高土石壩隨機(jī)地震反應(yīng)分析.pdf

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1、趙士強(qiáng)等：高土石壩隨機(jī)地震反應(yīng)分析41圈高土石壩隨機(jī)地震反應(yīng)分析趙士強(qiáng)，鄧學(xué)晶，周揚(yáng)(1．大連理工大學(xué)水利工程學(xué)院．遼寧大連116024；2．中國石油大學(xué)(華東)工程力學(xué)系。山東青島266555)【摘要】采用地震動(dòng)模型合成了一系列地震波，經(jīng)非線性有限元計(jì)算得到土石壩在地震作用下的一系列動(dòng)力反應(yīng)離散值，結(jié)合統(tǒng)計(jì)學(xué)原理考察了土石壩地震反應(yīng)的分布規(guī)律。結(jié)果表明：壩頂最大加速度基本符合對(duì)數(shù)正態(tài)分布，壩頂加速度放大倍數(shù)以及最小安全系數(shù)基本符合正態(tài)分布；8級(jí)地震，震中距為50kin比震中距為20kin的加速度反應(yīng)減弱了50％左右，同時(shí)震中距為20kin與震中距為50km相比，土石壩壩坡最小安全系

2、數(shù)減小了將近30％?！娟P(guān)鍵詞】高土石壩；地震動(dòng)模型；動(dòng)力有限元時(shí)程分析；概率分布【中圖分類號(hào)】313413．6【文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼】B【文章編號(hào)】1001—6864(2014)07—0041—04近年來，我國西部地區(qū)地震頻發(fā)、強(qiáng)度大，由于西分別控制強(qiáng)震階段的強(qiáng)度以及衰減階段的函數(shù)形狀，部地區(qū)在建的土石壩數(shù)量眾多，伴隨著壩高逐漸增經(jīng)優(yōu)化后與地震參數(shù)(震級(jí)、震中距等)有關(guān)；，分大，這些大壩在地震作用下的動(dòng)力反應(yīng)及壩坡穩(wěn)定問別代表了平穩(wěn)段的起始時(shí)間和結(jié)束時(shí)間。公式中題已經(jīng)成為土石壩設(shè)計(jì)中重點(diǎn)關(guān)注的問題。地震荷(t一．r．A)的含義是單自由度線性振子在單位脈沖載是一種隨機(jī)荷載，無論是地震發(fā)生的地點(diǎn)、

3、強(qiáng)度、傳激勵(lì)下結(jié)構(gòu)的加速度響應(yīng)，具體表達(dá)式如下：播途徑等都存在明顯的隨機(jī)性?。我國學(xué)者汪聞韶^(t—r，A())曾利用FLUSH程序?qū)ν潦瘔芜M(jìn)行大量地震反應(yīng)計(jì)算，-1．r卞-11-,=—ex~r—結(jié)果表明，對(duì)波形不同的地震波，即使峰值加速度相—廠—一．．f()∞f(f)(t—)】~／l一()同，壩體地震反應(yīng)峰值也是相當(dāng)離散的】。所以，傳×sin[tof()=(t一，_)】(2)統(tǒng)的基于一條地震波的地震反應(yīng)分析以及穩(wěn)定性評(píng)式中，r為任意時(shí)刻，A(r)表示振子的固有頻率價(jià)存在著不合理的地方。鑒此，文中利用地震動(dòng)模型和阻尼比都是隨時(shí)間變化的，其中()代表了振子合成了大量隨機(jī)地震波，考察了土

4、石壩壩頂最大加速的固有頻率，(．r)代表其阻尼比。另外，式(1)中度、壩頂加速度放大倍數(shù)以及最小安全系數(shù)的分布規(guī)(．r)代表了白噪聲過程，，是常數(shù)項(xiàng)，其表達(dá)式為：律，對(duì)比了震級(jí)為8級(jí)，震中距分別為20km和50km．1時(shí)各反應(yīng)分布參數(shù)的差別，對(duì)后續(xù)利用可靠度理論定；=21rSfh2(t—f，A)dr(3)J一∞量的給出土石壩壩坡的失效概率具有一定意義。式中，s為白噪聲強(qiáng)度。1地震動(dòng)模型采用以上地震動(dòng)模型可以直接合成符合潛在震為了得到符合地震場(chǎng)地統(tǒng)計(jì)特性的地震波，文中源場(chǎng)地特性的一系列地震波用以進(jìn)行可靠度分析。引用近年來提出來的一種地震動(dòng)模型。這種模型為獲得土石壩的地震反應(yīng)，文中采用動(dòng)

5、力有限元時(shí)程考慮了地震動(dòng)在時(shí)域和頻域內(nèi)的非平穩(wěn)性，即在平穩(wěn)法對(duì)土石壩進(jìn)行非線性數(shù)值計(jì)算。過濾白噪聲過程的基礎(chǔ)上，引進(jìn)了確定性的調(diào)制函2計(jì)算模型數(shù)，并且可以用來直接生成地震波。該模型數(shù)學(xué)公式文中采用大連理工大學(xué)工程抗震研究所自行開如下：發(fā)的巖土工程非線性有限元分析程序GEODYNA以及r1一-i(t)=g(t，)l一I(t—r，A)(r)dI(1)有限元穩(wěn)定分析程序FEMSTABLE對(duì)規(guī)則的面板堆石fJ一∞壩模型進(jìn)行非線性有限元數(shù)值計(jì)算。其中，地震動(dòng)輸式中，q(t，a)是調(diào)制函數(shù)，當(dāng)t≤Tl時(shí)，g(t，)人采用文中地震動(dòng)模型人工合成一系列震級(jí)為8級(jí)且震中距分別為20km和50km的地震

6、波。·(寺)；當(dāng)≤≤時(shí))t≥2．1計(jì)算模型及參數(shù)時(shí)，q(，)=lexp[一Ot2(t—)“】，參數(shù)l，2，O／3計(jì)算模型為一規(guī)則的面板堆石壩，壩高200m，上[基金項(xiàng)目]國家自然科學(xué)基金(51279025，91215301)；新世紀(jì)優(yōu)秀人才支持計(jì)劃資助(NCET一12—0083)42低溫建筑技術(shù)2014年第7期(總第193期)游壩坡坡度為1：1．4，下游壩坡取為1：1．6，大壩分162z層填筑，面板分三期澆筑，蓄水至壩頂以下10m。堆石●1O體靜力計(jì)算模型采用鄧肯E—日非線性彈性本構(gòu)模憾—l一2型，堆石體動(dòng)力計(jì)算采用等效線性黏一彈性本構(gòu)模曩-301o2030405060型，具體模型公

7、式及參數(shù)含義參見文[5]。二維有限時(shí)間t，s元網(wǎng)格見圖1，主要材料堆石的模型參數(shù)見表1～(且)工況1地震波樣本表3。叮?p，J}，l{。1具lI，IlIii_ll，Iilll，l_i_ll時(shí)間￡，si【lIi_llFlIlI(b)工況2地震波樣本圖1大壩二維有限元網(wǎng)格圖圖2人工合成地震波加速度時(shí)程表1堆石靜力模型參數(shù)曲線靛2峰值加速度／m-S-2懿剿瑚(a)工況1用~MSTABLE計(jì)算有限元穩(wěn)定時(shí)需要給出堆石的c，以及△，現(xiàn)給出參數(shù)如下表：表3堆石有限元穩(wěn)