地震荷载作用下地下厂房洞室群的动力响应分析.pdfVIP

. . 水 力 发 电 学 报 第 卷 第 期 ., 年 月 地震荷载作用下地下厂房洞室群的动力响应分析 刘 宁 中国水电顾问集团华东勘测设计研究院,杭州 摘 要:在地下厂房的长期使用期限内,其除了承受自身开挖引起的应力作用外,还将受到许多不可预知力的作用,地 震就是其中之一。而地震动荷载下地下洞室的响应分析是一个复杂的问题。虽然地下工程的设计方法逐渐成熟,但目 前仍以拟静力方法为主。本文以某水电站地下厂房洞室群为例,利用 如对其进行了动力分析,详细说明了计算步 骤。计算结果表明,地震动作用增加了洞室临空面变形,且计算结果大于拟静力方法计算的结果,在进行工程设计时,应 慎重选择。本文的计算成果可以为类似的工程计算提供参考。 关键词:水工结构;动力响应; ;地下洞室 中图分类号: 文献标识码:, : ?, .? . , ,. ,. . ,. :;; ;引言 随着我国对西部水电资源的开发,近些年内有相当多的大型水力发电工程和蓄能电站进入兴建与筹划期。 其中很多都设计有大型或超大型地下洞室群做主要的水工建筑物,且大多选择为深埋式地下厂房,这些厂房多数 均需建设埋深大地下洞室群作为其主要的建筑。然而由于我国地处欧亚大陆板块、太平洋板块和印度板块之间, 环太平洋地震带上,地震活动非常频繁, 度及 度以上地震设防的地区就占全国总面积的三分之二以上,有一 半以上的区域位于 度及 度以上地震烈度区。 过去人们一直认为地下洞室群受到周围岩体的约束,具有良好的抗震性能 相对于地面结构而言 ,因而在 很长时期之内,对地下洞室群的震害问题远不如地面结构那样受到人们的关注,造成目前对地下洞室群的抗震问 题探讨不足。然而随着地下洞室群数量和体积的增加,地震对地下洞室的损害程度的也随之增加,地下洞室的抗 震问题日益受到世界各国地震工作者的高度重视。 目前,针对地震荷载作用下地下洞室群的相关研究主要集中在震后现场调查以及数值分析的初步工作 “ 。 收稿日期: 基金项目:国家自然科学基金 青年基金 项目;中国博士后基金面上项目 。 作者简介:刘宁 一 ,男,工学博士,高级工程师. ?: ? .水 力 发 电 学 报 近年来,美国 公司推出的 如能够很好地用以进行动力分析 。本文尝试利用 如作为工具对某电 站地下厂房洞室群进行动态响应分析,旨在为工程设计提供理论指导。 工程简介 . 工程地质概况 该水电站主厂房全长. ,宽 . ,高 .,轴 方向为 。 ” 。主变室 长 ,宽 . ,高. 。尾水调压室长,宽 . ,高 . 。主厂房 水平埋深约 ~ ,垂直埋深约 ~ 。地下厂 房深埋于厚层 ~巨厚状局部夹薄 ~中厚状白云质灰岩、变质 灰岩岩体中,岩石致密坚硬,多呈巨厚层状一层状结构,考虑 厂区地应力较高,围岩强度应力比 ~ ,综合考虑围岩类别以 图 结构面与厂房的相对位置关系 Ⅲ类为主,具备布置大型地下厂房洞室的地质条件,围岩物理. 力学指标建议值见表 ,主要结构面见图 。表 厂房区岩体物理力学指标建议值表. 计算范围与计算模型 选取了 机组作为研究对象,对整个地下厂房区建立准三维数 值计算模型,同时考虑了穿过厂房区的结构面的影响。模型尺寸 为:长 垂直厂房轴线方向,即 方向 ,高 高程方向,即 轴 方向 为从高程. 至地表,宽 厂房轴线方向,即 轴方向 为一个单元厚度。上述计算范围的网格划分见图 。 . 地震概况 地震地质背景和地震危险性分析表明工程场地内不具备发生 强震及中强震的地质构造条件,其地震危险性主要来自外围强震活 房区 ⅢⅢ Ⅲ Ⅲ 动的影响波及。根据国家地震安全性评定委员会审定,该水电站 年超越概率 %基岩场地地震动水平峰值加速度为,对应的 地震基本烈度为Ⅶ度; 年超越概率 %基岩场地地震动水平峰 值加速度为 ,区域构造稳定性较差。 动力分析法 图 厂房区计算范围网格图 动力分析法主要适用于结构物形状和地质条件比较复杂时的. 地下结构抗震反应分析。它是采用有限元理论,将地震记录直接输 入结构模型求得结构的动力反应,这种方法不仅可以求得结构受地震作用时反应的最大值,而且也可以观察到结 构反应的全过程,同时也使结构的弹塑性反应分析成为可能。 .动力计算步骤 运用 如进行动力计算,必须首先进行静力分析。在完成静力分析的基础上,才能施加动力载荷进行动 力分析。 动力计算大致可以分为以下几个步骤 : 确定计算区域,并进行网格划分; 选择动力计算模式,定义本构模型和材料的物理力学参数;第 期 刘 宁:地震荷载作用下地下厂房洞室群的动力响应分析 定义计算所需的边界条件和初始条件; 进行计算,获得初始平衡状态,即开挖前的原岩应力状态; 进行工程开挖计算分析,得到开挖后的静力计算结果; 检查静力计算结果,