运行车辆荷载对土石坝动力响应及振动影响范围分析.pdf

第8期2 0 2 3年8月广东水利水电G U A N G D O N G WA T E R R E S O U R C E S A N D HY D R O P OWE RN o.8A u g.2 0 2 3运行车辆荷载对土石坝动力响应及振动影响范围分析章 敏1,高焱哲1,曹克磊2,呼梓旭2,张建伟2(1.广州市宏涛水务勘测设计有限公司,广州 5 1 0 4 0 5;2.华北水利水电大学 水利学院,郑州 4 5 0 0 4 6)摘 要:针对车辆运行对土石坝产生的振动安全问题,以广东地区某水库大坝为研究对象,建立三维精细化仿真模型,采用稳态正弦波动荷载方法模拟移动车辆荷载,开展坝顶行车过程及车辆荷载对土石坝结构动力响应、振动作用范围的影响研究,分析不同车辆荷载作用下坝体力学特性及振动影响范围的变化规律。结果表明:坝体的竖向附加应力随车重增加而呈线性增大趋势;车辆沿路面产生的竖向附加应力随着深度的增加呈现出衰减的趋势;车辆对坝体产生的竖向变形,距离车辆中心越远竖向变形越小。车辆在平顺路面稳定行驶情况下,车辆荷载对坝顶路面以下0 0.4 m区间内竖向应力影响较大,坝体应力随深度(距坝顶路面)的增加呈衰减趋势;车辆行驶过程中单个车轮对坝体的影响范围约为1 m,应力变化情况呈倒马鞍形分布。关键词:车辆荷载;坝顶路面;碾压式均质土坝;数值仿真中图分类号:T V 6 4 1;T U 4 3 文献标识码:B 文章编号:1 0 0 8-0 1 1 2(2 0 2 3)0 8-0 0 4 9-0 9 收稿日期:2 0 2 3-0 4-1 0;修回日期:2 0 2 3-0 5-1 6基金项目:广州市科技计划项目(编号:2 0 2 0-k y);广州市宏涛水务勘测设计有限公司科技攻关项目(编号:2 0 2 2-0 7)。作者简介:章敏(1 9 9 4-),女,硕士,高级工程师,主要从事岩土工程设计及勘察工作。通讯作者:张建伟(1 9 7 9-),男,博士,教授,从事水利水电工程研究工作。1 概述土石坝以其取材容易,施工简便,施工难度小,经济性高等特点在大,中,小型水利枢纽的施工中得到了广泛的运用,且筑坝高度随筑坝技术的提升而不断突破。对于水利工程而言,土石坝的主要功能是发挥防洪、供水、灌溉、水力发电等作用,但国内有部分土石坝也兼具交通功能。考虑到土石坝坝顶过车会对坝体产生振动影响,实际工程中应关注车辆荷载对土石坝坝体性能的影响,严重情况会产生振动破坏,危害坝体运行安全。因此,解析车辆荷载对土石坝运行安全影响具有重要工程意义。现阶段,国内外学者主要开展了车辆荷载对道路路面影响范围方面的研究,如刘栋1、程小龙2利用A B A Q U S分析堆石坝坝顶道路在车辆荷载作用下的动力响应,认为相同水位组合情况下坝体动应力随着车速的提高而提高。李太兵等3对车身重量与车辆行驶速度共同作用下坝体拉应力,压应力,剪应力及动荷载产生的变形分布及变化规律进行了研究,认为坝体主拉应力随着车重增大而线性增大。谢秀新等4采用A N S Y S三维模拟的方法,讨论了汽车荷载作用下坝顶道路的动力响应及其影响深度范围。C e b o u5分析了车辆参数及其对轮胎压力影响,给出了相关示例。W u等6以汽车及其悬挂体系动力平衡为研究对象,采用有限元法导出汽车动力特性矩阵来分析多轮汽车下轨道及汽车动力响应。K e n n e d y等7假定车辆为两自由度体系,对路面不平顺情况下车辆参数、车速及地面响应进行了研究。H y o d o M等8假设软土地基上车辆荷载引起的竖向应力为其静力作用下竖向应力的4倍。王志新等9对飞机荷载进行了研究,认为附加应力随最大附加应力点的距离增加而降低;覆土深度较浅时,飞机荷载引起的附加应力较大,其值大小受地层因素的影响也较为明显。综上可知,当前有关移动车辆荷载对结构的影响多聚焦于路桥、轨道等行业,缺乏水利枢纽工程中坝顶过车对坝体性能影响方面的研究成果,有待深入研究。94本文以广州市白云区和龙水库工程为研究对象,建立三维精细化有限元模型,开展坝顶行车过程仿真模拟,探究坝体路面在车辆荷载作用下的动力响应及其对路面工作区振动作用范围的影响,明晰不同车重对土石坝应力、位移及振动影响范围的变化规律,研究成果可为类似土石坝工程运行管理提供理论参考和依据。