我國(guó)已建、在建和擬建的高壩工程的規(guī)模和數(shù)量在世界上都是史無(wú)前例的。這些高壩的建設(shè)主要集中在區(qū)域構(gòu)造穩(wěn)定性較差的西部強(qiáng)震區(qū),其中大部分為混凝土壩,其抗震安全性至關(guān)重要,大壩抗震安全評(píng)價(jià)是工程設(shè)計(jì)中的關(guān)鍵技術(shù)難題。地震作用下高混凝土壩壩體連同部分地基整體滑動(dòng)的失穩(wěn)破壞是其主要的破壞模式之一。本文以高混凝土壩-地基系統(tǒng)整體抗震穩(wěn)定安全評(píng)價(jià)為研究目標(biāo),在考慮地震作用和壩基巖體內(nèi)控制性滑動(dòng)塊體滑裂面力學(xué)參數(shù)不確定性基礎(chǔ)上,建立高混凝土壩-地基系統(tǒng)整體有限元模型,分別對(duì)混凝土重力壩和拱壩開(kāi)展了混凝土壩-地基體系整體穩(wěn)定地震易損性分析,并構(gòu)建了基于概率的混凝土壩-地基體系整體穩(wěn)定的抗震安全評(píng)價(jià)的初步框架。主要研究成果如下:(1)改進(jìn)并推導(dǎo)了可以考慮殘余凝聚力的動(dòng)接觸力模型。針對(duì)混凝土重力壩壩基地震抗滑穩(wěn)定性能的分析,采用改進(jìn)的動(dòng)接觸力模型,研究了殘余凝聚力對(duì)壩基交界面處殘余滑動(dòng)位移、滑動(dòng)開(kāi)裂長(zhǎng)度、最大張開(kāi)位移和壩體應(yīng)力的影響,結(jié)果表明考慮殘余凝聚力能夠使重力壩壩基地震滑動(dòng)穩(wěn)定控制設(shè)計(jì)更加合理、經(jīng)濟(jì)。(2)建立了混凝土重力壩和拱壩壩體-地基體系有限元模型,對(duì)于重力壩,考慮地基深層滑塊滑裂面接觸非線(xiàn)性;對(duì)于拱壩,在將壩體-地基作為一個(gè)體系的基礎(chǔ)上,綜合考慮了壩體橫縫、壩肩可能滑動(dòng)巖體的邊界、壩底與地基交接面等處接縫的局部開(kāi)合與滑移以及壩體和地基的動(dòng)力相互作用等各項(xiàng)因素的影響,基于增量動(dòng)力分析方法(Incremental Dynamic Analysis,IDA),開(kāi)展了接觸面上抗剪強(qiáng)度參數(shù)對(duì)混凝土壩-地基體系地震整體滑動(dòng)穩(wěn)定性的參數(shù)敏感性分析,提出了采用殘余滑動(dòng)位移和滑動(dòng)面積比作為評(píng)價(jià)指標(biāo)的混凝土壩地震滑動(dòng)失穩(wěn)水平的評(píng)價(jià)方法,定量地評(píng)價(jià)了各抗剪強(qiáng)度參數(shù)在混凝土壩-地基體系地震整體抗滑穩(wěn)定中的相對(duì)重要性,揭示了抗剪強(qiáng)度參數(shù)對(duì)重力壩深層滑動(dòng)失穩(wěn)和拱壩壩肩失穩(wěn)破壞過(guò)程的影響機(jī)理。(3)在(2)所建立的模型基礎(chǔ)上,考慮滑裂面抗剪強(qiáng)度參數(shù)的不確定性,通過(guò)采用拉丁超立方抽樣方法生成分析樣本,基于IDA方法,開(kāi)展了混凝土壩壩體-地基體系的地震抗滑穩(wěn)定參數(shù)不確定性分析。發(fā)現(xiàn)了由于抗剪強(qiáng)度參數(shù)的隨機(jī)性導(dǎo)致混凝土地震滑動(dòng)失穩(wěn)破壞不同階段存在不同程度的變異性。對(duì)于拱壩-地基體系,基于殘余滑動(dòng)位移和滑動(dòng)面積比評(píng)價(jià)指標(biāo),討論了抗剪強(qiáng)度參數(shù)的變化對(duì)拱壩壩肩地震抗滑穩(wěn)定性能變異性的影響,發(fā)現(xiàn)了滑動(dòng)面積比指標(biāo)能夠更全面地呈現(xiàn)出滑動(dòng)面滑動(dòng)發(fā)生和發(fā)展的全過(guò)程,而殘余滑動(dòng)位移更直觀的呈現(xiàn)出滑塊發(fā)生滑動(dòng)的最終結(jié)果,兩者均可作為評(píng)價(jià)拱壩壩肩地震抗滑整體穩(wěn)定性的一個(gè)方便的、有效的指標(biāo)。