土石坝地震安全评价与抗震设计

一、国内外土石坝震害表现
5.12地震中德阳柏林水库上游坝坡塌滑
一、国内外土石坝震害表现
成都新油坊土坝裂缝
一、国内外土石坝震害表现
紫坪铺面板坝震害
✓2008年“5.12”汶川地震震中位于大坝以
西17km，震中烈度达11度，持续时间2分 钟，从坝顶动力反应推断，基岩地震加 速度峰值当在0.5g～0.7g左右，烈度将 超过9度，远超过大坝的设防烈度,导致 大坝发生明显损伤
1985年的墨西哥发生8.1级地震，震中位于上述两坝约 75km，地震持续时间60s
La Villita坝：坝基基岩最大水平加速度为0.125g，坝 顶最大反应加速度为0.45g
Infiernilo坝：坝基基岩最大水平加速度为0.13g；下 游马道中部（坝基以上100 m ）的最大反应加速度为0.38g， 据此推断Infiernilo坝坝顶中部最大反应加速度应在0.5g 左右
粘土心墙和上下游堆石坝壳接触部位也出现了深 达1.5 m的纵向裂缝
智利高85m的cogoti面板抛填堆石坝，稍加缓边
坡并设置柔性多层钢筋混凝土面板，遇9度地震 后面板无损坏，只是坝顶沉陷42cm
我国最大坝高101.8 m的碧口粘土心墙坝经受汶
川特大地震后产生了24 cm的震陷，上游坝坡最 大水平达28.1 cm，坝体也出现了多条裂缝
22.6cm；顺河向永久变形指向下游，最大值20cm
一、国内外土石坝震害表现
下游坝坡水平位移指向下游， 850m高程处(坝顶
高程为884m)最大约27cm，最水平位移?
一、国内外土石坝震害表现
坝顶人行道与大坝路面结合处最大裂缝宽度
63cm；坝顶路面与溢洪道顶产生20cm的错台
一、国内外土石坝震害表现
1975年海城地震，坝址烈度7°
震后1小时20分，发现右坝段 175m范围内，有两处由水位以 上2m开始向下滑坡，其长度分 别为33m和26.3m，在坝高 35m以下普遍滑动，滑动面积 为15000㎡，方量约3万方，滑 坡最大铅直深度为4.7m
一、国内外土石坝震害表现
日本坝高105 m的牧尾粘土心墙堆石坝震后坝顶
一、国内外土石坝震害表现
地震导致大坝坝顶瞬间发生了最大为68.4cm的震陷，
地震后（5月17日）5天，最大震陷发展为74.3cm
一、国内外土石坝震害表现
坝体内部测点测得的最大震陷81.0cm位于850m
高程(坝顶高程为884m)，最大震陷100cm?
一、国内外土石坝震害表现
坝轴向变形为由两岸向河谷中央变形，最大值
33.53cm，指向坝体下游
✓ Austrian土坝上下游坝坡上部1/4坝高范围内出现了多条纵
向裂缝，最深达4.27m，两坝肩也出现了横向裂缝，其中坐 落于风化岩体上的左坝肩裂缝最大深度为9.14m，右坝肩与 溢洪道接触部位裂缝最大深度为7m
一、国内外土石坝震害表现
辽宁石门水库粘土心墙坝（坝高46m）
报告内容
国内外土石坝震害表现 目前土石坝抗震安全评价方法的不足 土石坝抗震安全评价方法的改进 土石坝抗震设计的几点思考
一、国内外土石坝震害表现
La Villita和Infiernilo粘土心墙堆石坝
(墨西哥)
✓ La Villita坝：最大坝高59.7m+70m厚砂砾石覆盖层 ✓ Infiernilo坝:最大坝高148m
永久变形矢量指向坝内，表明地震导致坝体产
生体积收缩
一、国内外土石坝震害表现
面板施工缝错台严重，最大 17cm；垂直缝挤压破坏
一、国内外土石坝震害表现
面板脱空，高程愈大，脱空愈明显，最大脱空达23cm
二、目前土石坝抗震安全评价方法的不足
1、筑坝材料本构模型不能正确反映高围压和地震
荷载联合作用下的强度和变形特性
一、国内外土石坝震害表现
密云水库白河主坝(坝高66.4m)
1976年唐山地震， 导致水下防渗斜墙 砂砾石保护层滑落 ，长度约500m；水 上约20m砂砾石保 护层没有出现滑动 （地震液化）
一、国内外土Βιβλιοθήκη Baidu坝震害表现
河北陡河水库均质土坝（坝高22m）
1976年唐山地震，坝址烈度9° 主坝严重裂缝：全坝有横缝100余条， 缝宽一般为0.1～0.5cm，穿过坝顶， 最大缝宽达3cm，深度不大。另有贯主 坝全长1700m，平行于坝轴线的纵缝 带2条，一条在上游坡面高程35～36m ，另一条在下游坡面高程34～35m， 裂缝垂直地面，缝宽最大达30cm，深 度直达坝基，下游坡纵缝两侧土体发现 有错距，下高出上10～30cm
✓粘弹性、等效线性
弹塑性非线性
✓颗粒破碎
剪缩增强、剪胀抑制
相对高估水平位移
低估震陷、
✓流变、震陷 面板脱空 受力状态变化 损伤
二、目前土石坝抗震安全评价方法的不足
2、1g振动台模型试验与离心机振动台模型
试验
✓应力一致性
✓振动台功率
✓模型箱尺寸
二、目前土石坝抗震安全评价方法的不足
一、国内外土石坝震害表现
美国Hebgen土坝(坝高35m)
1959年8月17日遭遇7.6 级地震。发震断层通过 水库北岸，距右坝肩 210m。地震造成巨大涌 浪，漫顶水头高达1m (2002年新疆喀什西克尔 水库因地震溃坝）
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一、国内外土石坝震害表现
2008年 5.12汶川地
震造成全国2380座水 库出现险情，其中四 川1803座，四川出险 的水库中有溃坝险情 的69座，高危险情的 310座，次高危险情 的1424座，绝大部分 为土石坝
一、国内外土石坝震害表现
两座坝的震害非常相似
✓ 沉降： La Villita坝和Infiernilo坝坝顶粘土心墙分别产
生了11cm和9cm的沉降
✓ 裂缝：粘土心墙和堆石坝壳接触部位坝顶出现明显裂缝
La Villita坝顶粘土心墙和上下游堆石坝壳接触部 位裂缝长达350m的连续裂缝，最大缝宽约10cm，最大 深度达50 cm
Infiernilo坝顶粘土心墙和上下游堆石坝壳接触部 位出现断续绵延全坝长335m的宽0.2-15 cm的纵向裂 缝，深达粘土心墙顶部
一、国内外土石坝震害表现
美国Austrian土坝（最大坝高61 m）经受
1989年Loma Prieta地震(M=7.1)
✓ 坝顶最大反应加速度分别达0.6g ✓ 最大震陷量达85.34cm，下游坝坡的最大水平位移为