核电厂沉积岩岩基激振试验研究震灾防御技术.PDF

第 6 卷 第 1 期 震灾防御技术 Vol. 6, No. 1 2011 年 3 月 Technology for Earthquake Disaster Prevention Mar., 2011 李勇，郑文棠，2011. 核电厂沉积岩岩基激振试验研究. 震灾防御技术，6 （1）：69—76. 核电厂沉积岩岩基激振试验研究1 李 勇 郑文棠 （广东省电力设计研究院，广州 510663 ） 摘要 岩基是核电厂Ⅰ、Ⅱ类物项的承载基础，其动力参数取值对核电厂抗震设计意义重大。目前， 我国核电站岩基以块状火成岩为主，其动力参数取值和试验成果较少，而有关层状岩体结构的核电站 沉积岩岩基动力参数取值和试验研究则未见报道。本文以我国首个以沉积岩为岩基的核电厂为例，基 于振动基本理论，设计了自由振动和强迫振动激振实验，并对比了垂直层理水平方向和沿层理水平方 向的激振试验结果，旨在获得首个沉积岩核岛岩基的岩基阻尼比、抗剪刚度和抗弯刚度等动力参数， 以期为类似工程提供设计依据。试验表明：由自由振动和强迫振动获得的某核电站呈层状岩体结构的 沉积岩核岛岩基动力参数相近，岩基抗压刚度系数为 21.40—28.83MN/m3 ；岩基抗剪刚度系数为 15.44—22.68MN/m3 3 ；岩基抗弯刚度系数为44.24—60.72MN/m ；岩基竖直向阻尼比为7.34%—7.68% ； 岩基水平回转向第一振型阻尼比为 7.43%—7.44%；垂直层理水平方向和沿层理水平方向试验成果的各 向异性指数为0.9%—7.5% ；动力参数呈弱各向异性。试验结果首次给出了该核电站沉积岩岩基的动力 参数取值范围，对具有相似岩基的核电厂抗震设计有较好的工程参考价值。 关键词：核电厂 沉积岩 核岛岩基 激振试验 阻尼比 引言 近年来，核电迎来了新的发展契机。我国的核电发展战略也开始由“适度发展”向“积极 发展”转变（国家发展和改革委员会，2007 ）。按照目前的核电发展战略，预计到2020 年我国 核电装机容量将达到 8600 万千瓦，这表明大量沿海和内陆核电站厂址的选址和规划建设亟待 开展。以往我国核电站厂址大多选择坚硬完整的火成岩作为核电厂 I、Ⅱ类物项相关的岩基（如 花岗岩），其动力参数取值和抗震设计可借鉴类似核电厂的原位试验和设计经验。然而，随着 优良块状火成岩岩基的核电站厂址逐渐减少，未来我国核电厂将向内陆发展，并可能考虑不同 岩性的岩基（如沉积岩、硬土等）。近年来，我国第一个采用沉积岩岩基的核电厂，由于其显 著发育缓倾角水平层理和构造节理，具有特殊的岩体结构特征，并迥异于已有的核电厂，其岩 基动力试验设计和动参数取值对我国未来的核电厂选址具有重要的工程参考价值。 在大多数情况下，可以较为容易地采用物理方法和经验公式获得岩基的质量和刚度，但 1 基金项目 广东省电力设计研究院院级科标经费资助 [收稿日期] 2010-07-01 [作者简介] 李勇，女，生于 1977 年。硕士，注册岩土工程师。主要从事大型火电工程和核电工程岩土工程勘察。 E-mail ：liyong@ 70 震灾防御技术 6 卷 由于很难充分地了解岩基的能量损失机理，即岩基实际的能力损失机理比单自由度方程列式 所简单假设的黏滞阻尼要复杂的多，因此需要采用激振试验来确定一个适当的黏滞阻尼特性。 这些试验方法主要有自由振动衰减法、共振放大法、半功率法和每周共振能量损失法。由于 现场激振试验需要花费大量的人力、物力和财力，所以一般只对重要的建筑物（如核电站、 大型火电厂等）进行试验。Tang （1991）和 Morisita 等（1993）开展了台湾花莲地区及罗东 地震活动区的大尺度动力试验（Large-Scale Seismic Test ），并设计了缩尺比为 1 ∶4 的核电站 安全壳模型强迫振动试验，获得了地震情形下的硬土岩基与结构动力相互作用数