土石壩三維真非線性地震反應(yīng)分析方法及工程應(yīng)用

1、趙劍明中國水利水電科學(xué)研究院土石壩三維真非線性地震反應(yīng)分析方法及工程應(yīng)用土石壩三維真非線性地震反應(yīng)分析 與安全評價方法計算參數(shù)的確定方法的模型試驗驗證方法的工程應(yīng)用摘要土石壩具有對基礎(chǔ)條件適應(yīng)性好、能就地取材和充分利用開挖料、投資省、施工方法簡單以及抗震性能好等優(yōu)點,是廣泛采用的壩型。引言土石壩不僅在中小型工程中被廣泛采用。在高壩中也占有很大的比例。在我國實施的西部大開發(fā)及西電東送發(fā)展戰(zhàn)略中，在建和擬建的高壩許多為土石壩：糯扎渡（261.5m）古水（305m）雙江口（約310m）日冕（300m）兩河口工程（288m）班多（253m）而對于強震區(qū)土石壩的建設(shè)，抗震問題往往是控制因素。因此土石壩抗

2、震研究工作的迫切性和重要性越來越突出。 結(jié)合土石壩抗震研究的需要，開發(fā)了三維真非線性地震反應(yīng)分析及安全評價方法?；趪摇鞍宋濉?、“九五”攻關(guān)等研究成果在包括著名水利工程和土工抗震專家汪聞韶院士等老專家的指導(dǎo)和支持下完成 得到了許多科研、設(shè)計和建設(shè)單位的支持經(jīng)過大型振動臺模型試驗驗證 在多個重要土石壩工程中得到應(yīng)用，效果顯著。 面板堆石壩的數(shù)值分析堆石材料的本構(gòu)模型 接觸面與接縫的模擬 施工填筑過程 水庫蓄水 數(shù)值分析算法計算參數(shù)常規(guī)靜力應(yīng)力應(yīng)變分析壩體的長期變形動力分析 (地震工況)三維真非線性地震反應(yīng)分析及安全評價方法靜力計算模型DuncanChang雙曲線模型改進的Naylor K-G模

3、型清華非線性解耦K-G模型雙屈服面彈塑性三維真非線性地震反應(yīng)分析及安全評價方法靜力計算模型試驗室的試驗只能在相對比較簡單的條件下測定少量的物理量，而本構(gòu)模型則要求有更廣的概括性和適應(yīng)性，它所應(yīng)用的是比試驗條件更為復(fù)雜、更為全面的基本關(guān)系。從這個角度上說，任何本構(gòu)模型都是對現(xiàn)實狀況的簡化和近似處理。 由于堆石材料本構(gòu)關(guān)系呈現(xiàn)出較為強烈的非線性，因此在構(gòu)造其本構(gòu)模型時，非線性的應(yīng)力應(yīng)變關(guān)系是一項重要的因素。三維真非線性地震反應(yīng)分析及安全評價方法靜力計算模型彈塑性模型在理論上對堆石體的應(yīng)力應(yīng)變關(guān)系考慮得更為全面，可以模擬堆石的剪縮（脹）特性和塑性應(yīng)變的發(fā)展過程，但是，其模型相對較為復(fù)雜，而且在模型的

4、構(gòu)造中還需引入屈服面和流動法則等假定，另外，模型參數(shù)的確定也有一定的難度。 從目前面板堆石壩計算分析的現(xiàn)狀上看，鄧肯模型、雙屈服面彈塑性模型和清華的非線性解耦K-G模型應(yīng)用較多，而且，尤以鄧肯模型的應(yīng)用最為普遍。三維真非線性地震反應(yīng)分析及安全評價方法靜力計算模型在應(yīng)用鄧肯模型進行面板堆石壩的計算分析中，增量法是最常用的數(shù)值計算方法。而由鄧肯模型的特點可以看出，其模型的基礎(chǔ)是常規(guī)三軸試驗，模型的彈性參數(shù)應(yīng)該而且也只能通過常規(guī)三軸試驗得出。 由于鄧肯模型依據(jù)了虎克定律，而虎克定律無法反映土的剪脹性，因此，一般認為鄧肯模型是無法考慮土的剪脹。不過，盡管如此，在確定模型參數(shù)時所采用的體積應(yīng)變則是既包含

5、了平均正應(yīng)力所引起的體縮，同時也包含了部分由于剪切所引起的土體體積變化。這種體積變化，在模型的參數(shù)中有時會得到一定程度的反映。鄧肯模型應(yīng)用廣泛，參數(shù)資料較全，工程經(jīng)驗豐富。三維真非線性地震反應(yīng)分析及安全評價方法動力本構(gòu)模型 dynamic stress-strain model 目前面板堆石壩地震反應(yīng)分析中采用的壩料的動力本構(gòu)模型主要有兩大類： 等價粘彈性模型（粘）彈塑性模型 真非線性模型其他彈塑性模型三維真非線性地震反應(yīng)分析及安全評價方法等價粘彈性模型等價粘彈性模型（等效線性模型）是把土看作粘彈性體，采用等效剪切模量G和等效阻尼比這兩個參數(shù)來反映土的動應(yīng)力應(yīng)變關(guān)系的兩個基本特征：非線性和滯后

6、性，這種模型的關(guān)鍵是要確定動剪切模量G和動阻尼比隨動剪應(yīng)變幅的變化關(guān)系以及最大動剪切模量Gmax等。等價粘彈性模型概念明確，應(yīng)用方便，而且在參數(shù)的確定和應(yīng)用方面積累了較豐富的試驗資料和工程經(jīng)驗，能為工程界所接受，實用性強，應(yīng)用較為廣泛。三維真非線性地震反應(yīng)分析及安全評價方法等價粘彈性模型 等價粘彈性模型的局限性和缺陷也是明顯的，不能考慮影響壩料動力變形特性的一些重要因素。其缺點主要有：不能直接計算殘余變形。等價粘彈性模型在加荷與卸荷時模量相同，因而不能計算土體在周期荷載連續(xù)作用下發(fā)生的殘余變形。不能考慮應(yīng)力路徑的影響。阻尼的大小與應(yīng)力路徑有關(guān)，在不同應(yīng)力時加荷與卸荷的滯回圈所消耗的能量大小不同

7、。不能考慮堆石料的各向異性。堆石料的固有各向異性反映過去的應(yīng)力歷史對性質(zhì)的影響，而等價粘彈性模型模型不包括這種影響。較大應(yīng)變時誤差大，所用的割線模量在小應(yīng)變時與非線性的切線模量很接近，但在大應(yīng)變時兩者相差很大，偏于不安全。 。三維真非線性地震反應(yīng)分析及安全評價方法三維真非線性模型 “八五”期間李萬紅等發(fā)展了一種適用于土石壩的粘彈塑性動力本構(gòu)模型； “九五”期間趙劍明等將其推廣到三維情況，應(yīng)用到面板堆石壩的動力分析中，并通過大型振動臺模型試驗進行了驗證；并在工程應(yīng)用中完善和發(fā)展。中國水科院真非線性模型將土視為粘彈塑性變形材料 -初始加荷曲線 -移動的骨干曲線 -開放的滯回圈三維真非線性地震反應(yīng)分