2 车辆荷载模拟方法2.1 车辆荷载模拟方法选取车辆荷载具有随机性、瞬时性和长期反复性等特点,受道路结构类型、车辆本身等诸多因素的影响,是一种十分复杂的动力荷载。车辆在实际运动过程中会产生一定的振动施加在路面上,路面所承受的交通荷载是一种随机荷载,受路面平整度及车辆自身振动特性的影响,不同的振动频率导致路面动应力不同,这使得车辆荷载具有较强的随机性。此外,车辆在运动过程中轮胎与路面相作用的接触面近似于椭圆,使得路面受到的动应分布规律并不均匀,因此想要精确模拟车辆荷载比较困难。目前,车辆荷载模型主要分为下述几种简化形式1 0:半正弦波荷载,矩形波荷载,冲击荷载,随机荷载(如图1 图4所示)。图1 半正弦波荷载示意图2 矩形波荷载示意图3 冲击荷载示意图4 随机荷载示意随机荷载模型比较杂乱无章,由于路面不平整,交通荷载具有随机不均匀性,荷载的随机性大小可通过荷载的标准差与均值的比值来表示,其公式为:/(1)式中:随机荷载的标准差;随机荷载的均值;阈值1 1。行驶于道路上的交通工具给道路施加的力,除车辆,货物和驾驶员自身重力外,还包括车辆行驶过程中的冲力。这些冲力在时间变化对荷载影响的角度划分上可以分为以上4种类型,在荷载空间上可以分为3类:点源、线源和面源1 2-1 4。在其他条件一定的情况下,车辆运行时其自身产生的振动对于行车时车身和不平整路面的震动而言,可忽略不计,可以把汽车所发生的垂直振动看作是由于地面不平整所造成。因此,这里用一个简明的、能够反映车辆荷载的周期性特征以及行车速度效应和几何不平顺效应的激振形式,近似于汽车荷载的计算公式,并基于汽车荷载公式对坝顶路面效应区间进行了分析。本文把车辆荷载近似描述成稳态正弦波动荷载,它包括车辆静荷载和函数叠加的动荷载两类1 5,公式如下:F(t)=P0+P1s i n(t)(2)P=M0a 2(3)=2 v/L(4)式中:P0 车轮静载;P 振动荷载幅值;振动圆频率;M0 簧下质量;a 几何不平顺矢高;v 汽车运行速度;L 几何曲线波长(取车身长)1 6。052 0 2 3年8月 第8期章 敏,等:运行车辆荷载对土石坝动力响应及振动影响范围分析N o.8 A u g.2 0 2 3这一表达式形象地体现了车身轴重和非悬挂质量这两个车体自身影响因素及路面不平顺的作用,兼顾车辆行驶速度和车辆荷载周期性作用,形式简洁,计算方便,并与汽车行驶速度密切相关,可用于车辆荷载的仿真。2.2 计算方法选取模拟移动荷载的原理即利用A B A QU S把路面切分成规则均匀的单元,接着在规则均匀的单元上将汽车荷载作用上去,对汽车车轮在道路中运行进行仿真。同理,车辆在坝顶路面行驶过程中,利用四个矩形压强荷载来等效模拟移动车辆荷载,由于现实行驶过程中,车辆轮胎与道路表面的接触面积大概为椭圆形,但椭圆形计算荷载较为复杂,不易在编程语言里实现,在本文中将其等效成矩形(见图5)。AC=0.4L 0.6L+(0.3L)2=0.5 2 2 7L2(5)X=Ac0.6L=0.5 2 2 7L20.6L=0.8 7 1 2L(6)图5 接触面积简化示意3 土石坝仿真模型建立3.1 工程概况和龙水库总库容为1 6 0 2万m3,属中型水库,工程等别为等,枢纽永久性水工建筑物级别为3级。根据 水库大坝安全鉴定办法 水库大坝安全评价导则,综合鉴定和龙水库大坝为二类坝。大坝为碾压式均质土坝,坝顶长为2 3 5 m,坝顶宽为7.5 m,坝顶高程为4 7.7 m,最大坝高为2 4.7 m;坝体填筑土的土质以粘性土为主、压实度较高,渗透性较弱;坝底以渗透性微弱的粘性土为主1 7。钻探结果显示,坝址区分布地层有人工填土层、冲积层、白垩系基岩、石炭系基岩共4个大层,分述如下:1)人工填土层:杂填土,呈浅灰色、褐黄色等,主要由黏性土、砂粒及少量碎石块组成,稍密,干稍湿,土质不均,局部顶部0.2 0 m为砼。场地各孔均揭露到。2)冲积层:粉质粘土,土黄色,湿,可塑状,土质较均匀,含少量中粗砂,摇震无反应,稍有光泽,干强度中等,韧性较高,属中压缩性土。场地各孔均揭露到。