無(wú)論是混凝土重力壩還是拱壩,地震作用下,其特征點(diǎn)殘余滑動(dòng)位移或滑動(dòng)面積比的IDA曲線(xiàn)整體平均值、50%分位數(shù)值與基本參數(shù)模型下的結(jié)果表現(xiàn)出較好的一致性。(4)基于(3)所得到的計(jì)算分析結(jié)果,引入地震易損性分析的概念,給出了混凝土壩地震易損性分析流程,提出采用殘余滑動(dòng)位移和滑動(dòng)面積比平均IDA曲線(xiàn)上的拐點(diǎn)界限值作為混凝土壩的地震滑動(dòng)穩(wěn)定性能水平劃分準(zhǔn)則,分別定義了重力壩和拱壩-地基體系整體地震滑動(dòng)失穩(wěn)破壞過(guò)程中相應(yīng)的性能水平,依據(jù)所給出的地震易損性分析流程,繪制了不同性能水平下的重力壩和拱壩-地基體系整體滑動(dòng)穩(wěn)定地震易損性曲線(xiàn),進(jìn)一步比較分析了考慮和不考慮殘余凝聚力的地震易損性曲線(xiàn)的區(qū)別�；谒玫牡卣鹨讚p性曲線(xiàn),對(duì)設(shè)計(jì)地震和最大可信地震作用下,不考慮和考慮殘余凝聚力的混凝土重力壩和拱壩-地基體系地震整體穩(wěn)定性能進(jìn)行了分析,為混凝土壩壩體-地基體系的抗震安全評(píng)價(jià)提供參考依據(jù)。(5)基于所獲得混凝土壩-地基體系整體穩(wěn)定地震易損性曲線(xiàn)解析函數(shù),通過(guò)引入冪指數(shù)函數(shù)的形式來(lái)描述地震危險(xiǎn)性曲線(xiàn),結(jié)合所構(gòu)建的概率地震需求模型,得到了地震危害性分析的解析函數(shù),基于此以實(shí)際工程為例,對(duì)混凝土重力壩和拱壩-地基體系整體穩(wěn)定進(jìn)行了地震危害性分析,給出了重力壩和拱壩-地基體系在設(shè)計(jì)基準(zhǔn)期限內(nèi)到達(dá)不同性能水平的概率,為其在極限地震下的抗震安全評(píng)價(jià)提供了科學(xué)依據(jù)。
【學(xué)位單位】：中國(guó)水利水電科學(xué)研究院
【學(xué)位級(jí)別】：博士
【學(xué)位年份】：2019
【中圖分類(lèi)】：TV642;TV312
【部分圖文】：

能資源蘊(yùn)藏量，具有高達(dá)５．４２億ＫＷ和４．０２億ＫＷ的技術(shù)和經(jīng)濟(jì)可開(kāi)發(fā)量，兩者均處??于世界首位。我國(guó)水資源具有空間分布不均和時(shí)程變化的兩大特點(diǎn)，全國(guó)水土資源由于??受到季風(fēng)性氣候的影響導(dǎo)致其分布很不平衡，圖１．１給出了我國(guó)水能資源分布情況。為??了合理地充分開(kāi)發(fā)利用這些水能資源和合理地實(shí)施水資源優(yōu)化調(diào)配，我國(guó)已建、在建和??擬建的高壩工程的規(guī)模和數(shù)量在世界上都是史無(wú)前例的。重大水利工程不僅在傳統(tǒng)的防??洪、供水、灌溉、發(fā)電、航運(yùn)等方面作用顯著，還在除害興利方面、保障經(jīng)濟(jì)增長(zhǎng)、促??進(jìn)區(qū)域協(xié)調(diào)發(fā)展和改善民生、脫貧攻堅(jiān)等方面發(fā)揮了重要作用，有力地保證了國(guó)民經(jīng)濟(jì)??的健康發(fā)展。??我國(guó)水能資源分布圖??ｊ?＾?ｗ?ｃ＇??＇?、－＇?１．８％??．．；?＜?＾?．Ａ?＾??一一）１２－ｓ％??７。，ｊ：麵，１??Ｈ，ｖ?■??＾?（ｎ４ｉａ??ｍ？■丨??圖１．１我國(guó)水能資源分布圖??目前，我國(guó)己有的水庫(kù)大壩數(shù)量在世界排名第一，大約有９．８萬(wàn)余座，其中超過(guò)９５％??以上的是２０世紀(jì)８０年代以前建設(shè)的老壩。同時(shí)