8、析及安全評價方法三維真非線性模型三維真非線性地震反應(yīng)分析及安全評價方法真非線性模型模型的應(yīng)用準則在動力反應(yīng)分析中，模型確定了切線剪切模量的取值。在不規(guī)則循環(huán)荷載作用下，振動開始到當(dāng)前為止，土體承受的剪應(yīng)力比隨時間變化，其絕對值的時程最大值定義為屈服剪應(yīng)力比，其增量符號最后一次反向時的動剪應(yīng)力比定義為動剪應(yīng)力比幅值，則：如果當(dāng)前動剪應(yīng)力比絕對值小于動剪應(yīng)力比幅值，而且剪應(yīng)力比絕對值小于屈服剪應(yīng)力比，則使用滯回圈曲線計算切線剪切模量。如果當(dāng)前動剪應(yīng)力比絕對值不小于動剪應(yīng)力比幅值，而且剪應(yīng)力比絕對值小于屈服剪應(yīng)力比，則使用骨干曲線計算切線剪切模量。如果當(dāng)前剪應(yīng)力比絕對值不小于屈服剪應(yīng)力比，則使用初始

9、加荷曲線計算剪切模量。三維真非線性地震反應(yīng)分析及安全評價方法真非線性模型真非線性模型參數(shù)：（1）模型參數(shù)A和B以及0可以用剪應(yīng)力比控制的循環(huán)三軸試驗來測定，主要受振次、動剪應(yīng)力比幅值和初始剪應(yīng)力比影響比較大。（2）模型參數(shù)A和B也可由等效線性粘彈性模型參數(shù)換算得到，換算原則是使兩變形模型的骨干曲線重合和滯回圈包圍的面積相等。三維真非線性地震反應(yīng)分析及安全評價方法真非線性模型真非線性模型參數(shù)三維真非線性地震反應(yīng)分析及安全評價方法真非線性模型這種真非線性模型的特點是：（1）與等效線性粘彈性模型相比，能夠較好地模擬殘余應(yīng)變，用于動力分析可以直接計算殘余變形；在動力分析中可以隨時計算切線模量并進行非線

10、性計算，這樣得到的動力響應(yīng)過程能夠更好地接近實際情況。（2）與基于Masing準則的非線性模型相比，增加了初始加荷曲線，對剪應(yīng)力比超過屈服剪應(yīng)力比時的剪應(yīng)力應(yīng)變關(guān)系的描述較為合理；滯回圈是開放的；考慮了振動次數(shù)和初始剪應(yīng)力比等對變形規(guī)律的影響。 三維真非線性地震反應(yīng)分析及安全評價方法等效線性分析方法 等效線性方法是土石壩地震反應(yīng)分析中應(yīng)用較廣泛的一種動力分析方法，其基于的本構(gòu)模型為土體等價粘彈性模型（等效線性模型）。 等效線性動力分析方法的基本性質(zhì)是線性分析方法，但是采用迭代的方法使計算最終采用的剪切模量和阻尼比較好地符合土體非線性特性。 著名的QUAD-4程序就是采用的這種等效線性方法。 三

11、維真非線性地震反應(yīng)分析及安全評價方法真非線性分析方法 有別于等效線性分析方法的一類方法。這種方法基于土體真非線性本構(gòu)模型，即采用（粘）彈塑性模型。 真非線性分析方法用切線剪切模量Gt代替等效線性中的割線模量進行計算，Gt在滯回圈中的每一段都是不同的。 由于真非線性動力分析比較真實地采用了地震動過程中各時刻土體的切線剪切模量，較好地模擬了土體的非線性特性，可計算出土體單元接近真實的反應(yīng)過程，是一種比較精確的計算方法。三維真非線性地震反應(yīng)分析及安全評價方法真非線性分析方法 李萬紅和趙劍明等根據(jù)所采用的改進的粘彈塑性模型的特點，為了更有效地進行真非線性動力反應(yīng)分析，采用了增量法和全量法交替進行的算法

12、以控制增量法的誤差積累。根據(jù)粘彈塑性模型及有限元原理，推導(dǎo)出結(jié)構(gòu)的增量和全量方程分別為：（1）（2） 這種真非線性動力分析方法將遵循實際加載路徑所進行的逐步增量分析與每時段內(nèi)多次迭代計算有機結(jié)合起來，能夠充分反映每一時刻土體響應(yīng)的非線性滯回效應(yīng)，使得分析更趨精確合理。三維真非線性地震反應(yīng)分析及安全評價方法真非線性分析與等效線性分析的若干比較 為了驗證提出的真非線性分析方法，針對一修筑于梯形河谷中壩高100m的面板堆石壩，分別采用等效線性分析方法和真非線性分析方法進行了地震反應(yīng)分析，在順河向輸入El Centro波，最大加速度取為0.2g。典型單元動剪應(yīng)變時程曲線三維真非線性地震反應(yīng)分析及安全評

13、價方法真非線性分析與等效線性分析的若干比較 等效線性方法和真非線性方法得到的應(yīng)變和位移地震反應(yīng)有著明顯的區(qū)別：等效線性分析得出的動應(yīng)變和位移圍繞零點振動，沒有偏移，無殘余變形產(chǎn)生；真非線性分析得出的動應(yīng)變和位移在振動過程中偏離零點，產(chǎn)生殘余變形，并且地震過程中殘余變形不斷積累和增長。 典型結(jié)點動位移時程曲線三維真非線性地震反應(yīng)分析及安全評價方法真非線性分析與等效線性分析的若干比較 真非線性動力分析方法和等效非線性方法在概念上有著本質(zhì)的區(qū)別，在計算結(jié)果上存在差異，真非線性方法較真實地反應(yīng)了結(jié)構(gòu)的地震反應(yīng)，而且能夠直接計算出壩體的殘余變形，在理論上更為合理。若想得到壩體接近真實的地震反應(yīng)，宜采用基