3)白垩系基岩 全风化粉砂岩:褐红色,层状构造,岩石已完全风化成粉质粘土,坚硬,遇水软化、崩解。属中压缩性土。岩体基本质量等级为级,属极软岩。场地各孔均揭露到。强风化粉砂岩:褐红色,铁质、泥质胶结,节理裂隙很发育,岩芯呈半岩半土状夹碎块状,岩块手捏可碎。岩体极破碎,属极软岩,岩体基本质量等级为级。场地各孔均揭露到。4)石炭系基岩:中风化石灰岩,灰色,隐晶质结构,中厚层状构造,裂隙发育,见少量方解石细脉充填,岩芯呈饼状、块状、局部短柱状,岩质软,锤击易碎。岩体较破碎,属极软岩,岩体基本质量等级为级。场地各孔均揭露到。3.2 三维有限元模型及材料参数以和龙水库大坝设计数据为基础,选择典型断面建立了局部有限元三维模型。该模型选择了4 0.0 0 m长、1 5 1.5 2 m横向宽的汽车行驶方向,深度为5 2.2 1 m,从上到下分为3层,依次为混凝土路面、坝体、基岩。坝体上游迎水面用厚5 0 0 mm的C 3 0钢筋混凝土面板进行加固,其下依次为厚2 0 0 mm的碎石垫层以及厚2 0 0 mm的粗砂垫层。因建坝时间已久,需对坝体进行充填灌浆,灌浆深度为2 3 m;坝体与基岩接触面处为帷幕灌浆,灌浆深度为2 1 m。数值模拟计算中,混凝土路面、坝体、坝体上游迎水面钢筋混凝土面板、碎石垫层、粗砂垫层、基岩等均采用三维实体单元。有限元模型采用六面体缩减积分单元(即C 3 D 8 R实体单元)对路面结构层,路墩,坝坡结构层,坝基土体进行网格划分,鉴于作用于路面结构层的移动荷载主要作用范围位于结构层上部且该区域应力与位移变化较为明显,为确保计算精度和计算效率,在路面结构层及其相邻区域的网格划分上适当加密,并在路面结构层下地基土体网格上有序划分,和龙水库大坝整个模型共划分单元3 9 0 1 6 8个(包括后期进行帷幕灌浆加固处理的重单元),单元结点4 1 5 8 0 0个(如图6所示)。在该模型中,Y向法向约束作用于车辆运行方向边界,X向法向约束分别作用于左、右边界,全约束152 0 2 3年8月 第8期广东水利水电N o.8 A u g.2 0 2 3作用于底面边界。图6 大坝模型示意模拟计算中,坝体及基岩均采用M o h r-C o u l o m b屈服准则,混凝土路面、坝体上游迎水面钢筋混凝土面板、碎石垫层、粗砂垫层、充填灌浆及帷幕灌浆桩等均采用弹性材料模拟,其中混凝土路面及坝体上游迎水面钢筋混凝土面板选用C 3 0混凝土。材料具体参数见表1。表1 有限元材料计算参数名称 密度/(k g/m3)弹性模量/G P a泊松比凝聚力/M P a内摩擦角/坝体2 2 5 00.0 1 2 1 20.3 50.0 22 5基岩1 9 0 00.0 1 6 50.3 50.0 3 53 2碎石垫层5 0 0 00.1 7 2 50.3粗砂垫层1 6 5 00.0 7 50.3C 3 0混凝土2 4 0 03 10.2充填灌浆2 4 0 00.1 80.24 车辆荷载对土石坝力学特性的影响4.1 坝体应力分析为探究不同车重的车辆荷载对坝体应力的影响,提取不同重量的车辆荷载经过坝体中间同一位置时坝体竖向附加应力云图(如图7所示)。由图7可知,不同车重的车辆荷载对坝体产生的竖向附加应力较大值均出现在车辆荷载的加载位置,随着距加载点距离的增加呈现出快速减小的趋势,车辆荷载由于靠近上游侧施加,在坝顶上游防浪墙处产生竖向附加应力。为探究不同车重的车辆荷载对坝体应力沿深度方向的影响,提取车辆荷载经过坝体中间部位时,沿着坝顶路面向坝基不同深度处的竖向附加应力随时间的变化曲线(如图8所示)。a 车重2 t时坝体竖向附加应力云b 车重1 5 t时坝体竖向附加应力云图7 坝体竖向附加应力云示意a 0 m处应力时程曲线 b 0.4 m处应力时程曲线 c 4.2 m处应力时程曲线 252 0 2 3年8月 第8期章 敏,等:运行车辆荷载对土石坝动力响应及振动影响范围分析N o.8 A u g.2 0 2 3d 1 0 m处应力时程曲线图8 应力时程曲线示意 由图8可知,坝顶公路路面上引起的竖向附加应力非常明显,车辆轴载每次经过都会出现明显应力峰值。浅层出现两个较明显峰值,当达到一定的深度范围以后,车辆轴载产生的应力峰值逐渐叠加融合在一起。