
朱紅兵:三峽總公司水電工程抗震安全研究
彙 報 提 綱
一、5.12 地震對總公司所屬水電工程的影響
二、葛洲壩、三峽工程抗震安全研究
三、向家壩、溪洛渡工程抗震安全研究
四、白鶴灘、烏東德工程抗震安全研究
一、
08年5月12日四川汶川大地震發生時,三峽和葛洲壩水利樞紐有一定震感,正在建設中的金沙江溪洛渡和向家壩水電站震感較明顯。
地震發生後,中國三峽總公司立即組織相關運行管理、設計、施工、監理等單位,對三峽和葛洲壩的樞紐運行情況、建設中的溪洛渡和向家壩施工區安全情況進行了全麵的檢查。
根據壩址區強震儀監測成果和湖北省地震局計算分析,這次汶川大地震影響到宜昌葛洲壩和三峽大壩的烈度為Ⅳ度,遠小於工程抗震設防標準。檢查結果表明:
三峽和葛洲壩大壩、電廠、船閘以及三峽茅坪副壩沒有發生建築物破損現象,設備運行正常;
三峽和葛洲壩電廠機組沒有因地震直接原因影響發電;
三峽和葛洲壩船閘沒有因地震影響運行,過閘情況正常;
三峽水庫水位沒有異常;
三峽和葛洲壩兩樞紐監測係統沒有發現異常情況;
三峽專用公路的橋梁、隧道未見異常。
“5.12”四川汶川裏氏8.0級大地震影響到溪洛渡水電站壩址區的最大加速度為0.011g,影響到向家壩水電站壩址區的最大加速度為0.015g,兩工區震感較明顯。檢查結果表明,工程各建築物未受到損壞,安全監測數據表明工程處於正常狀態。
白鶴灘和烏東德水電站目前正在開展可行性研究工作,我們將根據相關文件和新頒布的《水電工程防震抗震研究設計及專題報告編製暫行規定》的要求,做好兩電站可行性研究階段的防震抗震研究設計工作。
二、
三鬥坪壩址所處的黃陵地塊,為前震旦紀變質雜岩和侵入其間的花崗—閃長岩組成的結晶基底。
岩體堅硬完整,斷裂規模小,無孕育中強震的發震構造。
航磁資料反映基底比較完整,是一個穩定程度高的剛性地塊。
壩區所在的黃陵地塊,曆史上無破壞性地震記載,現今微震台網監測表明,地震活動微弱。從總體上看,工程所在的黃陵結晶岩地塊的穩定性和安全度高。壩區地震烈度的高低,主要取決於外圍地震波及的影響,壩區地震基本烈度經有關單位先後四次鑒定,均為VI度
從工程所處的地質環境分析,不能排除局部地段有可能產生水庫誘發地震,但發生強水庫地震的可能性小,不會影響工程安全
長江水利委員會在三峽工程設計時,大壩抗震設計按7度設防,地震烈度提高1度,並按最不利的條件確定地震動參數
計算分析和抗震試驗表明:在地震設防烈度Ⅶ度作用下,大壩壩體抗滑穩定安全係數均大於2.3,大壩壩踵及壩址的應力滿足規範要求,大壩設計能滿足Ⅶ度抗震要求。
為提高壩體抗震性能,將壩體折坡采取弧形連接,以減小應力集中,對應力大的部位進行鋼筋加強,所有壩下遊麵電梯井及壩頂啟閉機房等結構的框架節點均按抗震節點進行設計。
綜上所述,三峽大壩各建築物的穩定及結構設計滿足規範的要求
葛洲壩壩區位於宜昌單斜拗陷的西北邊緣並以紅層底部不整合麵為界,與黃陵背斜的東南翼相接。
構造變動主要受“喜山”運動影響,變形輕微,無強烈皺褶與較大斷層產生。
壩區在地質曆史上是處在河流背斜隆起與漢江拗陷之間的一個比較穩定的過渡地帶。從階地高差越來越小的趨勢來看,本區地殼目前正處於相對穩定階段。
葛洲壩水利樞紐首次大壩安全定期檢查的設計複查依據地區地震烈度為6度,設計按7度校核,對大壩水工建築物抗滑穩定安全度進行了複核。經過複核計算,各水工建築物抗滑穩定安全。
葛洲壩的主要建築物,二江衝砂閘、大江衝砂閘、電站廠房及船閘均為鋼筋混凝土結構,所有閘墩、機房及梁板係統均安抗震要求進行了計算配筋,並對重要部位進行了加強配筋。按現行規範要求複核後,均滿足抗震規範要求。
左右岸土石壩防浪牆和欄杆、上、下壩坡均滿足抗震要求。
三、
向家壩水電站工程區域西部為鬆潘印支地槽,東部為揚子準地台。區域性斷裂以SN向為主。
根據地球物理場分析研究,壩址區位於四川內陸盆地蓋層褶皺滑脫構造穩定區內的自貢至宜賓地震危險區的基本穩定帶。
向家壩壩址區無區域性斷裂通過,地質構造較簡單,東距華瑩山斷裂帶和柏樹溪斷裂分別為17km和13km,西距昭通至馬邊斷裂帶約40km。
壩址地震基本烈度取決於區域地震與外圍的馬邊至大關強震帶和自貢至宜賓中強地震帶的波及影響。
向家壩水庫區基本不存在同時具備最有利於誘震的構造條件和岩性介質條件的庫段,因此不致誘發強度可觀的地震。即使在各種誘震因素都相對不利的情況下,其震級上限不會超過5級,不會超過各庫段地震基本烈度複核值範圍。
根據國家地震局的基本烈度複核和危險性分析成果,並經國家地震局地震烈度評定委員會審定,工程區地震基本烈度為7度。