14、于（粘）彈塑性模型的真非線性分析方法。 三維真非線性地震反應(yīng)分析及安全評價方法考慮孔壓消散和擴散的有效應(yīng)力法 從是否考慮地震過程中孔隙水壓力影響的角度出發(fā)，地震反應(yīng)分析方法又可分為總應(yīng)力法和有效應(yīng)力法。有效應(yīng)力法中又有不考慮孔隙水壓力消散和擴散和考慮孔隙水壓力消散和擴散兩種，即不排水有效應(yīng)力法和排水有效應(yīng)力法。目前在多數(shù)地震反應(yīng)分析中只考慮孔隙水壓力的產(chǎn)生增長過程，而沒有考慮孔隙水壓力的消散和擴散，亦即是不排水的有效應(yīng)力方法。在土石壩的壩料透水性較強的情況下，有效應(yīng)力分析中不僅要考慮孔隙水壓力的產(chǎn)生增長，而且應(yīng)考慮孔隙水壓力的消散和擴散，即應(yīng)用排水有效應(yīng)力方法。 盡管混凝土面板壩中壩體大部分是

15、非飽和的，可采用總應(yīng)力法進行分析，但對于建造在覆蓋層上的面板壩以及下游水位較高時，還是要考慮振動孔隙水壓力的影響，采用考慮孔壓消散和擴散的非線性有效應(yīng)力地震反應(yīng)分析方法進行分析更為合理。 三維真非線性地震反應(yīng)分析及安全評價方法考慮孔壓消散和擴散的有效應(yīng)力法 本研究利用本文研究者提出的結(jié)點等價體積和三維結(jié)點等價流量的概念，結(jié)合Biot固結(jié)理論，考慮孔隙水壓力的消散和擴散，建立了一套較完善的三維真非線性有效應(yīng)力地震反應(yīng)分析方法。分析更為合理；也可有效進行液化可能性分析 振動孔隙水壓力的確定動孔壓比和動剪應(yīng)力比關(guān)系曲線本研究采用了直接利用動孔壓比與動剪應(yīng)力比關(guān)系曲線的計算方法。也可采用有關(guān)孔壓模式。

16、三維真非線性地震反應(yīng)分析及安全評價方法考慮孔壓消散和擴散的有效應(yīng)力法 結(jié)點等價體積 滲流微元體增量形式的比奧固結(jié)方程有限元形式 三維真非線性地震反應(yīng)分析及安全評價方法接觸面的模擬 simulation of interface 土石壩的計算分析中會遇到兩種不同性質(zhì)材料間的接觸面問題，如面板和堆石墊層之間，壩基防滲墻與地基土料之間。當(dāng)兩種材料性質(zhì)相差很大時，接觸面兩邊的材料模量相差懸殊，在荷載作用下可能沿接觸面產(chǎn)生滑移和開裂，出現(xiàn)變形不連續(xù)現(xiàn)象，因此有必要設(shè)置合適的接觸面單元來模擬這種接觸面特性。三維真非線性地震反應(yīng)分析及安全評價方法接觸面的模擬 目前已提出了一些不同形式的接觸面單元，這些接觸面

17、單元大致可以分為兩類:無厚度單元有厚度薄單元三維真非線性地震反應(yīng)分析及安全評價方法無厚度單元 無厚度單元的典型代表是Goodman單元，它提出最早，在工程中應(yīng)用也最廣泛，它較好地模擬了接觸面的錯動或張開，但它的兩側(cè)材料相互重疊，而且由于法向勁度很大，導(dǎo)致法向應(yīng)力誤差較大，有時會出現(xiàn)波動。三維真非線性地震反應(yīng)分析及安全評價方法有厚度單元有厚度薄單元最早由Desai提出，Desai薄單元在一定程度上克服了無厚度單元的缺點，但對剪切變形的模擬尚不能令人滿意。殷宗澤提出了一種剛塑性的有厚度薄單元型式，可以較好地模擬接觸面剪切破壞逐步發(fā)展過程，是對薄單元型式的一種改進。趙劍明等將其拓展到三維接觸面問題，

18、并應(yīng)用到實際面板壩工程動力分析中。隨著粗粒土與結(jié)構(gòu)的大型接觸面試驗研究的開展和深入，對面板堆石壩中接觸面特性的認識將更加深入，接觸面的模擬也將更加接近實際。 三維真非線性地震反應(yīng)分析及安全評價方法接觸面的模擬土與結(jié)構(gòu)相互作用時，在它們的接觸界面上發(fā)生力的傳遞，然后向較遠處擴散。由于土與結(jié)構(gòu)材料性質(zhì)的較大差異，當(dāng)二者發(fā)生相對剪切錯動時，一方面在接觸界面上土與結(jié)構(gòu)有相對錯動，另一方面，附近的薄層土體比其較遠處土體將出現(xiàn)較大的剪切變形。如果接觸面相對粗糙，在較大相對位移下其剪破面一般出現(xiàn)在土內(nèi)，這個薄層是實現(xiàn)相互作用，進行力相互傳遞的主要受力層，稱為剪切錯動帶。當(dāng)接觸界面較為光滑時，滑動破壞可能發(fā)生

19、在界面上，但滑動之前仍然存在剪切錯動帶在相互作用中進行力的傳遞。剪切錯動帶現(xiàn)象可以在靜載試樁、面板堆石壩、擋土結(jié)構(gòu)等實際工程中觀察到。三維真非線性地震反應(yīng)分析及安全評價方法接觸面的模擬面板堆石壩的面板混凝土和墊層之間的接觸面是粗糙接觸面，接觸面應(yīng)從廣義的概念進行理解，即接觸面不僅包括土與混凝土的接觸界面，而且應(yīng)包括鄰近界面的一部分土體，即存在剪切錯動帶，這部分土體(堆石體）因混凝土的約束作用而在一定程度上改變了其強度和剛度。三維真非線性地震反應(yīng)分析及安全評價方法 因此宜選取一種有厚度薄單元逐步過渡混凝土與堆石之間的剛度差異，來模擬面板與堆石之間的接觸面特性。三維各向異性有厚度接觸面薄單元 接觸

20、面上的變形可以分為基本變形和破壞變形兩部分?；咀冃闻c其它土體的變形一樣，不管破壞與否都是存在的，用表示；破壞變形包括滑動破壞和拉裂破壞，只有當(dāng)剪應(yīng)力達到抗剪強度產(chǎn)生了沿接觸面的滑動破壞，或接觸面受拉產(chǎn)生了拉裂破壞時才存在，用表示。三維各向異性有厚度接觸面薄單元三維真非線性地震反應(yīng)分析及安全評價方法 地震永久變形 作為大壩抗震安全性評價的的重要指標，土石壩的地震永久變形計算是土石壩抗震研究中一個重要課題。地震永久變形的計算方法除了利用（粘）彈塑性模型直接計算殘余變形的真非線性分析方法外，主要有兩大類：滑動體位移分析法整體變形分析法三維真非線性地震反應(yīng)分析及安全評價方法 地震永久變形 滑動體位移