车重为2 t和1 5 t的车辆荷载在坝顶公路路面产生的竖向附加应力分别为6 0 k P a和4 6 0 k P a,在深度为1 0 m处产生的竖向附加应力分别为0.1 k P a和1 k P a,分别减小了9 9.8 3%和9 9.7 8%,说明车辆荷载产生的竖向附加应力随着深度的增加呈现出快速衰减的趋势,且随深度增加存在一定滞后性及应力扩散现象。为探究不同车重的车辆荷载对坝体应力沿坝轴线方向的影响,提取了坝顶公路路面在坝轴线方向上不同位置竖向附加应力随时间变化的规律(如图9所示)。由图9可知,2 t重荷载车辆在坝顶路面沿坝轴线方向不同位置处产生的竖向附加应力变化均较小,说明路面平顺、车辆行驶稳定时,车辆荷载对坝体产生的竖向附加应力随着车辆荷载的移动而变换位置,数值上没有太大波动。图9 2 t车辆沿坝轴线行驶过程应力示意将不同车重的车辆荷载在坝顶路面不同位置处产生的竖向附加应力峰值取平均值(见表2所示),构建车重竖向附加应力函数,并绘制车重竖向附加应力关系曲线(如图1 0所示)。由图1 0可知,车辆荷载对坝顶路面产生的竖向附加应力随着车重的增加而增大,拟合出公式y=-31 05x-0.0 0 1 1,且R2=0.9 9 9 9 8,呈线性关系。表2 车重与应力峰值平均值关系车重/t2581 01 5应力峰值平均值/P a-6 2 5 5 9.7-1 5 6 3 0 9-2 5 0 0 3 5-3 1 2 5 2 7-4 6 8 8 6 3图1 0 车重与竖向附加应力峰值平均值关系示意4.2 坝体变形分析由坝体应力分析可知,车辆荷载对于大坝坝体的影响基本都是以表层为主,随深度继续增大,车辆荷载作用于坝体上的应力会逐渐衰减;低于某一深度,车辆荷载基本没有影响。由以上分析可知,车辆荷载的大小不同,对坝体的影响也存在明显的差异。为了探究不同车重的车辆荷载对坝体竖向变形的影响,提取车辆荷载行驶至坝体中间位置处坝体的竖向变形云图(如图1 1所示)。由图1 1可知,车辆荷载对土石坝坝体产生的竖向变形以加载点为中心呈辐射状分布,随着距加载点距离的增加,车辆荷载对坝体产生的竖向变形逐渐减小;且车辆荷载引起的竖向变形,随距坝顶路面深度增大而减小,此结论与坝体竖向应力分析中,随着深度增加,车辆荷载产生的竖向附加应力呈现出比较明显的衰减趋势相吻合。图1 2为车辆荷载行驶至坝体中间位置处坝顶路面竖向变形最大值-车重关系曲线图,由图可知,车重为2 t时车辆荷载对坝体产生的竖向变形最大值为0.3 9 mm,1 5 t时荷载对坝顶路面产生变形峰值为352 0 2 3年8月 第8期广东水利水电N o.8 A u g.2 0 2 32.9 4 mm,说明车辆荷载对坝体产生的竖向变形随着车重的增加而增大。因此,应对过坝车辆的车重进行限制,防止车辆荷载造成坝体变形过大,威胁大坝的安全稳定运行。a 2 t车辆载位移云b 1 5 t车辆荷载位移云图1 1 车辆位移云示意图1 2 坝体距轮中心位移曲线示意5 坝体应力位移影响范围分析为探究车辆行驶过程中,车辆荷载对坝顶路面以及坝体深处应力影响范围,提取汽车沿行驶方向在坝顶道路中间2 0 m处路面的竖向应力值。结果表明,右后轮正中间(B点)应力最大,4个轮子的中间位置(E点)距离B点最远,应力值也最小,符合实际情况。距离作用点越远,其应力值越小,因此在这里选择应力峰值B点作为对沿路面不同深度的影响范围研究的基准点,以及车辆后轴作为对沿路面横向不同距离影响范围的基准轴。图1 3 接触面点位示意5.1 坝体竖向附加应力影响范围分析当一定深度竖向附加应力占自重应力的1/1 0时,可视为交通荷载作用于路面上的有效作用影响深度。为了探究车辆荷载对坝体竖向的影响范围1 8,将车辆荷载沿坝顶公路表面向坝基不同深度处的竖向附加应力与不同深度处土体自重应力的1/1 0绘制成曲线图,得出车辆荷载影响深度,在此选取2 1 5 t 5种车重绘制曲线(见图1 4)。此5种车辆荷载的影响深度范围分别为0.9 8 8 m、2.9 8 6 m、4.3 4 2 m、4.8 8 9 m、6.1 4 5 m,说明由于土的阻尼作用和土压力扩散,荷载对于坝体的影响深度,随着车重的增加,影响深度的增加率逐渐变小。