我國已建、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前例的。這些高壩的建設主要集中在區(qū)域構造穩(wěn)定性較差的西部強震區(qū),其中大部分為混凝土壩,其抗震安全性至關重要,大壩抗震安全評價是工程設計中的關鍵技術難題。地震作用下高混凝土壩壩體連同部分地基整體滑動的失穩(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)定安全評價為研究目標,在考慮地震作用和壩基巖體內控制性滑動塊體滑裂面力學參數(shù)不確定性基礎上,建立高混凝土壩-地基系統(tǒng)整體有限元模型,分別對混凝土重力壩和拱壩開展了混凝土壩-地基體系整體穩(wěn)定地震易損性分析,并構建了基于概率的混凝土壩-地基體系整體穩(wěn)定的抗震安全評價的初步框架。主要研究成果如下:(1)改進并推導了可以考慮殘余凝聚力的動接觸力模型。針對混凝土重力壩壩基地震抗滑穩(wěn)定性能的分析,采用改進的動接觸力模型,研究了殘余凝聚力對壩基交界面處殘余滑動位移、滑動開裂長度、最大張開位移和壩體應力的影響,結果表明考慮殘余凝聚力能夠使重力壩壩基地震滑動穩(wěn)定控制設計更加合理、經濟。(2)建立了混凝土重力壩和拱壩壩體-地基體系有限元模型,對于重力壩,考慮地基深層滑塊滑裂面接觸非線性;對于拱壩,在將壩體-地基作為一個體系的基礎上,綜合考慮了壩體橫縫、壩肩可能滑動巖體的邊界、壩底與地基交接面等處接縫的局部開合與滑移以及壩體和地基的動力相互作用等各項因素的影響,基于增量動力分析方法(Incremental Dynamic Analysis,IDA),開展了接觸面上抗剪強度參數(shù)對混凝土壩-地基體系地震整體滑動穩(wěn)定性的參數(shù)敏感性分析,提出了采用殘余滑動位移和滑動面積比作為評價指標的混凝土壩地震滑動失穩(wěn)水平的評價方法,定量地評價了各抗剪強度參數(shù)在混凝土壩-地基體系地震整體抗滑穩(wěn)定中的相對重要性,揭示了抗剪強度參數(shù)對重力壩深層滑動失穩(wěn)和拱壩壩肩失穩(wěn)破壞過程的影響機理。(3)在(2)所建立的模型基礎上,考慮滑裂面抗剪強度參數(shù)的不確定性,通過采用拉丁超立方抽樣方法生成分析樣本,基于IDA方法,開展了混凝土壩壩體-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)了由于抗剪強度參數(shù)的隨機性導致混凝土地震滑動失穩(wěn)破壞不同階段存在不同程度的變異性。對于拱壩-地基體系,基于殘余滑動位移和滑動面積比評價指標,討論了抗剪強度參數(shù)的變化對拱壩壩肩地震抗滑穩(wěn)定性能變異性的影響,發(fā)現(xiàn)了滑動面積比指標能夠更全面地呈現(xiàn)出滑動面滑動發(fā)生和發(fā)展的全過程,而殘余滑動位移更直觀的呈現(xiàn)出滑塊發(fā)生滑動的最終結果,兩者均可作為評價拱壩壩肩地震抗滑整體穩(wěn)定性的一個方便的、有效的指標。無論是混凝土重力壩還是拱壩,地震作用下,其特征點殘余滑動位移或滑動面積比的IDA曲線整體平均值、50%分位數(shù)值與基本參數(shù)模型下的結果表現(xiàn)出較好的一致性。(4)基于(3)所得到的計算分析結果,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,提出采用殘余滑動位移和滑動面積比平均IDA曲線上的拐點界限值作為混凝土壩的地震滑動穩(wěn)定性能水平劃分準則,分別定義了重力壩和拱壩-地基體系整體地震滑動失穩(wěn)破壞過程中相應的性能水平,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-地基體系整體滑動穩(wěn)定地震易損性曲線,進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的區(qū)別�；谒玫牡卣鹨讚p性曲線,對設計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)定性能進行了分析,為混凝土壩壩體-地基體系的抗震安全評價提供參考依據(jù)。(5)基于所獲得混凝土壩-地基體系整體穩(wěn)定地震易損性曲線解析函數(shù),通過引入冪指數(shù)函數(shù)的形式來描述地震危險性曲線,結合所構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),基于此以實際工程為例,對混凝土重力壩和拱壩-地基體系整體穩(wěn)定進行了地震危害性分析,給出了重力壩和拱壩-地基體系在設計基準期限內到達不同性能水平的概率,為其在極限地震下的抗震安全評價提供了科學依據(jù)。
【學位單位】：中國水利水電科學研究院
【學位級別】：博士
【學位年份】：2019
【中圖分類】：TV642;TV312
【部分圖文】：