21、分析法的基本出發(fā)點是假定土石壩的殘余變形主要是由地震時壩坡及地基發(fā)生瞬態(tài)失穩(wěn)時滑移體產(chǎn)生位移造成的，主要基于Newmark的剛體滑動面假設(shè)和屈服加速度概念。整體變形分析法的基本假定是把壩體及地基作為連續(xù)介質(zhì)來處理。這類方法一般是先進行地震反應(yīng)分析，求出壩體及地基的反應(yīng)，然后利用材料動力特性的試驗結(jié)果，加以簡化求出壩體殘余變形。目前，基于Serff和Seed等人提出的應(yīng)變勢概念的整體變形計算方法有著廣泛的應(yīng)用。 三維真非線性地震反應(yīng)分析及安全評價方法滑動體位移分析法滑動體位移分析法的基本出發(fā)點是假定土石壩的殘余變形主要是由地震時壩坡及地基發(fā)生瞬態(tài)失穩(wěn)時滑移體產(chǎn)生位移造成的，該方法較適合于填筑密實

22、的土石壩。這個概念最早是由Newmark提出的隨后Franklin和Chang，Makdisi和Seed，渡邊啟行等對該方法做了改進和發(fā)展?；瑒芋w位移的概念是很有意義的，滑動體位移法簡單方便，工程上應(yīng)用較多。需要注意的是，如何確定土石壩在地震作用下的滑移面是個很關(guān)鍵的問題，另外，如何考慮地震過程中抗剪強度降低、剪脹現(xiàn)象等也是值得探究的。三維真非線性地震反應(yīng)分析及安全評價方法整體變形分析法整體變形分析法的基本假定是把壩體及地基作為連續(xù)介質(zhì)來處理。這類方法一般是先進行地震反應(yīng)分析，求出壩體及地基的反應(yīng)，然后利用材料動力特性的試驗結(jié)果，加以簡化求出壩體殘余變形。整體變形分析法首先由Serff、See

23、d20等人提出，除初步近似估算法外，這類方法又可分為兩種。 修正模量法（即軟化模量法） 等效結(jié)點力法等效結(jié)點力法在工程中得到了廣泛應(yīng)用。目前，基于Serff和Seed等人提出的應(yīng)變勢概念的整體變形計算方法有著廣泛的應(yīng)用。采用這種方法確定土石壩地震殘余變形，除了對土石壩進行地震反應(yīng)分析外，基于試驗研究確定土石料動力作用下的殘余應(yīng)變模式也非常關(guān)鍵。三維真非線性地震反應(yīng)分析及安全評價方法 Taniguchi（谷口榮一）建議的公式曾經(jīng)得到較多的應(yīng)用。Taniguchi模式中只考慮了土料的殘余剪應(yīng)變，而沒有計入土料的殘余體應(yīng)變。 面板堆石壩中堆石體具有由于棱角破碎而引起體積收縮的特性，殘余體積變形不宜忽

24、略。面板堆石壩的殘余變形中，既包括殘余剪切變形，也包括殘余體積變形，殘余體積變形是不宜忽略的。因此，采用包括殘余體應(yīng)變和剪應(yīng)變的殘余變形計算方法更為合理。 三維真非線性地震反應(yīng)分析及安全評價方法殘余剪應(yīng)變p與殘余軸應(yīng)變p之間的關(guān)系：(3)式中為動波桑比。根據(jù)試驗結(jié)果，殘余軸應(yīng)變p與動剪應(yīng)力比 0的關(guān)系可以用冪函數(shù)形式表示如下：(4) 式中，Ka、na 分別是以3、Kc和N為參變數(shù)的系數(shù)和指數(shù)，由試驗結(jié)果確定，等效振次Neq=6和12時不同固結(jié)應(yīng)力條件下的系數(shù)和指數(shù)值見表1。殘余軸應(yīng)變p以%表示，動剪應(yīng)力 和有效法向應(yīng)力0采用相同的量綱。地震殘余變形計算方法 殘余剪應(yīng)變計算模式 三維真非線性地震

25、反應(yīng)分析及安全評價方法地震殘余變形計算方法 殘余體應(yīng)變計算模式 根據(jù)這些試驗結(jié)果并參照其他相關(guān)研究成果，非飽和料殘余體應(yīng)變與動剪應(yīng)力的關(guān)系可用如下公式表示：(5) 上式中dV 為殘余體應(yīng)變，為動剪應(yīng)力，0 為平均有效主應(yīng)力，Kc為固結(jié)比，N為振動次數(shù)。dV采用%形式 ，與0 采用相同的單位；KV為系數(shù)，nV為指數(shù)，KV 、nV是以3 、Kc和N為參變數(shù)的，其值根據(jù)相應(yīng)動三軸試驗確定，見表2。 三維真非線性地震反應(yīng)分析及安全評價方法地震殘余變形計算方法 殘余變形的計算 根據(jù)SEED應(yīng)變勢的概念，由于相鄰單元間的相互牽制，上面算得的應(yīng)變并不是各單元的實際應(yīng)變，不滿足單元間的變形協(xié)調(diào)條件,而應(yīng)看作是

26、一種應(yīng)變勢。為了使各單元能產(chǎn)生與此應(yīng)變勢引起的應(yīng)變相同的實際應(yīng)變，就設(shè)法在有限元網(wǎng)格結(jié)點上施加一種等效結(jié)點力，即采用等效結(jié)點力法計算殘余應(yīng)變引起的壩體殘余變形。 三維真非線性地震反應(yīng)分析及安全評價方法地震殘余變形計算方法 殘余變形的計算 應(yīng)用上面的方法算出壩體相應(yīng)各單元的殘余應(yīng)變，按照殘余應(yīng)變的主軸方向與靜力狀態(tài)應(yīng)力主軸方向一致的原則，將殘余應(yīng)變換算為直角坐標系下的應(yīng)變p，則等效結(jié)點力Fp為：(6)式中B為應(yīng)變矩陣，D為彈性矩陣。將此等效結(jié)點力作用于壩體，便可求出地震作用下的壩體殘余變形。 三維真非線性地震反應(yīng)分析及安全評價方法 壩體及地基抗震安全性評價方法 除根據(jù)土石壩及地基的加速度、應(yīng)力反

27、應(yīng)及地震殘余變形情況進行抗震安全評價外，還進一步綜合壩體及覆蓋層地基液化可能性、單元抗震安全系數(shù)、壩坡地震抗滑穩(wěn)定性等方面進行整體安全評價。 壩體及覆蓋層地基液化可能性評價方法 本文采用了有效應(yīng)力分析方法，則采用孔壓比作為液化判別指標，如果孔壓比接近或等于1，則單元液化。三維真非線性地震反應(yīng)分析及安全評價方法壩體及地基單元抗震安全性的評價方法在運用有限元法計算出土石壩及地基單元的靜應(yīng)力和地震作用下的動應(yīng)力后，按下式計算土石壩及地基單元的抗震安全系數(shù)Fe：Fe =f/其中，f為單元潛在破壞面抗剪強度，由下式確定計算：f =ftg+ c 式中，f 為單元潛在破壞面上的有效法向應(yīng)力，f=(f0- u

