地震次生灾害作用下高坝风险分析研究.pdfVIP

第 卷 第 期 水 力 发 电 学 报 . .年 月 .. 地震次生灾害作用下高坝风险分析研究 贾 超 ,王志鹏 ,高 凤 ,任青文.山东大学 土建与水利学院,济南 ; .河海大学 工程力学系,南京 摘 要:为开发我国西部地区丰富的水电资源,一批高坝大库已建或正在开工建设当中。西部地区是我国强震多发区, 因此对高坝进行地震风险分析研究至关重要。坝址区多位于高山峡谷之中,在高烈度地震发生时,极易产生地震作用下 的边坡滑动,滑坡人库将激起巨大涌浪,所产生的高水头冲击力作用于高坝上将会额外增大高坝风险。本文针对以上问 题,对高坝在地震及地震所产生的滑坡次生灾害共同作用下的风险问题进行了研究,分析对比了高坝在不同作用组合条 件下的风险,得出的结论可为高坝地震风险控制提供依据。 关键词:水工结构;地震次生灾害;风险分析;高坝;滑坡 中图分类号:文献标识码: , , , . ,,; . ,, : ., ? . , ? , , . ? . . : ;; ; ; 引言 能源问题是目前世界范围内广泛关注的重大问题,水电能源作为一种清洁的可再生能源日益得到世界各国 的重视。为开发我国西部地区丰富的水电资源,一批高坝大库已建或正在开工建设当中,西部地区是我国的强震 多发区,尤其是近年来,地震发生愈加活跃,尤以 年汶川 . 级地震所造成的灾害为重。因此对我国西部强 震区的高坝进行地震风险分析和研究至关重要¨ 。笔者认为不仅要研究高坝在单一地震作用下的风险问题, 还要研究高坝在地震及地震次生灾害共同作用下的风险问题。坝址区一般位于高山峡谷之中,库区高边坡在地 震作用下极易发生滑坡,大体积滑坡入库后必将产生不可忽视的涌浪,若滑坡发生于近坝的上游,涌浪的产生一 方面增大了作用于坝体的水头,另一方面高速水流也将对坝体产生冲击力,这些效用与地震作用相互叠加后将增 大高坝风险,因此研究高坝在地震及地震所产生的次生灾害共同作用下的风险有重要的现实意义,而以往的研究 更多的是注重高坝在地震单一作用下的风险问题。针对以上问题,本文以某高坝及库区高边坡为例,研究了地震 作用下的库区高边坡滑动入库后造成的涌浪,将涌浪效用与地震效应叠加后作用于坝体,分析了高坝的风险,并 与高坝在正常蓄水位及高坝在单一地震作用下的风险进行了对比分析,得出了三种工况下的风险后果,可为高坝 收稿日期: 基金项目: 重大研究计划资助课题 混凝土坝一地基耦合系统破坏机理: ;山东省优秀中青年科学家科研奖励基金 。 作者简介:贾超 一 ,男,副教授. ?: .. 第 期 贾 超等:地震次生灾害作用下高坝风险分析研究 地震风险控制提供借鉴。 地震作用下滑坡人江体积计算 . 计算模型及参数选择 某高坝上游库区的边坡断面简化模型如图 所示,取平面尺寸 ×为研究对象,其中水面高程为,渠底高程为一;该边坡有两组主要节理,倾角分别为 。、。。 ∞如鲫加∞如∞ 如加 单位/ 图 边坡计算模型.在该数值模拟中,岩石材料采用理想弹塑性模型,屈服准则采用 . 强度准则,层面采用面接触的滑动模型。模型岩石材料和节理的物理力学指标如表 、 所示。 表 岩块变形和强度参数 表 节理变形和强度参数 本文根据《水工建筑物抗震设计规范 ? ,按 度地震进行计算,水平向设计加速度 ,不考 恝竖直向加速度,地震归一化后的加速度如图 所示。 是 趟’ ’ 翊 . 『 ¨¨’ ’’ ’’ 星 《 时间/ 图 水平向地震加速度. . 边坡运动分析 采用非线性力学分析,图 为施加地震荷载 后边坡位移矢量图,由图 可确定滑坡体的相关数据,经计算 析,边坡塑性区分布如图 所示。 该岩石高边坡沿倾角为 。主节理面滑动;通过分析,滑坡体重心距离初始水面的距离为 . ;滑动面长 .;滑动面积为;滑坡体长为,则滑坡体的体积为;滑坡体质量为。水 力 发 电 学 报 图 滑坡体的位移矢量图 图 边坡塑性区分布图.. 滑坡体涌浪高度预测及周期计算 . 滑坡体速度计算方法 滑坡体速度按美国土木工程师协会推荐公式进行计算 ,计算示 意图如图 所示。 该方法假定:滑体滑落于半无限水体中,滑体当作整体以重心作 质点运动,沿滑动面的下滑力 按式计算: 图 滑坡体受力示意图 :一.式中: 为滑面倾角 。 ; 为滑体单宽重量 / ; 、 为滑动时滑 面的抗剪强度参数; 为滑体重心距离水面的距离,; 为滑块与滑面接触面长。 则根据牛顿第二定律及运动学公式推导,得滑坡入水速度的计算公式: √? 一 式中: 为滑坡体人水速度, / ;其余符号同公式。 . 斜向运动模式下初始涌浪高度计算公式 潘家铮于年提出初始浪高的计算方法,假定涌浪首先在滑坡入水处发生,产生初始波,然后向周围传 播,并认为滑坡体侵入水库的断面积随时间