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李德玉:重力坝极限抗震能力初步研究
2009/5/12 20:46:29    新闻来源:中国水力发电工程学会

                         李德玉:重力坝极限抗震能力初步研究

重力坝作为一种简单实用的坝型在国内外大坝建设中得到广泛采用,其横河向尺寸远远大于顺河向尺寸,因此对修建于强震区的重力坝,常常要求坝段间横缝进行灌浆使其成为整体从而提高抗震性能。对于整体式重力坝,由于其横河向刚度远远大于顺河向及竖向,横河向地震作用产生的大坝变形和应力较其它两个方向地震作用要小很多,因此在大坝抗震设计计算与安全评价中,常常忽略横河向地震作用,仅仅计入顺河向和竖向地震作用,选取典型坝段采用简便实用且偏于安全的悬臂梁法和平面有限单元法进行,只是对于结构型式较为复杂的溢流、厂房坝段等,为准确反映闸墩、孔口及管道附近结构的局部应力状态,针对一个坝段进行不考虑横河向地震影响的“坝段三维”有限元计算。

    碾压混凝土重力坝是近年来发展起来的新坝型,因其施工快速的特点得到越来越广泛的应用。然而,对于碾压重力坝坝段诱导缝以及分仓横缝的灌浆问题,由于灌浆设计和施工极其复杂,甚至会严重影响工期从而使得碾压混凝土坝施工快速的优势不复存在,且灌浆质量也难以保证等因素,一些碾压混凝土重力坝工程在设计或施工中对这些接缝并未采取灌浆处理措施。温度荷载作用下随着混凝土收缩这些接缝会产生微小张开从而削弱了大坝的整体性。静态荷载作用下,由于大坝不承受横河向荷载作用,这种整体性的削弱不会对其静态应力带来多大影响。但遭遇地震时情况有所变化,忽略横河向地震作用的假定可能难以如实反映大坝在强震作用下的动力反应。如何合理分析论证这一影响,确保大坝的抗震安全,成为强震区碾压重力坝工程设计者十分关心的技术问题。针对这一问题,如果选取一个坝段或坝段群,两侧施加自由边界条件,计算其在三向地震作用下的动力反应,则由于单个坝段的横河向十分薄弱,横河向地震作用下的地震反应又可能被过度放大。实际上尽管未经灌浆处理的坝段间接缝在正常运行状态下会存在初始间隙,但其间隙很小(一般以毫米计),且沿缝面也非均匀分布,地震过程中始终处于接触—滑移—张开等各种状态的交变过程中成为复杂的接触非线性问题,整个大坝也因此产生一定程度的整体作用。因此对重力坝进行整体三维有限元动力分析,对于揭示地震中重力坝的实际工作状况,研究接缝处理方式及其影响有重要意义。在已有的研究工作中,文[1][2]虽对实际大型重力坝建立整体三维有限元模型进行动力分析,但仅限于大坝自振特性分析和用振型分解反应谱法分析大坝地震动力响应。本文将考虑地基辐射阻尼作用和坝体接缝非线性动力接触作用的大坝—地基体系地震波动反应分析方法用于龙开口碾压混凝土重力坝整体三维有限元地震时程反应分析,揭示横河向地震输入对重力坝地震反应的影响,研究比较重力坝横缝采取不同工程措施对加强大坝抗震性能的作用。

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