28、d ) ，f0為相應(yīng)單元潛在破壞面上的震前有效法向應(yīng)力，ud 為動孔壓。、c 為單元的有效抗剪強度指標，本計算為有效應(yīng)力分析，可直接采用靜力有效強度指標。為單元潛在破壞面上的總剪應(yīng)力，由下式計算：=s+d式中，s和d分別為相應(yīng)單元潛在破壞面上的靜剪應(yīng)力和等效動剪應(yīng)力，其中d =0.65dmax , dmax為地震過程中潛在破壞面上的最大動剪應(yīng)力。三維真非線性地震反應(yīng)分析及安全評價方法土石壩壩坡抗震穩(wěn)定性分析 工程上慣用擬靜力法進行抗滑穩(wěn)定分析來進行土石壩及地基的抗震安全評價，然而，傳統(tǒng)的擬靜力法不能很好地考慮與地震動特性密切相關(guān)的土體的內(nèi)部應(yīng)力應(yīng)變關(guān)系和實際工作狀態(tài)，求出的安全系數(shù)只是所假定的

29、潛在滑裂面上的所謂安全度，無法得到實際內(nèi)力分布和確定土體變形，也就無法預(yù)測土體失穩(wěn)的發(fā)生和發(fā)展過程，更不能考慮局部變形對壩體穩(wěn)定的影響。 近年來，逐步發(fā)展了進行土石壩及地基的地震安全評價的動力法。在動力法中，為了進行抗震安全評價，首先對面板壩及地基進行地震反應(yīng)分析，求出在地震作用下土體內(nèi)部的應(yīng)力和變形分布等，然后按照相應(yīng)的破壞標準來評價大壩的安全性。三維真非線性地震反應(yīng)分析及安全評價方法壩坡的抗震穩(wěn)定性在運用有限元法計算出壩坡單元的靜應(yīng)力和地震作用下每一瞬時的動應(yīng)力后，則可以利用來分析壩坡的穩(wěn)定性。壩坡地震抗滑穩(wěn)定安全系數(shù)按下式計算：式中ni和ni為的第i單元滑動面上的法向應(yīng)力和切向應(yīng)力，i、

30、c i為滑動面上第i單元的動有效應(yīng)力抗剪強度指標，l I是滑動面通過第i單元的長度。如果考慮地震過程中反應(yīng)應(yīng)力的時程變化，計算出每一瞬時滑動面的抗滑穩(wěn)定安全系數(shù)，則在本文中稱之為動力時程線法；如果不考慮地震過程中反應(yīng)應(yīng)力的時程變化，上式中的滑動面上的法向應(yīng)力取為震前有效法向應(yīng)力，剪應(yīng)力取為震前剪應(yīng)力與等效動剪應(yīng)力（即0.65倍的最大動剪應(yīng)力）之和，則得到按地震作用等效平均算得的最小安全系數(shù)，在本文中稱之為動力等效值法。 三維真非線性地震反應(yīng)分析及安全評價方法土石壩抗震穩(wěn)定性分析動力時程線法和動力等效值法在整個地震過程中，壩體各單元的動應(yīng)力及動孔壓隨震動時間不同而不同，因此其動力抗滑穩(wěn)定安全系數(shù)

31、在各時刻也是不同的。動力時程線法算得的安全系數(shù)是地震過程中每一時刻（瞬時）的安全系數(shù)，反映了地震過程中壩坡抗滑穩(wěn)定安全系數(shù)隨時間的動態(tài)變化過程。土石壩抗震穩(wěn)定性分析動力時程線法和動力等效值法而動力等效值法得到的安全系數(shù)是地震作用下壩坡一個總的安全系數(shù)，是整體平均等效的概念，不反映地震過程中安全度的動態(tài)變化。綜合兩種方法分別算出的安全系數(shù)，便可對壩坡的抗震安全性進行判斷。分析成果的可靠性合理先進的計算方法準確可靠的計算參數(shù)參數(shù)確定：工程經(jīng)驗、工程類比靜動力試驗確定方法采用的模型及計算方法與土料的靜動力試驗緊密結(jié)合，所用參數(shù)由相應(yīng)的試驗確定，采用先進的處理方法確保成果的可靠性。 計算參數(shù)的確定中國

32、水科院巖土所擁有一系列完整配套、功能齊全的大、中、小型靜、動力特性試驗設(shè)備及其它室內(nèi)外動、靜監(jiān)測設(shè)備?？蛇M行各種土石料的靜動力特性研究和模型參數(shù)的確定。試驗設(shè)備中，配備了先進的計算機數(shù)據(jù)采集與處理軟件以及繪圖軟件。計算參數(shù)的確定 100T大型動靜三軸試驗機 自主研制、國內(nèi)領(lǐng)先試樣直徑為30cm ，最大軸向荷載1000kN，最大激振荷載30T，最大圍壓力3 MPa，振動頻率0.0110Hz ，振動波形包括正弦、三角及方波。裝配有剪切波速測試裝置、微小應(yīng)變激光測試系統(tǒng)、小應(yīng)變至大應(yīng)變軸向及體應(yīng)變測試系統(tǒng)?？捎脕硌芯客潦瘔渭暗鼗至Ｍ亮系膭訌姸?、動孔壓、殘余變形和體應(yīng)變特性，剪切波速及動力變形特性（

33、動剪模量及阻尼比）。 裝配有剪切波速測試裝置、微小應(yīng)變激光測試系統(tǒng)及非飽和體變測試系統(tǒng)。 （含兩項專利技術(shù)）日本DTS-158型共振柱儀 日本S3D動力三軸儀大、中、小型三軸試驗機及微機數(shù)據(jù)處理系統(tǒng) 大型三軸蠕變儀 試樣直徑為300mm，高700mm，最大圍壓力4Mpa，軸向加壓系統(tǒng)的最大軸向出力800kN，設(shè)計最大恒壓加荷時間為6個月。軸向壓力、軸向位移、圍壓力、體積變化和孔隙壓力測試可同時采用傳感器和常規(guī)儀表兩種方式測試，具有數(shù)據(jù)自動采集和處理功能。 該試驗儀可用于堆石料和礫質(zhì)土等粗粒土料的流變、濕化特性試驗研究。同時，由于該設(shè)備圍壓系統(tǒng)和軸向加壓系統(tǒng)為獨立的控制系統(tǒng)，非常適宜復(fù)雜應(yīng)力路徑

