
李德玉:重力壩極限抗震能力初步研究
重力壩作為一種簡單實用的壩型在國內外大壩建設中得到廣泛采用,其橫河向尺寸遠遠大於順河向尺寸,因此對修建於強震區的重力壩,常常要求壩段間橫縫進行灌漿使其成為整體從而提高抗震性能。對於整體式重力壩,由於其橫河向剛度遠遠大於順河向及豎向,橫河向地震作用產生的大壩變形和應力較其它兩個方向地震作用要小很多,因此在大壩抗震設計計算與安全評價中,常常忽略橫河向地震作用,僅僅計入順河向和豎向地震作用,選取典型壩段采用簡便實用且偏於安全的懸臂梁法和平麵有限單元法進行,隻是對於結構型式較為複雜的溢流、廠房壩段等,為準確反映閘墩、孔口及管道附近結構的局部應力狀態,針對一個壩段進行不考慮橫河向地震影響的“壩段三維”有限元計算。
碾壓混凝土重力壩是近年來發展起來的新壩型,因其施工快速的特點得到越來越廣泛的應用。然而,對於碾壓重力壩壩段誘導縫以及分倉橫縫的灌漿問題,由於灌漿設計和施工極其複雜,甚至會嚴重影響工期從而使得碾壓混凝土壩施工快速的優勢不複存在,且灌漿質量也難以保證等因素,一些碾壓混凝土重力壩工程在設計或施工中對這些接縫並未采取灌漿處理措施。溫度荷載作用下隨著混凝土收縮這些接縫會產生微小張開從而削弱了大壩的整體性。靜態荷載作用下,由於大壩不承受橫河向荷載作用,這種整體性的削弱不會對其靜態應力帶來多大影響。但遭遇地震時情況有所變化,忽略橫河向地震作用的假定可能難以如實反映大壩在強震作用下的動力反應。如何合理分析論證這一影響,確保大壩的抗震安全,成為強震區碾壓重力壩工程設計者十分關心的技術問題。針對這一問題,如果選取一個壩段或壩段群,兩側施加自由邊界條件,計算其在三向地震作用下的動力反應,則由於單個壩段的橫河向十分薄弱,橫河向地震作用下的地震反應又可能被過度放大。實際上盡管未經灌漿處理的壩段間接縫在正常運行狀態下會存在初始間隙,但其間隙很小(一般以毫米計),且沿縫麵也非均勻分布,地震過程中始終處於接觸—滑移—張開等各種狀態的交變過程中成為複雜的接觸非線性問題,整個大壩也因此產生一定程度的整體作用。因此對重力壩進行整體三維有限元動力分析,對於揭示地震中重力壩的實際工作狀況,研究接縫處理方式及其影響有重要意義。在已有的研究工作中,文[1]、[2]雖對實際大型重力壩建立整體三維有限元模型進行動力分析,但僅限於大壩自振特性分析和用振型分解反應譜法分析大壩地震動力響應。本文將考慮地基輻射阻尼作用和壩體接縫非線性動力接觸作用的大壩—地基體係地震波動反應分析方法用於龍開口碾壓混凝土重力壩整體三維有限元地震時程反應分析,揭示橫河向地震輸入對重力壩地震反應的影響,研究比較重力壩橫縫采取不同工程措施對加強大壩抗震性能的作用。




