变形破坏经验模式。开展坝料动力拉伸实验，研究不同级配、前期固结压力和含水量下的坝料动力抗拉强度，开展小型振动台模型试验，研究冲击脉冲、谐波和地震波激励下坝体二维单元尺度应力状态和惯性力效应及裂缝动态扩展过程。定义坝体地震裂缝判别准则，提出土石坝抗裂稳定性分析方法；利用动态空心圆柱扭剪仪开展主应力轴偏转下的土体变形特性试验，提出主应力轴偏转效应的模型化方法，建立考虑主应力轴偏转效应的土石坝地震永久变形分析方法，以汶川地震震损土石坝的大型振动台模型试验予以验证。为进一步揭示土石坝地震变形机理，震灾预警和评估及抗地震变形工程措施设计提供新的方法与理论依据。

利用汶川大地震中四川省多个地区的土坝地震震害资料，对水库大坝进行了现场震害调查、资料收集和统计分析，总结了水库大坝的典型震害特征，包括坝体变形、坝体裂缝、坝体滑坡、坝体塌陷、大坝渗漏等，并简要分析了土坝震损的原因，同时提出了有效的震前防御与震后应急抢险措施；进行土坝二维地震动力反应分析，给出土坝地震破坏程度、动力反应与土坝几何形状的经验关系，提出了土坝地震破坏的经验模式；利用Access建立数据详实的水库土坝震害数据库系统，为震区水库土坝的恢复重建和防震减灾规划工作提供基础性的依据； 应用模糊DEA/AR模型对土石坝的抗震性能进行综合评价，采用汶川地震中的罗江县水库土坝作为实例，从模糊DEA/AR模型的计算中得到各土坝抗震性能的排序，从而为除险加固先后顺序提供参考意见；统计了汶川地震中均质土坝的坝顶裂纹开裂情况，基于ABAQUS软件的并行计算集群平台，对均质土坝坝顶的初始裂纹扩展路径进行了二维XFEM数值分析，探讨了不同的网格密度、初始裂纹深度和地震动峰值加速度对裂纹扩展的影响。将支持向量机方法中的支持向量分类模型（C-SVM for Classification，C-SVC）应用到水库大坝裂缝震害评价当中，以汶川地震中的绵阳市水库大坝作为工程实例，从评价系统的计算中得到各土坝裂缝震害的等级，为除险加固先后顺序提供参考意见；采用自由场大型振动台试验，研究了孔压升高和消散这两个阶段的土体动剪切模量，提出了采用土层中测得的加速度时程确定动剪切模量的方法，利用不同埋深处量测的加速度反应时程，采用线性插值法通过换算得到模型地基土剪应力和剪应变。基于流体力学方法，研究了循环荷载下孔压增长后的饱和砂土流体特性及其孔压相关性。出色地完成了基金项目的研究内容，依托该基金项目撰写''汶川地震中小型水库震害与数据库“专著1本、建立了汇集汶川地震288座中小型水库的震害数据库，申请了“水库大坝震害数据库系统”软件著作权1项(2013SR132659)、以安卓智能手机为硬件、安卓系统为软件平台研发的“土石坝震害数据库系统”软件著作权1项( 2014SR002502)，申请“一种自动土工试验制样机及制样方法”发明专利1项（201310031768.0）。