34、的試驗研究工作。 現(xiàn)場測試技術(shù)和設(shè)備 現(xiàn)場測試技術(shù)和設(shè)備:多道瞬態(tài)面波勘探技術(shù) 圖2-51 XJ-22剖面的擬速度（Vx）等值線圖 現(xiàn)場測試技術(shù)和設(shè)備 室內(nèi)試驗和現(xiàn)場測試相結(jié)合共同確定土料特性和計算參數(shù)圖2-59 XJ-22剖面剪切波速等值線圖(m/s)真非線性分析方法的模型試驗驗證三向六個自由度的大型模擬地震振動臺真非線性分析分析方法的模型試驗驗證 對比分析結(jié)果表明，計算得到的地震作用下壩體的加速度反應(yīng)、面板的應(yīng)力和應(yīng)變及壩體殘余變形與試驗結(jié)果相當(dāng)一致。從而，在計算和試驗相互印證的同時，也進一步驗證了本研究提出的三維真非線性地震反應(yīng)分析方法的可靠性。目前振動臺主要參數(shù)：最大臺面尺寸：55m；

35、最大載重量20t；最大水平向加速度1.0g（注：能模擬比唐山地震烈度還大一倍以上地震）；最大頻響范圍0.1120Hz， LXJ-4 450g-t土工離心機 模型試驗機技術(shù)指標：轉(zhuǎn)動半徑：5.03m；最大加速度：300g； 有效負載：1.5 t；吊籃尺寸：1.5m*1.0m*1.5m 有效荷載容量：450g.t亞洲第一模型箱的吊裝主控制臺該離心機于1997年成功的完成了丁肇中教授主持的國際合作項目AMS磁體結(jié)構(gòu)強度試驗。該試件隨美國發(fā)現(xiàn)號航天飛機升空經(jīng)十天飛行后安全返回中國水科院擬建的離心機振動臺ItemIndices離心機加速度120 g水平振動加速度30 g豎向振動加速度20 g振動頻率40

36、0 Hz振動歷時3 s有效負載400 kg激振方向H+V振動波形Sinusoidal, random ,earthquake振動臺面積1000700 mm振幅4 mm振動臺質(zhì)量700 kg已經(jīng)應(yīng)用到紫坪鋪、大柳樹、下天吉、鄂平、察汗烏蘇、龍首二級、公伯峽、積石峽、九甸峽、下坂地、班多、糯扎渡、恰甫其海、長河壩、龍頭石等工程中，取得了良好的效果。 真非線性方法的工程應(yīng)用在四川紫坪鋪工程中的應(yīng)用最大壩高156m設(shè)計烈度:8度峰值加速度:0.26g在寧夏大柳樹工程中的應(yīng)用最大壩高163.5m；設(shè)計烈度:9度；100年超越概率為0.02時，壩址基巖峰值加速度為0.56g。 在新疆察汗烏蘇工程中的應(yīng)用最

37、大壩高107.60m；壩基砂礫石覆蓋層最大厚度為46.70m, 初設(shè)設(shè)計烈度:8度峰值加速度:0.231g在青海公伯峽工程中的應(yīng)用最大壩高139m；壩頂長度429m設(shè)計烈度:8度峰值加速度:0.2g在青海積石峽工程中的應(yīng)用最大壩高100m；壩頂長度308m設(shè)計烈度:8度峰值加速度:288gal(0.29g)在甘肅九甸峽工程中的應(yīng)用最大壩高136.5m；河床深槽覆蓋層砂卵礫石層厚5654m. 設(shè)計烈度:8度峰值加速度:284gal(0.29g)在甘肅龍首二級（西流水）工程中的應(yīng)用最大壩高146.5m；壩頂長度190.6m.設(shè)計烈度:8度峰值加速度:218gal(0.22g)在湖北鄂平工程中的應(yīng)用

38、最大壩高124.3m；壩頂長度295.25m.設(shè)計烈度:8度；峰值加速度為0.2g。 在新疆下坂地工程中的應(yīng)用最大壩高78m；壩址河床覆蓋層勘探揭示最厚147.95m ,存在可液化砂層。設(shè)計烈度:8度；峰值加速度: 250.7gal(0.256g)9度校核在四川龍頭石工程中的應(yīng)用bcBCaAdD主剖面瀝青混凝土心墻堆石壩 最大壩高72.5m；河床覆蓋層深厚，一般為6070m，最大厚度77.0m，存在可液化砂層。設(shè)計烈度:8度；峰值加速度: 219gal(0.223g)在四川長河壩工程中的應(yīng)用最大壩高240m；壩址河床覆蓋層深厚，為6576.5m,存在可液化砂層。設(shè)計烈度:8度；峰值加速度: 3

39、59gal(0.366g)在云南糯扎渡工程中的應(yīng)用土質(zhì)心墻壩最大壩高261.5m；設(shè)計烈度:8度；峰值加速度: 0.283g在新疆恰甫其海工程中的應(yīng)用土質(zhì)心墻壩最大壩高108m；設(shè)計烈度:9度；峰值加速度: 435.6gal(0.444g)大壩典型剖面單元抗震安全系數(shù)等值線在青海班多工程中的應(yīng)用最大壩高253m；壩頂長度670m.設(shè)計烈度:8度峰值加速度:0.274g在四川紫坪鋪工程中的應(yīng)用最大壩高156m設(shè)計烈度:8度峰值加速度:0.26g結(jié)點2011的加速度反應(yīng)時程曲線加速度反應(yīng)順河向橫河向豎向順河向最大加速度等值線（單位：m/s2）最大豎向加速度等值線（單位：m/s2）加速度反應(yīng)壩體水平

40、順河向最大加速度發(fā)生在下游壩頂處，下游坡的反應(yīng)加速度明顯大于上游坡，壩體豎向最大加速度發(fā)生在下游坡上部靠近壩頂處；相比之下，豎向和橫河向加速度反應(yīng)比順河向加速度反應(yīng)小得多。 從計算結(jié)果來看，壩頂及壩頂附近下游坡區(qū)域的加速度反應(yīng)是比較大的，存在地震作用下上述區(qū)域堆石松動、滑落的可能性，建議在上述區(qū)域采取適當(dāng)?shù)目拐鸺庸檀胧?。最大動剪?yīng)力壩體單元抗震穩(wěn)定安全系數(shù)壩體典型橫剖面最大動剪應(yīng)力分布情況如上圖所示。所得壩體堆石最大動剪應(yīng)力為401.2kPa 。壩體典型橫剖面單元抗震安全系數(shù)分布情況如下圖所示，壩體中單元抗震安全系數(shù)均大于1，不會產(chǎn)生動力破壞。 由圖可見，面板地震動應(yīng)力中，坡向最大，壩軸向次之

