混凝土高坝系统的地震响应分析研究进展概述 - 中国水利水电科学研究 .pdfVIP

第10卷 第1期 中国水利水电科学研究院学报 Vol.10 No.1 2012年3月 Journal of China Institute of Water Resources and Hydropower Research March，2012 文章编号：1672-3031（2012）01-0001-08 混凝土高坝系统的地震响应分析研究进展概述 马怀发 ，陈厚群 ，徐树峰1 1 2 （1. 中国水利水电科学研究院 流域水循环模拟与调控国家重点实验室，北京 100048； 2. 中国水电顾问集团 西北勘测设计研究院，陕西 西安 710065） 摘要：本文从5个方面总结了混凝土高坝体系地震响应分析的必威体育精装版进展及所存在的问题，其内容包括：（1）坝体 伸缩横缝开合的接触非线性研究；（2）坝基远域能量逸散效应的模拟；（3）坝体-库水动力相互作用；（4）坝肩抗震 稳定分析研究；（5）坝体及地基非线性分析研究。最后提出了当前高坝系统地震动分析所面临的研究课题。 关键词：高混凝土坝；地震响应；材料非线性；坝体-地基系统；动接触；人工边界 中图分类号：TV312 文献标识码：A 高坝地震响应分析是抗震安全评价的核心。近年来，我国在西部高地震区修建了一系列300m级 的高坝工程，这些工程面临众多重大关键技术问题的严峻挑战，尤其值得一提的是，距离震级上限 为8级的摩西发震断层仅4.5km的大岗山拱坝，需要抗御世界少有的设计地震加速度高达0.56g的近 断裂大震的地震作用；300m级高拱坝在强震作用下的实际抗震性态，与已有的低烈度区的中、小型 水坝相比，将有许多本质性的差异。这些工程的规模及其所面临的问题难度和复杂性在国内外均无 先例。因此地震作用常成为设计中的控制工况。基于已有工程经验的传统抗震设计理念、方法和技 术途径，已很难适应迅速发展的工程建设需要。由于目前世界上尚缺乏高坝工程经受强震的实例， 因此处于西部强震频发环境中的高坝工程抗震安全受到了社会各界的广泛关注，特别是保证高坝大 库在遭受最大可信地震时不发生溃决灾变已成为当前水利水电工程抗震中的战略重点，而高坝-库 水-地基体系地震响应分析是对其地震灾变定量判断的重要组成部分。 高拱坝系统是包括坝体、地基、库水及其相互作用的综合体系。其地震响应分析主要研究地震 作用下拱坝的变形及应力分布、坝体与地基相互作用和坝体与库水相互作用等问题。有关这方面的 研究国内外学者做了大量的工作。以下将对其研究进展及其所存在的问题进行总结分析。 1 坝体伸缩横缝开合的接触非线性研究 考虑温度作用影响，拱坝在施工过程中按大致20多米宽度分段浇筑，待坝体混凝土冷却至稳定 温度时，再对大致沿径向分布的坝段间的横缝进行灌浆。在静载作用下，或者低拱坝在较弱的地震 作用下，坝体横缝一般被其承受的上游库水压紧，基本形成整体结构。但对超高拱坝在强地震的往 复作用下，作为整体结构，其上部拱向拉应力可达5~6MPa，目前很难浇筑如此高抗拉强度的大体积 混凝土，由此按照这一计算结果是无法在西部强震区修建300m级的超高拱坝的。而实际上，坝体中 经灌浆的横缝，只能传递压应力而几乎无抗拉强度，因而在往复的地震作用过程中，横缝必然反复 张合，拱向拉应力将被释放而导致应力重分布，作为整体结构计算所得的高拉应力实际并不存在。 因此，高拱坝在强震作用下已不再是整体结构，其地震响应分析中必须考虑横缝开合的动态边界接 收稿日期：2011-03-18 资助项目：国家自然科学基金项目；水利部公益行业科研专项（201201053）；中国水利水电科学研究院科研专项 （KJ1133；KJ1242） 作者简介：马怀发（1962-），男，山东枣庄人，教授级高级工程师，博士，主要从事计算力学、水工结构抗震及混凝土细观力学分 析研究。E-mail：mahf@ — 1 — 混凝土高坝系统的地震响应分析研究进展概述 马怀发 陈厚群 徐树峰 触非线性效应。 在地震过程中，横缝的存在对拱坝地震响应有着重要的影响，并且在强震时坝体横缝张开度关 系到止水结构的安全