面板堆石壩面板地震反應(yīng)分析-chinainstituteofwater

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1、面板堆石壩面板地震反應(yīng)分析-ChinaInstituteofWater紫坪鋪妞板堆石壩地震永久變形分析趙劍明常亞屏陳寧（屮國水利水電科學(xué)研究院巖土所，北京，100044）摘要針對紫坪鋪妞板堆石壩工程，根據(jù)堆石料的大型動三軸試驗(yàn)結(jié)果，確定了壩料的殘余體應(yīng)變和殘余剪應(yīng)變模式，特別是非飽和料的殘余體應(yīng)變模式。在所建立的面板壩三維非線性動力反應(yīng)有限元法基礎(chǔ)上，結(jié)合孔隙水壓力擴(kuò)散和消散的計算，建立了一套同時計入殘余體應(yīng)變和殘余剪應(yīng)變的面板堆石壩地震永久變形的計算方法，并對紫坪鋪面板壩工程進(jìn)行了地震永久變形的計算，分析了壩體地震永久變形的

2、量值和分布情況，為大壩的抗震設(shè)計提供了冇力的技術(shù)依據(jù)。關(guān)鍵詞面板堆石壩，地震反應(yīng)，殘余體應(yīng)變，地震永久變形1前言紫坪鋪水庫工程位于四川省成都市西北60多公里的岷江上游，是一座以灌溉和供水為主，兼有發(fā)電、防洪、環(huán)境保護(hù)、旅游等綜合效益的大型水利樞紐工程，是都江堰灌區(qū)的調(diào)節(jié)水源工程。本工程位置在都江堰市麻溪鄉(xiāng)，上游與岷江干流映秀灣電站尾水銜接，下游距都江堰市約9公里。該工程擋水建筑物為鋼筋混凝土面板堆石壩，最大壩高156m,壩頂高程884.00m，壩頂長度663.77m,上游壩坡1:1.4,下游壩坡1:1.5?1:1.4,正常蓄水

3、位877.0m,設(shè)計洪水位871.2m,校核洪水位883.1m,總庫容11.12億m3。壩基覆蓋層由漂卵碗石夾砂層透鏡體組成，厚10?23m，1結(jié)構(gòu)松散，具一定架空結(jié)構(gòu)，但仍具有一定抗壓縮變形能力，抗剪強(qiáng)度也較高，滲透系數(shù)在5.79?10?11.57?10cm/s。水庫工程定為一等工程，主要建筑物均為I級建筑物。設(shè)計洪水頻率為千年一遇，校核洪水為可能最大洪水。本工程區(qū)基本地震烈度為VII度，面板壩按VIII度地震烈度設(shè)防。受四川省水利水電勘測設(shè)計研宂院委托，中國水利水電科學(xué)研究院巖土工程研究所通過室內(nèi)大型動三軸試驗(yàn)，詳細(xì)研究了

4、紫坪鋪水庫血板堆石壩壩料的動力工程性質(zhì)，其中重點(diǎn)研宄了壩料的地震殘余變形特性，結(jié)合在所建立的面板壩三維非線性動力反應(yīng)有限元法，對大壩遭遇8度地震時的地震永久變形進(jìn)行了分析。2面板壩地震永久變形的三維非線性有限元分析方法2.1地震永久變形研究概況作為大壩抗震安全性評價的的重要指標(biāo)，面板堆石壩的地震永久變形計算是面板堆石壩抗震研究中一個重要課題。土石壩地震永久變形的計算方法除Y利用彈塑性模型直接計算殘余變形的真非線性分析方法外，主要有兩大類［lh—類是滑動體位移分析法，一類是整體變形分析法?；瑒芋w位移分析法的基本出發(fā)點(diǎn)是假定土石壩

5、的殘余變形主要是由地震時壩坡及地基發(fā)生瞬態(tài)失穩(wěn)時滑移體產(chǎn)生位移造成的，主要基于Newmark的剛體滑動面假設(shè)和屈服加速度概念。整體變形分析法的基本假定是把壩體及地基作為連續(xù)介質(zhì)來處理。這類方法一般是先進(jìn)行地震反應(yīng)分析，求出壩體及地基的反應(yīng)，然后利用材料動力特性的試驗(yàn)結(jié)果，加以簡化求出壩體殘余變形。目前，基于Serff和Seed等人提出的應(yīng)變勢概念的整體變形計算方法有著廣泛的應(yīng)用。在現(xiàn)有的土石壩地震永久變形的計算方法中，多數(shù)只考慮了土料的殘余剪應(yīng)變，而沒有計入土料的殘余體應(yīng)變。面板堆石壩中堆石體具有由于棱角破碎而引起體積收縮的特

6、性，殘余體積變形不宜忽略。冃前對飽和土料的殘余體積變形研究較多，而對非飽和土料的殘余體積變形研宄則很少,而面板堆石壩在運(yùn)用期間大部分堆石體處于非飽和狀態(tài)，因此為了較準(zhǔn)確地計算血板堆石壩的地震殘余變形，基于試驗(yàn)資料建立非飽和堆石料的殘余體應(yīng)變模式是非常重要的。基于應(yīng)變勢概念的整體變形計算方法的基本過程是首先對大壩進(jìn)行地震反應(yīng)分析，確定大壩在地震作用下的應(yīng)力應(yīng)變狀態(tài)，然后利用所建立的殘余應(yīng)變模式計算殘余應(yīng)變，并根據(jù)應(yīng)變勢的概念計算人壩的地震永久變形。因此要準(zhǔn)確計算板堆石壩的地震永久變形的兩個關(guān)鍵問題是：建立可靠的面板壩地震反應(yīng)分析

7、方法和堆石體殘余應(yīng)變計算模式。2.2面板壩地震反應(yīng)分析方法2.2.1本構(gòu)模型本文計算中土石料的靜應(yīng)力應(yīng)變關(guān)系采用了鄧肯E-B非線性模型。為了反映土的動應(yīng)力應(yīng)變關(guān)系的兩個基本特征：非線性和滯后性，并表示出剪切模量和阻尼比與動剪應(yīng)變幅的關(guān)系，本文采用了中國水利水電科學(xué)研究院大型動三軸試驗(yàn)結(jié)果。根據(jù)試驗(yàn)測得動剪切模量比G/Gmax和動阻尼比X與動剪應(yīng)變丫的關(guān)系曲線，采用參考剪應(yīng)變丫r=t則得到較為單一的max/Gmax婦一后，G/Gmax?y/Y「關(guān)系曲線和X?Y/Yr關(guān)系曲線，圖1是本文-2-2所研究的面板堆石壩工程的主堆石料的相

8、應(yīng)曲線。動力計算時輸入相應(yīng)關(guān)系曲線的控制數(shù)據(jù)，根據(jù)應(yīng)力應(yīng)變值進(jìn)行內(nèi)插和外延取值，用于計算。根據(jù)試驗(yàn)結(jié)果，最大動剪切模量Gmax可以表示為：Gmax入(％)??????攀??K?Pa??o??Pa?Y/vr(1)2圖1G/Gmax?y/yr和入?丫/yr關(guān)系曲線式中，？o?為平