混凝土坝抗震安全评价研究

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本文围绕国家标准《水工建筑物抗震设计规范》修编中有关混凝土坝抗震安全评价中的相关问题开展研究工作,在大坝工程场址地震动参数确定、大坝混凝土动态性能、混凝土抗震动力分析方法、大坝抗震安全定量评价指标、大坝地基系统振动台模型试验等方面进行研究。主要研究内容和成果如下:  1、按简化了的Abrahamson和Silva的加速度反应谱衰减关系,计算分析了反应谱曲线下降段指数对不同震级M和距离R的基岩场地反应谱曲线的影响,建议标准反应谱下降段的指数由0.9调整为0.6,放缓了其衰减速度,并通过实际工程计算论证了其影响;对当前混凝土坝时间历程法抗震计算中实测地震波的选取存在的问题进行分析,提出了按照标准反应谱生成至少3组地震波进行计算的建议;针对抗震设防类别为甲类的重要混凝土坝工程,提出了由设定地震法确定场地相关反应谱,以及在特定条件下考虑“上盘效应"、“近场大震”的基于断层模型确定场地地震动时程的建议。  2、针对大坝混凝土动态性能参数取值,通过实际工程的混凝土材料动态试验,提出了对于不需进行专门试验研究的混凝土坝,其大坝混凝土动态强度标准值可较静态强度标准值提高20%的建议;提出了大坝混凝土动态弹性模量较静态弹性模量提高50%的建议,但不计应变率影响。通过实际重力坝、拱坝工程的计算表明,动态弹性模量提高幅度由现行规范规定的30%提高到50%,对大坝的动力反应和抗震安全影响很小。  3、重力坝动力分析方法和抗震安全评价研究方面,提出了采用有限元等效应力进行大坝抗震安全的评价准则和坝踵区域静动综合的垂直拉应力超出建基面抗拉强度的范围不超过坝底宽度的7%的有限元法结果评判准则;根据对多座实际重力坝动力分析成果,建议将大坝沿建基面抗滑抗震稳定结构系数从0.65调整为0.55;建议采用基于“等安全系数法"的刚体极限平衡法进行大坝深层抗滑稳定分析,其设计地震下的抗滑稳定结构系数取为1.4;研究表明,熏力坝头部折坡部位出现贯穿性开裂往往成为评价大坝极限抗震能力的控制性指标,这与为数不多的重力坝实际震害相符;重力坝全坝段整体三维有限元分析结果表明,对于整体作用强的重力坝,各坝段间存在较明显的相互作用,建议进行考虑三方向地震动输入的全坝段整体三维有限元分析。  4、拱坝动力分析方法和抗震安全评价研究方面,根据拱坝坝肩稳定动力分析的特点和要求.参照国外结构抗震设计规范中关于此问题的相关规定,在基于刚体极限平衡法的拱坝坝肩动力稳定分析中,建议不同地震作用方向产生的滑动岩块惯性力最大值的遇合系数取0.5,提出可采用时域刚体极限平衡法进行坝肩抗震稳定计算分析并给出了稳定评价的建议:无限地基辐射阻尼和坝体横缝效应对于拱坝动力反应影响显著,建议对于抗震设防类别为甲类的拱坝的抗震设计应予计入;对小湾等6座高拱坝坝体地基系统的整体抗震安全进行的研究成果表明,视坝体—地基为整体系统的抗震分析方法可基本反映影响拱坝整体抗震安全的关键因索,可采用该方法深入分析和评价拱坝的整体抗震安全性,并提出了相应评价指标;拱坝一地基整体系统的振动台模型试验,可基本反映对结构系统动力响应影响及损伤破坏较大的包括无限地基辐射阻尼、坝体库水动力相互作用、坝体横缝、坝肩控制性滑裂体相关力学参数和渗透压力以及坝体抗拉强度等关键技术因素,试验成果对检验数值分析成果、揭示大坝抗震薄弱部位、评价大坝设计地震下的抗震安全及超设计地震荷载下的抗震能力有重要意义,建议对于抗震设防类别为甲类的高拱坝,应通过振动台动力模型试验研究拱坝与地基整体系统在地震作用下的整体稳定安全性及其抗震超载能力。
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