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1、第25卷第5期振动工程学报Vol.25No.52012年10月JournalofVibrationEngineeringOct.2012考虑多种因素影响的重力坝地震响应分析1,222,3何建涛,陈厚群,马怀发(1.国核电力规划设计研究院,北京100095;2.中国水利水电科学研究院工程抗震研究中心,北京100048;3.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,北京100038)摘要:综合考虑坝体混凝土和坝基岩体的材料非线性、无限地基辐射阻尼等因素,对Koyna重力坝进行了地震响应分析,解释了实际震害。用传统方法对Koyna坝进行了
2、地震响应分析,可以看出,坝体混凝土采用线弹性模型不能如实反映可能出现的裂缝分布,其结果只能对起裂位置进行一定的预测;考虑材料初始抗拉强度和抗剪强度的预设缝方法预测的开裂范围较大,考虑到实际工程都需要一定的安全储备,因此预设缝方法是合理可行的。关键词:Koyna重力坝;材料非线性;地基辐射阻尼;黏弹性边界;地震响应中图分类号:TV642;TV312文献标识码:A文章编号:1004-4523(2012)05-0571-08脱开;另外,强震后量测到的扬压力值也无大的变引言化,在基础廊道内的扬压力都处于设计的假定值[1]内。因此,更为切合实际的做法应该是,考
3、虑坝体对于重力坝的地震响应分析,《水工建筑物抗震和地基材料的非线性行为,进行更加真实合理的分设计规范》规定以材料力学法为基本分析方法,以有析。限元法动力分析(振型分解反应谱法或时程分析法)本文将以遭受震害的典型重力坝——印度作为补充。然而,现行规范只对求解重力坝线弹性地Koyna重力坝为对象,综合考虑各种因素进行地震震响应作了规定。而在强震作用下,混凝土势必发生响应分析,以使数值模拟结果更加符合实际震害。另损伤开裂,此时大坝的设防目标为“不溃坝”,仍按线外,也用目前常用重力坝地震响应分析方法进行分弹性方法分析欠妥,应以可反映坝体-地基体系地震析,以考
4、察这些方法用于重力坝抗震安全评价的合破坏机理的、可同时计入各类非线性的动力时程分理性。析方法为宜。进行非线性动力分析时,对材料的开裂过程要1Koyna重力坝震害及其研究情况简完全如实模拟比较困难,其中涉及复杂的材料非线介性行为,一般不能确切知道裂缝在何时、何处产生、发展和贯通。大量重力坝实际震害和研究成果表明,Koyna混凝土重力坝最大坝高103m,坝顶宽重力坝头部折坡部位是其抗震薄弱部位,地震作用14.8m,坝底宽70.24m,坝段厚16m,在坝高66.5下容易形成近似水平向的贯通性裂缝。另外,由于地m处,下游坝面的坡面发生突然改变。1967年10
5、月基强约束引起的应力集中和本身胶结强度的不确定11日,大坝以南偏东2.4km发生了里氏6.5级地性,坝基交接面也是大坝抗震的薄弱部位。有鉴于震。图1(a)给出了Koyna坝最高挡水坝段的剖面图,此,现在比较常用的做法是在这些抗震薄弱部位预图1(b)给出了各坝段裂缝分布图。可以看出,上游先设置计入材料抗拉和抗剪强度的接触缝面,对开坝面裂缝明显地比下游坝面要多,裂缝均为水平向,裂过程进行近似模拟,但这种方法预先规定了裂缝集中在高程620.27～629.41m范围。下游坝面裂缝的规模和方向,不能完全反映实际情况。例如,从印在高程627.89m处,也均为水平
6、向,都分布在坝面度Koyna重力坝基础廊道内钻孔取得的岩心表明,变坡处,并且在这些裂缝位置发现了渗漏,说明裂缝坝体混凝土和基岩间的粘结良好,强震后并未剪切已经完全贯穿坝体。收稿日期:2011-08-03;修订日期:2012-04-07基金项目:国家自然科学基金资助项目(51079164);水利部公益专项基金资助项目(201201053);中国水利水电科学研究院科研专项基金资助项目(KJ1133,KJ1242)572振动工程学报第25卷图1Koyna重力坝Fig.1Koynagravitydam迄今为止,为了再现Koyna大坝的裂缝发展过程,众多学者
7、采用了各种各样的方法(或模型)对其进行了分析,如边界元法、离散元法、扩展有限元法、弥散裂缝模型、损伤模型以及联合有限-离散元法和弥[2～14]散式旋转裂缝模型相结合的方法。虽然它们都基本再现了Koyna大坝折坡部位的上下游贯穿性裂缝,但在坝踵部位也都出现了沿坝基交接面的裂缝,这在实际震害中是没有的。这可能是由于上述分析均存在各种各样的简化,有的只考虑了顺河向地震动,没有考虑竖向地震动;有的采用刚性地基假定,没有考虑地基的弹性、惯性和地震动能量向远域地基的逸散等图2Koyna坝体-地基网格因素;有的虽然考虑了辐射阻尼的影响,但只在底边Fig.2Thef
8、initeelementmeshofKoynadam-foundation[13]界进行了考虑,而在侧边界没