同时,在有效影响深度曲线图中,2 1 5 t 5种车重的应力在00.4 m深度范围内呈急剧下降趋势,车辆荷载对坝体内部的影响较小。a 车重2 t时有效影响深度曲线b 车重5 t时有效影响深度曲线452 0 2 3年8月 第8期章 敏,等:运行车辆荷载对土石坝动力响应及振动影响范围分析N o.8 A u g.2 0 2 3c 车重8 t时有效影响深度曲线d 车重1 5 t时有效影响深度曲线图1 4 有效影响深度曲线示意5.2 坝体竖向应力在横截面方向影响范围分析为探究车辆行驶过程中,对坝体横截面方向上产生的竖向应力变化情况,在车辆行驶的轨迹上,取3个点位,分别为8 m处、2 0 m处、3 2 m处,以汽车前轴中心为原点,向两侧提取应力值(见图1 5)。由于速度、驾驶方式等影响因素大致相同,这3个点位的应力值大致相同,所以在图中呈重合的趋势。由图1 5 可以看出,应力变化规律大致为倒马鞍形,轮载相应位置坝顶路面动应力更大,靠近坝轴线的路面受到的车辆荷载影响较大。从图中可以得出车轮的影响范围大约在距两个轮子中心1 m,每个轮子左右影响范围大约为1 m。a 2 t车辆荷载应力b 1 5 t车辆荷载应力图1 5 车辆荷载应力示意5.3 坝体竖向位移影响范围分析如图1 6所示,将行驶到大坝中间位置车辆的前后轮中心(E点)作为基准点,沿基准点横向上的结点提取位移变化值得到坝体横截面方向上坝顶路面的竖向位移。从图中数据可以得出,车轮中心形成的位移最大,分别为0.3 9 m m、0.9 8 m m、1.5 7 m m、1.9 6 m m、2.9 4 m m;且从数据中可以看出,5种荷载对坝体横向的影响范围皆达到了8 m(坝顶路面宽度)。图1 6 距轮中心位移变化示意 为探究车辆荷载对坝体竖向位移的影响深度,将行驶到大坝中间位置车辆的前后轮中心(E点)作为基准点,沿坝体表面向坝基深处选取加载点,绘制不同深度车辆荷载对坝体的竖向变形的位移图(如图1 7所示)。结果表明,5种荷载均导致坝体表面的位移量随着荷载的增加而增大;随着深度的增加,5种车辆荷载对坝体深处的位移皆趋近于0,和坝体竖向应力影响范围分析中由于土的阻尼作用和土压力扩散,车辆荷载在坝体中的影响深度增加率逐渐变小的结论相吻合。552 0 2 3年8月 第8期广东水利水电N o.8 A u g.2 0 2 3图1 7 距坝顶不同深度竖向位移示意6 结语本文基于A B A Q U S有限元模拟分析方法,车辆荷载动力模拟采取稳态正弦波动荷载,并采用D L O A D程序模拟真实车辆行驶,研究车辆荷载作用下土石坝的受力及位移影响情况。结论如下:1)在正常运行条件下,车辆行驶过程中,随车重增加,坝体的竖向应力值呈线性增大趋势。2 1 5 t车重的应力峰值平均值分别为:6 2.6 k P a、1 6 4.7 6 k P a、2 5 0.0 9 k P a、3 1 2.6 0 k P a、4 6 8.8 6 k P a。车辆荷载产生的竖向应力随着深度的增加呈现出快速衰减的趋势,且存在一定滞后性即应力扩散现象。2)车辆荷载对土石坝坝体产生的竖向变形以加载点为中心呈辐射状分布,随着距加载点距离的增加,车辆荷载对坝体产生的竖向变形逐渐减小;且车辆荷载引起的竖向变形,随距坝顶路面埋深增大而减小。3)车轮的影响范围大约在距两个轮子中心 1.0 m的距离内,每个轮子左右影响范围大约为1.0 m。在路面平顺,车辆行驶稳定情况下,车辆荷载作用于坝顶路面0 0.4 m内较为强烈,该范围内坝体应力值迅速衰减,车辆行驶过程中,车辆荷载对坝体内部的影响较小。可以着重考虑距坝顶深度00.4 m范围内的路面保护。4)2 1 5 t车辆荷载所造成的坝顶路面位移峰值分别为0.3 9 mm、0.9 8 mm、1.5 7 mm、1.9 6 mm、2.9 4 mm,随着深度的增加,5种车辆荷载对坝体深处的位移皆趋近于0。2 1 5 t车辆荷载的影响深度范围分别为0.9 8 8 m、2.9 8 6 m、4.3 4 2 m、4.8 8 9 m、6.1 4 5 m,由于土的阻尼作用和土压力扩散,车辆荷载在坝体中的影响深度与车辆荷载对坝体深处位移的影响,随车重的增加皆为非线性增加。参考文献:1 刘栋.堆石坝坝顶行车二维动力响应分析J.