41、，最小面板應(yīng)力反應(yīng)分別是面板坡向和壩軸向最大動壓和動拉應(yīng)力等值線。坡向最大動應(yīng)力出現(xiàn)在面板中上部。算得的面板坡向最大動壓應(yīng)力為3.42MPa，坡向最大動拉應(yīng)力為3.13MPa； 面板坡向最大動拉應(yīng)力等值線（單位：kPa）面板壩軸向最大動拉應(yīng)力等值線（單位：kPa）壩軸向最大動壓應(yīng)力為2.54MPa，壩軸向最大動拉應(yīng)力為2.31MPa 。面板應(yīng)力反應(yīng)28001600240020001200800400面板壩軸向動拉應(yīng)力與靜應(yīng)力合力等值線（以壓為正，單位：MPa）面板坡向動拉應(yīng)力與靜應(yīng)力合力等值線（以壓為正，單位：MPa）分別是面板坡向和壩軸向動拉應(yīng)力與相應(yīng)靜應(yīng)力合力等值線，圖中應(yīng)力以壓為正，拉為

42、負。面板應(yīng)力反應(yīng)面板中拉壓應(yīng)力較大，尤其是在面板周邊部位出現(xiàn)了較大拉應(yīng)力，而且拉應(yīng)力區(qū)范圍較廣，因此有必要在相應(yīng)部位采取合理措施，以防止裂縫產(chǎn)生。地震引起的周邊縫最大位移為：張開8.4mm，沉降8.7mm，剪切7.4mm。地震引起的垂直縫最大位移為：張開5.1mm，沉降4.6mm，剪切5.8mm。圖3-52為面板周邊縫和典型垂直縫在地震過程中最大張開量分布情況。 地震過程中面板周邊縫和典型垂直縫的最大張開量（mm）面板拉應(yīng)力區(qū)（靜動力合力）液化可能性 紫坪鋪面板壩壩基覆蓋層滲透系數(shù)為5.7910-211.5710-2cm/s，在進行有效應(yīng)力分析中考慮了孔隙水壓力的消散。作為比較，本研究分別做了

43、不考慮孔隙水壓力消散和考慮孔隙水壓力消散的計算，所得的覆蓋層中最大孔壓比的時程曲線如圖3-53所示。 在不考慮孔隙水壓力的消散時，算得的覆蓋層中最大孔壓比為 0.415；在考慮孔隙水壓力的消散時，算得的覆蓋層中最大孔壓比為0.047?？梢娫诘卣鹱饔孟聣位采w層不會發(fā)生液化。 覆蓋層中最大孔壓比時程曲線豎向殘余位移等值線（單位：cm）壩體典型剖面（0+350）殘余位移分布情況分別如圖所示。所算得的壩體順河向最大水平殘余位移為15.47cm，最大豎向殘余位移為23.11cm，均發(fā)生在壩頂處，壩體下游的殘余變形相對比上游的殘余變形大。壩體地震沉陷量為壩高的0.148% 。 地震殘余變形空庫時面板抗震

44、穩(wěn)定安全系數(shù)時程曲線下游坡抗震穩(wěn)定安全系數(shù)時程曲線動力時程線法算得的空庫時面板抗震穩(wěn)定安全系數(shù)時程曲線如圖3-56所示。動力時程線法算得的空庫時面板抗震穩(wěn)定安全系數(shù)時程曲線的最小值為1.20，按動力等效值法算得的最小安全系數(shù)為1.30?？梢?，面板是滿足抗震穩(wěn)定性要求的。地震過程中按動力時程線法算得的下游坡抗震穩(wěn)定安全系數(shù)時程曲線如圖3-57所示，下游坡抗震穩(wěn)定安全系數(shù)時程曲線最小值為1.12，圖3-58為相應(yīng)最危險滑動面位置示意圖。按動力等效值法算得的最小安全系數(shù)為1.23，圖3-59為相應(yīng)最危險滑動面位置示意圖?？梢?，在地震過程中下游坡是穩(wěn)定的。面板及壩坡抗震穩(wěn)定性動力等效值法分析中下游坡最

45、危險滑動面位置動力時程線法分析中下游坡最危險滑動面位置壩坡抗震穩(wěn)定性在青海班多工程中的應(yīng)用最大壩高253m；壩頂長度670m.設(shè)計烈度:8度峰值加速度:0.274g輸入地震波根據(jù)有關(guān)資料1011，壩址區(qū)場地地震基本烈度為7度，設(shè)防烈度為8度，大壩設(shè)計水平及豎直地震加速度分別為0.274g、0.183g。計算時同時輸入水平向（順河向和橫河向）和豎向地震。 輸入地震波對動力分析結(jié)果有較大影響9，通過對甲方提供的多條時程曲線的計算分析，最終驗算選用的輸入地震加速度時程曲線如圖所示。 面板結(jié)點的加速度反應(yīng)時程曲線加速度反應(yīng)面板順河向最大加速度為8.76m/s2，最大加速度放大倍數(shù)為3.26；橫河向（壩

46、軸向）最大加速度為8.14m/s2，最大加速度放大倍數(shù)為3.03；壩體最大豎向加速度為4.61m/s2，最大加速度放大倍數(shù)為2.57。地震變形圖7是地震結(jié)束后因地震作用產(chǎn)生的面板地震殘余撓度情況，其中最大值38.8cm。圖8是震后靜動力疊加的面板撓度等值線圖，其中最大值83.7cm。 圖8 震后靜動力疊加的面板撓度等值線圖（cm）圖7 震后因地震作用產(chǎn)生的面板撓度（cm）接縫位移地震引起的周邊縫最大位移為：張開13.1mm，沉降12.2mm，剪切11.7mm。地震引起的垂直縫最大位移為：張開8.5mm，沉降5.6mm，剪切4.8mm。圖9為面板周邊縫和典型垂直縫在地震過程中最大張開量分布情況。

47、圖9 面板周邊縫和典型垂直縫地震產(chǎn)生的最大張開量（mm）接縫位移地震結(jié)束后周邊縫最大位移為：張開41.2mm，沉降38.7mm，剪切31.6mm。垂直縫最大位移為：張開21.3mm，沉降19.6mm，剪切17.7mm。下圖為地震結(jié)束后周邊縫最大位移情況。 圖9 面板周邊縫和典型垂直縫地震產(chǎn)生的最大張開量（mm）面板應(yīng)力根據(jù)三維動力計算結(jié)果，面板地震動應(yīng)力中，坡向和壩軸向動應(yīng)力較大，法向動應(yīng)力比較小。以下各圖是面板坡向和壩軸向最大動壓和動拉應(yīng)力等值線。坡向最大動應(yīng)力出現(xiàn)在面板中上部。算得的面板坡向最大動壓應(yīng)力為3.47MPa，坡向最大動拉應(yīng)力為3.12MPa；壩軸向最大動壓應(yīng)力為3.33MPa，