能資源蘊藏量，具有高達５．４２億ＫＷ和４．０２億ＫＷ的技術和經濟可開發(fā)量，兩者均處??于世界首位。我國水資源具有空間分布不均和時程變化的兩大特點，全國水土資源由于??受到季風性氣候的影響導致其分布很不平衡，圖１．１給出了我國水能資源分布情況。為??了合理地充分開發(fā)利用這些水能資源和合理地實施水資源優(yōu)化調配，我國已建、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、航運等方面作用顯著，還在除害興利方面、保障經濟增長、促??進區(qū)域協(xié)調發(fā)展和改善民生、脫貧攻堅等方面發(fā)揮了重要作用，有力地保證了國民經濟??的健康發(fā)展。??我國水能資源分布圖??ｊ?＾?ｗ?ｃ＇??＇?、－＇?１．８％??．．；?＜?＾?．Ａ?＾??一一）１２－ｓ％??７。，ｊ：麵，１??Ｈ，ｖ?■??＾?（ｎ４ｉａ??ｍ？■丨??圖１．１我國水能資源分布圖??目前，我國己有的水庫大壩數(shù)量在世界排名第一，大約有９．８萬余座，其中超過９５％??以上的是２０世紀８０年代以前建設的老壩。同時

針對各種抗側力結構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計的整體框架，確定了基本流程、概念和一些關??鍵的問題，見圖１．２。在１９９５年阪神地震后，日本成立了新建筑構造體系綜合委員會，??開始了為期三年的研究項目“新建筑結構體系開發(fā)”?［１２Ｑ］。同時，建立了?“新構造體系??促進會議”用來推進項目的進程。Ｐ〇ｒｔｅｒ［１２１］提出了針對特定建筑物的地震易損性評估方??法，其能夠評估維修費用、維修時間成本以及作為反應譜加速度的函數(shù)的使用損失成本。??Ａｓｌａｎｉ?ａｎｄＭｉｍｎｄａ［１２２］通過采用年度經濟損失作為指標提出了一種基于構件的框架結構??抗震性能評估方法。Ｍｉｔｒａｎｉ－Ｒｅｉｓｅｉ？采用所提出的基于性能的抗震設計的解析方法對一種??新的鋼筋混凝土建筑物的性能進行了評價。該方法能夠對由于修復費用所導致的直接損??失以及由于建筑停工和人員傷亡導致的間接損失進行評估。??我國地震工程也對該理論以及其在規(guī)范的應用進行了研究和討論。國內眾多的高校??研究者或者研宄機構針基于不同的設計方法開展了一系列的研宄，并將將取得的成果在??建筑結構和橋梁結構上得到了廣泛的應用［１２３＿１２６］。隨著該理論和方法的在工程實踐中的??廣泛的應用，且該理論的不斷地快速發(fā)展，以及我國水利水電工程的建設需求和快速建??設，研宄者逐漸將研究方向轉移至將基于性能的抗震設計理念引入至水利水電工程，以??期為我國水利水電工程的建設的抗震安全提供更穩(wěn)固的保障以及保證可持續(xù)化的經濟??發(fā)展和長遠的社會效益。陳厚群［１

可以得到采用最大似然估計法求得的結構地震易損性曲線（圖２．１（ｂ）），該方??法具有以下幾個特點：（ｉ）式（２－２３）中采用的是對數(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）該方法不需要針對每一級感興趣的地震動強度開展??多個地震動作用下的結構動力響應分析，即表明每一級地震動數(shù)量％可以取值為１，這??使得它能被更加方便地應用；（ｉｉｉ）該公式的前提是假設每一級地震動強度下的結果是相??互獨立的，當采用相同的地震動時候，這種獨立性并不嚴格滿足，然而事實證明適當放??這立［２５１］。??

本文編號：2840468