水电能源科学,2 0 1 6,3 4(1):8 5-8 8.2 程小龙.车辆荷载作用下堆石坝动力响应分析J.水电能源科学,2 0 1 6,3 4(1):8 0-8 4.3 李太兵,邓增凯.正常运行条件下坝顶公路行车对坝体的影响J.水电能源科学,2 0 1 6,3 4(5):7 7-8 0.4 谢秀新,黄华.车辆荷载对土石坝坝顶道路的影响分析J.河南水利与南水北调,2 0 2 1,5 0(1):8 4-8 7.5 HA R D Y M,C E B O N D.I m p o r t a n c e o f s p e e d a n d f r e q u e n c y i n f l e x i b l e p a v e m e n t r e s p o n s eJ.J o u r n a l o f E n g e n e e r i n g M e c h a n i c s,1 9 9 4,1 2 0(3):4 6 3-4 8 2.6 WU J S,S H I H P Y.D y n a m i c r e s p o n s e s o f r a i l w a y a n d c a r r i a g e u n d e r t h e h i g h-s p e e d m o v i n g l o a d sJ.J o u r n a l o f S o u n d&V i b r a t i o n,2 0 0 0,2 3 6(1):6 1-8 7.7 S U N L,K E N N E D Y T W.S p e c t r a l A n a l y s i s a n d P a r a m e t r i c S t u d y o f S t o c h a s t i c P a v e m e n t L o a d sJ.J o u r n a l o f E n g i n e e r i n g M e c h a n i c s,2 0 0 2,1 2 8(3):3 1 8-3 2 7.8 HY O D O M,Y A S U H A R A K.A n a l y t i c a l p r o c e d u r e f o r e v a l u a t i n g p o r e-w a t e r p r e s s u r e a n d d e f o r m a t i o n o f s a t u r a t e d c l a y g r o u n d s u b j e c t e d t o t r a f f i c l o a d sC P r o c e e d i n g s o f t h e s i x t h i n t e r n a t i o n a l c o n f e r e n c e o n n u m e r i c a l m e t h o d s i n g e o m e c h a n i c s.I n n s b r u c k:T r a n s p o r t a t i o n r e s e a r c h b o a r d,1 9 8 8:6 5 3-6 5 8.9 王志新,王波,李昊,等.飞机荷载引起的层状地基附加应力及对下穿隧道的影响范围研究J.土木工程学报,2 0 2 0,5 3(S 1):2 5 8-2 6 4,2 7 1.1 0 梁丹丹.既有库中面板堆石坝坝顶加宽方案及行车动力响应研究D.重庆:重庆交通大学,2 0 1 6.1 1 邓学钧.车辆地面结构系统动力学研究J.东南大学学报(自然科学版),2 0 0 2(3):4 7 4-4 7 9.1 2 罗汉勇,孟靖凯,韩春华,等.高速公路桥梁多车辆荷载模型与识别仿真J.计算机仿真,2 0 2 2,3 9(1 0):1 4 3-1 4 7.1 3 黄棁,刘开富.竖向循环荷载下双层地基中单桩承载力发挥 性 状 分 析 J.水 利 规 划 与 设 计,2 0 2 2(5):1 2 6-1 3 0.1 4 叶智华.重力墙式堆石坝表面变形监测方法和资料分析J.浙江水利科技,2 0 2 3(3):7 1-7 5.1 5 陈华.