48、壩軸向最大動拉應(yīng)力為3.08MPa 。 面板坡向最大動壓應(yīng)力等值線（單位：MPa） 面板應(yīng)力根據(jù)三維動力計算結(jié)果，面板地震動應(yīng)力中，坡向和壩軸向動應(yīng)力較大，法向動應(yīng)力比較小。以下各圖是面板坡向和壩軸向最大動壓和動拉應(yīng)力等值線。坡向最大動應(yīng)力出現(xiàn)在面板中上部。算得的面板坡向最大動壓應(yīng)力為3.47MPa，坡向最大動拉應(yīng)力為3.12MPa；壩軸向最大動壓應(yīng)力為3.33MPa，壩軸向最大動拉應(yīng)力為3.08MPa 。 面板坡向最大拉應(yīng)力等值線（單位：MPa） 面板應(yīng)力根據(jù)三維動力計算結(jié)果，面板地震動應(yīng)力中，坡向和壩軸向動應(yīng)力較大，法向動應(yīng)力比較小。以下各圖是面板坡向和壩軸向最大動壓和動拉應(yīng)力等值線。坡向

49、最大動應(yīng)力出現(xiàn)在面板中上部。算得的面板坡向最大動壓應(yīng)力為3.47MPa，坡向最大動拉應(yīng)力為3.12MPa；壩軸向最大動壓應(yīng)力為3.33MPa，壩軸向最大動拉應(yīng)力為3.08MPa 。 面板壩軸向最大動壓應(yīng)力等值線（單位：MPa） 面板應(yīng)力根據(jù)三維動力計算結(jié)果，面板地震動應(yīng)力中，坡向和壩軸向動應(yīng)力較大，法向動應(yīng)力比較小。以下各圖是面板坡向和壩軸向最大動壓和動拉應(yīng)力等值線。坡向最大動應(yīng)力出現(xiàn)在面板中上部。算得的面板坡向最大動壓應(yīng)力為3.47MPa，坡向最大動拉應(yīng)力為3.12MPa；壩軸向最大動壓應(yīng)力為3.33MPa，壩軸向最大動拉應(yīng)力為3.08MPa 。 面板壩軸向最大動拉應(yīng)力等值線 （單位：MPa

50、） 面板應(yīng)力圖26和圖27分別為靜動力疊加后面板坡向和壩軸向應(yīng)力等值線圖，面板坡向最大壓應(yīng)力和拉應(yīng)力分別為24.12MPa和2.61MPa；壩軸向最大壓應(yīng)力和拉應(yīng)力分別為19.86MPa和3.74MPa。 圖26 靜動力疊加后面板壩坡向應(yīng)力等值線（MPa）（壓為正，拉為負） 面板應(yīng)力圖26和圖27分別為靜動力疊加后面板坡向和壩軸向應(yīng)力等值線圖，面板坡向最大壓應(yīng)力和拉應(yīng)力分別為24.12MPa和2.61MPa；壩軸向最大壓應(yīng)力和拉應(yīng)力分別為19.86MPa和3.74MPa。 圖27 靜動力疊加后面板壩軸向應(yīng)力等值線（MPa）（壓為正，拉為負）面板應(yīng)力圖28和圖29分別為地震結(jié)束后面板坡向和壩軸向

51、應(yīng)力等值線圖，面板坡向最大壓應(yīng)力和拉應(yīng)力分別為21.87MPa和2.11MPa；壩軸向最大壓應(yīng)力和拉應(yīng)力分別為19.21MPa和2.58MPa。圖28 震后面板壩坡向應(yīng)力等值線（MPa）（壓為正，拉為負）面板應(yīng)力圖28和圖29分別為地震結(jié)束后面板坡向和壩軸向應(yīng)力等值線圖，面板坡向最大壓應(yīng)力和拉應(yīng)力分別為21.87MPa和2.11MPa；壩軸向最大壓應(yīng)力和拉應(yīng)力分別為19.21MPa和2.58MPa。圖29 震后面板壩軸向應(yīng)力等值線（MPa）（壓為正，拉為負）面板應(yīng)力圖30為靜動力合力作用下面板拉應(yīng)力區(qū)分布情況(陰影部分)?？梢姡姘逯欣瓚?yīng)力較大，尤其是在面板周邊部位出現(xiàn)了較大拉應(yīng)力，而且拉應(yīng)力

52、區(qū)范圍較廣，因此有必要在相應(yīng)部位采取合理措施，例如：加強周邊縫止水、做好墊層、并采取有效的排水措施等，以防止因裂縫而形成的危害。 圖30 面板拉應(yīng)力區(qū)分布情況（陰影部分為拉應(yīng)力區(qū)）（靜動力合力） 面板抗震穩(wěn)定性上游水壓力對面板的動力抗滑穩(wěn)定性是有利的，所以正常蓄水位時并不是面板動力抗滑穩(wěn)定的最不利工況。為此，本文計算了不考慮上游庫水壓力時面板的動力抗滑穩(wěn)定性。動力時程線法算得的面板抗震穩(wěn)定最小安全系數(shù)時程曲線如圖所示。動力時程線法算得的面板抗震穩(wěn)定安全系數(shù)時程曲線的最小值為1.30。按動力等效值法算得的面板抗震穩(wěn)定最小安全系數(shù)為1.43。可見，面板是滿足抗震穩(wěn)定性要求的。 面板抗震穩(wěn)定最小安全

53、系數(shù)時程曲線（不考慮上游水壓力） 分析結(jié)論通過三維真非線性分析，在現(xiàn)有設(shè)計地震、現(xiàn)有計算參數(shù)和計算條件下，從面板的加速度反應(yīng)、地震變形、面板應(yīng)力、抗震穩(wěn)定性等分析評價結(jié)果來看，該面板壩的面板基本上滿足抗震要求；可以說在強震區(qū)修建300m級面板壩是可行的。地震作用下，面板中動拉應(yīng)力較大，靜動力疊加后在面板周邊部位仍然出現(xiàn)了較大拉應(yīng)力，而且拉應(yīng)力區(qū)范圍較廣，因此有必要在相應(yīng)部位采取合理措施，例如：加強周邊縫止水、做好墊層、并采取有效的排水措施等，以防止因裂縫而形成的危害。若干工作設(shè)想與展望 prospects （1）加強面板壩震害資料獲取與整理工作 一方面，根據(jù)歷次地震中搜集到的面板壩震害資料以及相應(yīng)的地震資料、地形和地質(zhì)資料，并搜集最新最近的相關(guān)資料，形成豐富詳實的震害數(shù)據(jù)庫，結(jié)合數(shù)據(jù)倉庫、數(shù)據(jù)挖掘技術(shù)以及GIS技術(shù)等，建成實用可靠的震害資料