根據國家相關規定,向家壩水電站大壩的抗震設防類別為甲類,設計烈度為8度。
設計地震加速度代表值:
通過按現行規範進行的抗震動力計算、非線性顯式有限元地震波動反應分析、三維動力分析及動力模型試驗成果表明,大壩動力抗滑穩定及應力安全滿足規範要求。
雖然在壩踵附近拉應力和壩趾附近壓應力均較大,但其具有應力梯度大、發生區域小(壩踵拉應力範圍處於灌漿帷幕前且小於壩底寬度的7%)的角緣應力集中的特點,所以此小範圍的較高應力區,不會對壩體抗震安全產生大的影響,能夠保證擋水壩段和泄水壩段的靜動力穩定。
壩體泄水中孔出口處溢流麵及壩踵部位抗拉強度安全裕度不高,可適當提高該部位的混凝土強度等級。
壩基軟弱層麵須進行包括灌漿、混凝土置換或其它綜合手段的處理措施。
盡量減輕壩體頂部實體混凝土的寬度,代之以輕型的墩梁結構或圓拱結構,以減輕壩體上部重量;壩體內各類孔口進口兩側邊牆地震動應力相對較大,配筋時均應加強;大壩壩坡避免劇變,壩體下遊頂部折坡均設置弧形。
溪洛渡水電站位於南北向峨邊-金陽斷裂、北東向的蓮峰斷裂及北西向的馬邊-鹽津隱伏斷裂帶所圍限的雷波-永善三角形塊體之中南部,是一個相對完整、穩定的塊體。
據深部地球物理場勘探資料,雷波-永善三角形塊體及向斜構造盆地深部無區域性深大斷裂通過,是一個相對完整、穩定的塊體,不具備發生6級以上強震的地震地質背景。
溪洛渡拱壩抗震設防類別為甲類,根據國家地震局研究報告,溪洛渡壩址場地地震基本烈度為8度。基準期100年,超越概率0.02的基岩水平峰值加速度為0.321g。
溪洛渡水電站混凝土拱壩高278m,已超出現行水工抗震設計規範的限定,溪洛渡拱壩的抗震複核,首先按照現行水工抗震設計規範,開展了拱梁分載法和有限元法動力反應分析以及壩肩三維剛體極限平衡法動力穩定分析,計算結果表明:壩體應力與基礎穩定可滿足規範規定的容許應力和抗滑安全係數的要求;僅局部區域的拉應力超限,且範圍不到壩麵的5%。
動力模型試驗除模擬庫水、橫縫外,首次模擬了大壩基礎及邊界阻尼影響,能夠反映壩基不均勻輸入。
無論計算分析,還是模型試驗的成果,均表明溪洛渡拱壩具有較好的抗震能力,滿足抗震設計要求。
根據計算分析及模型試驗成果,采用以下抗震措施:
在高應力部位及壩身孔口部位提高混凝土強度等級。
拱壩橫縫采用銅止水片和橡膠止水片,能夠適宜橫縫張開的要求。若拱壩經受高強地震後,經檢測視橫縫張開情況可研究進行橫縫灌漿處理。
無需設置抗震鋼筋。地震作用下拱壩橫縫張合的變化,基本消除了拱壩中上部拱冠梁區域的高拉應力,壩體應力水平滿足設計要求,因此大壩上部無需設置抗震鋼筋就可保證大壩的整體性。
四、
白鶴灘工程位於強烈活動的川滇菱形塊體東側邊緣附近,受青藏高原側向變形的影響,具有較高的區域構造和地震活動背景。
工程近場區範圍內構造活動相對較弱,現今構造活動總體水平不高,近場區內其他主要斷裂晚第四紀以來沒有明顯活動,發生破壞性地震潛能不大
經國家地震安全性評定委員會審查,同意白鶴灘水電站工程場址區的地震基本烈度定為VIII度。
通過對近場區地震地質補充調查研究,結合近年來該地區地震安評工作新的研究成果,核定了壩址的設計地震動參數。
研究表明:壩體中上部在地震荷載下會產生較高的拱向拉應力,但考慮橫縫非線性影響後,拱向拉應力隨著橫縫張開幾乎完全釋放。因此,可以預見考慮上述因素後該部位的拱向高拉應力區將不複存在,該部位的抗震安全應不會成為大壩設計的製約因素。
初步研究成果表明,不對稱拱壩與對稱拱壩的各階自振特性與相應振型相差不大,頻率差異基本在10%以內。因此可以認為,地形不對稱性不會給白鶴灘拱壩的動力反應帶來明顯的不利影響。
烏東德工程地處我國西部強烈地震活動區內,區域地震活動頻度高。但壩址位於川滇台背斜之武定—米易隆褶束內,構造以地台為主,在地台蓋層發育時期,處於相對構造穩定狀態,新構造運動間歇性抬升過程中無明顯差異。
壩址區及其周緣地區不具備孕育強烈地震的構造條件。
按照規範的要求,各建築物設計抗震標準為:
計算成果表明,通過控製有利於壩體抗震性能的體形調整,可較大幅度提高拱壩抗震能力。
采用多拱梁方法程序對比計算表明選定的拱壩體型具有較高的抗震性能力:
地震作用下壩體最大主拉、壓應力數值與國內其它250m以上高拱壩基本相當;
考慮地基輻射阻尼影響後,最大主拉應力降低約25~30%,最大主壓應力降低約20%~25%;
考慮地震中橫縫張開影響,頂部拱冠梁附近高拉應力得到釋放,拱向最大拉應力值得到有效控製,梁向拉應力有所增大,拱壩整體應力狀態有所改善。