交通荷载作用下公路路基的动力有限元分析D.兰州:兰州理工大学,2 0 0 4.652 0 2 3年8月 第8期章 敏,等:运行车辆荷载对土石坝动力响应及振动影响范围分析N o.8 A u g.2 0 2 31 6 张艳美,梁波.几何不平顺条件下高速公路路基的动态响应J.兰州铁道学院学报,2 0 0 1(4):6 6-6 9.1 7 胡进民.广州市和龙水库防洪安全评估研究D.武汉:武汉大学,2 0 0 3.1 8 赵俊明,刘松玉,石名磊,等.交通荷载作用下低路堤动力特性试验研究J.东南大学学报(自然科学版),2 0 0 7(5):9 2 1-9 2 5.(本文责任编辑 胡雁)D y n a m i c R e s p o n s e C h a r a c t e r i s t i c s a n d V i b r a t i o n I n f l u e n c e R a n g e o f E a r t h a n d R o c k D a m u n d e r O p e r a t i n g V e h i c l e L o a dZ HA N G M i n1,G A O Y a n z h e1,C A O K e l e i2,HU Z i x u2,Z HA N G J i a n w e i2(1.G u a n g z h o u H o n g t a o S u r v e y a n d D e s i g n o f W a t e r c o n s e r v a n c y a n d H y d r o p o w e r C o.,L t d.,G u a n g z h o u 5 1 0 4 0 5,C h i n a;2.S c h o o l o f W a t e r C o n s e r v a n c y,N o r t h C h i n a U n i v e r s i t y o f W a t e r R e s o u r c e s a n d E l e c t r i c P o w e r,Z h e n g z h o u 4 5 0 0 4 6,C h i n a)A b s t r a c t:A i m i n g a t t h e v i b r a t i o n s a f e t y p r o b l e m c a u s e d b y v e h i c l e o p e r a t i o n o n e a r t h-r o c k d a m s,a t h r e e-d i m e n s i o n a l f i n e s i m u l a t i o n m o d e l w a s e s t a b l i s h e d t a k i n g a r e s e r v o i r d a m i n G u a n g d o n g a s t h e r e s e a r c h o b j e c t,a n d t h e s t e a d y-s t a t e s i n u s o i d a l f l u c t u a t i o n l o a d m e t h o d w a s u s e d t o s i m u l a t e t h e l o a d o f m o v i n g v e h i c l e s,a n d t h e i n f l u e n c e o f t h e d r i v i n g p r o c e s s o f t h e d a m t o p a n d t h e v e h i c l e l o a d o n t h e d y n a m i c r e s p o n s e a n d v i b r a t i o n r a n g e o f t h e e a r t h-r o c k d a m s t r u c t u r e w a s s t u d i e d,a n d