傳統(tǒng)的線彈性模型和彈塑性DP模型難以真實(shí)反映混凝土、巖石地基在遭遇超出其抗拉壓強(qiáng)度時(shí)的損傷破壞規(guī)律。為更加全面地評(píng)估余震作用對(duì)已損重力壩結(jié)構(gòu)的累積破壞影響,本文采用塑性損傷力學(xué)模型來(lái)模擬壩體的動(dòng)力損傷,同時(shí)考慮巖石材料的非線性性質(zhì),將塑性損傷力學(xué)的方法推廣到巖體材料,建立了大壩壩體與地基的整體損傷力學(xué)模型,實(shí)現(xiàn)了重力壩整體動(dòng)態(tài)損傷演化全過(guò)程模擬。結(jié)合主震與強(qiáng)余震統(tǒng)計(jì)關(guān)系和NGA地震動(dòng)衰減關(guān)系構(gòu)造了主余震地震動(dòng)序列,分別研究了單次主震、單次余震以及主震后余震對(duì)強(qiáng)震區(qū)混凝土重力壩壩體地基整體損傷演化的影響。研究結(jié)果表明:余震作用對(duì)壩基的塑性應(yīng)變累積效應(yīng)顯著,對(duì)于主震受損的混凝土重力壩結(jié)構(gòu),余震作用能夠引起結(jié)構(gòu)較大的二次殘余變形。 

【文章來(lái)源】：水利學(xué)報(bào). 2020,51(02)北大核心EICSCD

【文章頁(yè)數(shù)】：7 頁(yè)

【部分圖文】：

重力壩有限元模型

以上述混凝土重力壩工程為例，主震震級(jí)為7.3。壩址條件為基巖，根據(jù)基巖材料性能參數(shù)，計(jì)算得出基巖地下30 m平均剪切波波速VS30為1300 m/s。假定主震后發(fā)生一次強(qiáng)余震，通過(guò)Bath定律[12]得到余震震級(jí)為6.1。基于BSSA13模型的地震動(dòng)衰減關(guān)系，引入偶然不確定性選項(xiàng)（δn值取為1），斷層距分別選取10、15、20、30和50 km，計(jì)算其對(duì)應(yīng)的加速度反應(yīng)譜（PSA）如圖2所示。從圖2中可以看出，斷層距與地震峰值加速度成反比關(guān)系。根據(jù)震后資料顯示，潰壩和高危險(xiǎn)情壩多分布在斷層距30 km范圍以內(nèi)。為確保設(shè)計(jì)安全亢余度，本文研究取斷層距為10 km，考慮主震和余震為同源地震，得到主震和余震PGA分別為0.319g、0.223g。在地震動(dòng)持時(shí)方面，本文采用霍俊榮的研究成果[13]，根據(jù)地震動(dòng)相應(yīng)的震源參數(shù)（震級(jí)M和震中距R）確定主震地震動(dòng)持續(xù)時(shí)間為24 s，余震為17 s。采用服從正態(tài)分布的相位差譜代替由隨機(jī)函數(shù)生產(chǎn)的隨機(jī)相位譜，根據(jù)BSSA13反應(yīng)譜曲線（圖3）合成時(shí)-頻非平穩(wěn)人工地震波（阻尼比為5%）。每條地震波相互獨(dú)立，主、余地震動(dòng)間隔時(shí)間取10 s，然后對(duì)地震波進(jìn)行組合。圖4給出了主、余序列震水平向加速度時(shí)程曲線，豎向峰值加速度取水平向的2/3。

計(jì)算結(jié)果如圖5所示。從圖5可以看出，3種工況下，混凝土重力壩壩體地基整體體系損傷位置大致相同，其中壩體損傷主要集中在下游折坡處高程位置附近，地基損傷主要發(fā)生在壩踵處基巖，并沿深度方向擴(kuò)展。單一余震作用時(shí)（圖5(b）），壩體下游折坡處發(fā)生輕微損傷，壩踵處基巖裂縫豎向向下擴(kuò)展12.3 m；單一主震作用時(shí)（圖5(a）），壩體下游折坡處損傷較單一余震作用時(shí)明顯加重，下游折坡處裂縫向上游和折坡處高程以下擴(kuò)展，最終折坡處混凝土裂縫向上游擴(kuò)展約4.2 m、折坡處高程以下擴(kuò)展約4.5 m，壩踵處基巖裂縫豎向向下擴(kuò)展34.2 m；主余序列地震動(dòng)聯(lián)合作用時(shí)（圖5(c）），壩體部分損傷區(qū)域較單一主震作用時(shí)無(wú)明顯變化，但壩踵處基巖損傷程度較單一主震作用時(shí)有所加重，最終地震動(dòng)持時(shí)結(jié)束時(shí)，壩踵處基巖裂縫豎向向下擴(kuò)展37.9 m�？梢钥闯�，重力壩整體體系在遭受主、余序列地震動(dòng)作用后，壩基損傷區(qū)域要明顯大于壩體損傷區(qū)域，表明在混凝土重力壩抗震分析時(shí)同時(shí)考慮壩體和基巖的塑性損傷是必要的。3.3.2 對(duì)能量耗散指標(biāo)的影響分析

【參考文獻(xiàn)】：
期刊論文
[1]強(qiáng)余震對(duì)主震受損重力壩非線性動(dòng)態(tài)響應(yīng)的影響[J]. 王高輝,盧文波,嚴(yán)鵬,陳明.  水利學(xué)報(bào). 2017(06)
[2]材料非線性對(duì)壩體-地基體系地震響應(yīng)的影響[J]. 郝明輝,張艷紅.  水利學(xué)報(bào). 2014(S1)
[3]主余震地震序列下重力壩損傷演化及能量特征[J]. 王超,張社榮,王高輝.  地震工程與工程振動(dòng). 2013(05)
[4]基于NGA衰減關(guān)系的壩址設(shè)定地震研究[J]. 張翠然,陳厚群,李敏.  中國(guó)水利水電科學(xué)研究院學(xué)報(bào). 2010(01)
[5]汶川地震后對(duì)大壩抗震安全的思考[J]. 陳厚群.  中國(guó)工程科學(xué). 2009(06)
[6]一致粘彈性人工邊界及粘彈性邊界單元[J]. 劉晶波,谷音,杜義欣.  巖土工程學(xué)報(bào). 2006(09)
[7]強(qiáng)余震的災(zāi)害評(píng)估[J]. 吳開(kāi)統(tǒng),李文喜.  中國(guó)地震. 1995(04)
[8]地面運(yùn)動(dòng)時(shí)程強(qiáng)度包絡(luò)函數(shù)的研究[J]. 霍俊榮,胡聿賢,馮啟民.  地震工程與工程振動(dòng). 1991(01)



本文編號(hào)：3352157