針對(duì)各種抗側(cè)力結(jié)構(gòu)體系提出了不同性能水平下的水平偏移閾值［ｉｍｉ９］。１９９９??年Ｋｒａｗｉｎｋｌｅｒ給出了基于性能的抗震設(shè)計(jì)的整體框架，確定了基本流程、概念和一些關(guān)??鍵的問(wèn)題，見(jiàn)圖１．２。在１９９５年阪神地震后，日本成立了新建筑構(gòu)造體系綜合委員會(huì)，??開(kāi)始了為期三年的研究項(xiàng)目“新建筑結(jié)構(gòu)體系開(kāi)發(fā)”?［１２Ｑ］。同時(shí)，建立了?“新構(gòu)造體系??促進(jìn)會(huì)議”用來(lái)推進(jìn)項(xiàng)目的進(jìn)程。Ｐ〇ｒｔｅｒ［１２１］提出了針對(duì)特定建筑物的地震易損性評(píng)估方??法，其能夠評(píng)估維修費(fèi)用、維修時(shí)間成本以及作為反應(yīng)譜加速度的函數(shù)的使用損失成本。??Ａｓｌａｎｉ?ａｎｄＭｉｍｎｄａ［１２２］通過(guò)采用年度經(jīng)濟(jì)損失作為指標(biāo)提出了一種基于構(gòu)件的框架結(jié)構(gòu)??抗震性能評(píng)估方法。Ｍｉｔｒａｎｉ－Ｒｅｉｓｅｉ？采用所提出的基于性能的抗震設(shè)計(jì)的解析方法對(duì)一種??新的鋼筋混凝土建筑物的性能進(jìn)行了評(píng)價(jià)。該方法能夠?qū)τ捎谛迯?fù)費(fèi)用所導(dǎo)致的直接損??失以及由于建筑停工和人員傷亡導(dǎo)致的間接損失進(jìn)行評(píng)估。??我國(guó)地震工程也對(duì)該理論以及其在規(guī)范的應(yīng)用進(jìn)行了研究和討論。國(guó)內(nèi)眾多的高校??研究者或者研宄機(jī)構(gòu)針基于不同的設(shè)計(jì)方法開(kāi)展了一系列的研宄，并將將取得的成果在??建筑結(jié)構(gòu)和橋梁結(jié)構(gòu)上得到了廣泛的應(yīng)用［１２３＿１２６］。隨著該理論和方法的在工程實(shí)踐中的??廣泛的應(yīng)用，且該理論的不斷地快速發(fā)展，以及我國(guó)水利水電工程的建設(shè)需求和快速建??設(shè)，研宄者逐漸將研究方向轉(zhuǎn)移至將基于性能的抗震設(shè)計(jì)理念引入至水利水電工程，以??期為我國(guó)水利水電工程的建設(shè)的抗震安全提供更穩(wěn)固的保障以及保證可持續(xù)化的經(jīng)濟(jì)??發(fā)展和長(zhǎng)遠(yuǎn)的社會(huì)效益。陳厚群［１

可以得到采用最大似然估計(jì)法求得的結(jié)構(gòu)地震易損性曲線(xiàn)（圖２．１（ｂ）），該方??法具有以下幾個(gè)特點(diǎn)：（ｉ）式（２－２３）中采用的是對(duì)數(shù)累積分布函數(shù)，在不改變擬合方法前??提下也可以換成其他的分布函數(shù)；（ｉｉ）該方法不需要針對(duì)每一級(jí)感興趣的地震動(dòng)強(qiáng)度開(kāi)展??多個(gè)地震動(dòng)作用下的結(jié)構(gòu)動(dòng)力響應(yīng)分析，即表明每一級(jí)地震動(dòng)數(shù)量％可以取值為１，這??使得它能被更加方便地應(yīng)用；（ｉｉｉ）該公式的前提是假設(shè)每一級(jí)地震動(dòng)強(qiáng)度下的結(jié)果是相??互獨(dú)立的，當(dāng)采用相同的地震動(dòng)時(shí)候，這種獨(dú)立性并不嚴(yán)格滿(mǎn)足，然而事實(shí)證明適當(dāng)放??這立［２５１］。??

本文編號(hào)：2840468