t h e c h a n g e s o f t h e m e c h a n i c a l c h a r a c t e r i s t i c s a n d v i b r a t i o n i n f l u e n c e r a n g e o f t h e d a m b o d y u n d e r d i f f e r e n t v e h i c l e l o a d s w e r e a n a l y z e d.T h e r e s u l t s s h o w t h a t t h e v e r t i c a l a d d i t i o n a l s t r e s s o f t h e d a m b o d y i n c r e a s e s l i n e a r l y w i t h t h e i n c r e a s e o f v e h i c l e w e i g h t.T h e v e r t i c a l a d d i t i o n a l s t r e s s g e n e r a t e d b y t h e v e h i c l e a l o n g t h e r o a d s u r f a c e s h o w s a t e n d e n c y t o a t t e n u a t e w i t h t h e i n c r e a s e o f d e p t h.T h e v e r t i c a l d e f o r m a t i o n o f t h e d a m b o d y c a u s e d b y t h e v e h i c l e i s s m a l l e r t h e f a r t h e r a w a y f r o m t h e c e n t e r o f t h e v e h i c l e.U n d e r t h e c o n d i t i o n o f s t a b l e d r i v i n g o n s m o o t h r o a d,t h e v e h i c l e l o a d h a s a g r e a t i n f l u e n c e o n t h e v e r t i c a l s t r e s s i n t h e 0 0.4 m r a n g e b e l o w t h e d a m t o p r o a d s u r f a c e,a n d t h e d a m s t r e s s s h o w s a a t t e n u a t i o n t r e n d w i t h t h e i n c r e a s e o f d e p t h(f r o m t h e t o p r o a d s u r f a c e).T h e i n f l u e n c e r a n g e o f a s i n g l e w h e e l o n t h e d a m b o d y d u r i n g v e h i c l e d r i v i n g i s a b o u t 1 m,a n d t h e s t r e s s c h a n g e i s d i s t r i b u t e d i n t h e s h a p e o f a n i n v e r t e d s a d d l e.K e y w o r d s:v e h i c l e l o a d;d a m t o p p a v e m e n t;r o l l e r-c o m p a c t e d h o m o g e n e o u s e a r t h d a m;n u m e r i c a l s i m u l a t i o n 752 0 2 3年8月 第8期广东水利水电N o.8 A u g.2 0 2 3