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地震作用下的土坝安全评价 V．B．Gla90cskyO．M．Finagenov (B．E．Veden唧VNIIG公司+舰罗斯圣使得堡) [摘要]本文介绍了土坝在地震作用下应力应变状态、稳定性和安全性的计算过程．计算中考虑了地 震荷戴作用下土体参数的变化。 ● 关键词地震作用 稳定安全 土坝 尾矿坝 非线性变形 砂土洼化残余变形 概率方法 破坏概率可靠度 1概述 ● 地震作用可引起水工建筑物和地基的非线性变形。这种非线性包括应力和变形之间的函数关系以及 由于地震荷载原因引起的土力学参数变化。在设计阶段低估这些影响可能会使太坝产生大的附加变形，并 在地震中遭到损坏。这就是在地震作用下评估土结构安全应该考虑地震荷载影响下土力学参数变化的原 因。 考虑地震荷载影响下土力学参数变化的水工结构稳定性评价应包括以下阶段： ·考虑土力学参数的非线性，对坝一基进行静力计算； -考虑静力应力应变状态(SSS)，对地震作用进行调整；确定饱和非粘性土可能部分或全部液化的区 域； ·考虑土的非线性特性对结构进行动力计算．和／或考虑地震作用下土力学参数和荷载变化对结构进 行拟静力计苒。 2土坝安全评价步骤 在第一阶段应解决的问题是进行弹塑性静力计算，并要考虑各种材料参数的不同，以及模型参数(变 形模量和强度参敷)的变化，因为静荷载条件会影响土体的动力特性。 在第二阶段，考虑土体非线性力学参数，对地震作用参数进行调整。剪切波速(或动剪切模量)及阻尼 系数应作修正(泊松系数假定为常数，横向波速变化与剪切波速变化成比例)[2]。 ● 第二阶段首先要进行的修正是考虑结构及上覆土层自重等静力附加荷载的影响；其次是修正土力学 参数，以便进一步修正地震作用幅值。根据试验成果，±力学参数的非线性可通过将剪切模量和阻尼系数 乘以某些与动力剪切变形有关的系数来体现。这些系数在整个振动过程中是变化的，从而计算显然会是非 线性计算。因此要确定每一点的有效剪切变形(通常为振动过程中最大值的60％)，并据此修正土力学参 数。 ● 修正过的参数一方面用来重新计算地震作用参数，另一方面修正过的土力学参数和地震参数在结构 应力应变状态的计算中要应用到。 考虑土力学参数非线性的修正地震作用参数可用于结掏线性频谱和动力理论计算。按照动力理论，土 体变形双曲线模型在计算中应用广泛[3、4]。 在计算结构应力应变状态的第三阶段，要确定地震作用下非粘性或少粘性土可能的液化区。液化即饱 和±失去部分或全部承载艟力是由于高剩余孔隙水压力区及反向渗透力的出现。 只有当以下条件同时满足时土体才可能液化： (1)土壤结构由于抵抗压缩而破坏； ．143． (2)地震作用后出现了较大的卸荷残余变形，液化土受到了进一步压缩； (3)士完全或接近于完全饱和。 评价土体液化可能性最重要的是根据不可逆体积变形出现的条件确定结构动力穗定参舅：，如攮幅和 应力临界值。在砂土剪切试验中[5]，当剪切变形幅值小于(o．5～1．o)×10“时，没有残余体誊．变形． 对五种类型不同四度、粒径和非均匀度砂土的研究[6、7]给出了临界应力和击实度之问畦统一关系． 不同地震额率，静应力和相对密度情况下砂土的临界应力值可以由此确定． 当结构和基础所有点的应变和应力的实际辐值小于临界值时，就可认为结构动力稳定，不食出现液化 现象。 如果结构动力不稳定，就应估计液化度和液化区域。这种估计需要利用土壤嗣结方程[8]计算剩余孔 ● 骧水压力，或者采用试验室试验结果[9]或现