拱壩動(dòng)力分析和抗震安全評價(jià)

1、拱壩動(dòng)力分析和抗震安全評價(jià)摘要隨著祖國大陸水電事業(yè)的發(fā)展，一批修建于西部高地震烈度區(qū)的壩高超過 200m 的高拱壩正在興建或設(shè)計(jì)中。 高拱壩在遭遇地震荷載作用下的動(dòng)力響應(yīng)及其抗震安全問題一直是水工界普遍關(guān)注的問題。本文結(jié)合現(xiàn)行水工建筑物抗震設(shè)計(jì)規(guī)范和拱壩抗震研究的進(jìn)展，簡述了高拱壩抗震設(shè)防標(biāo)準(zhǔn)、動(dòng)力分析方法、大壩混凝土的動(dòng)態(tài)抗力以及抗震安全評價(jià)的基本原則和方法，并就今后高拱壩抗震設(shè)計(jì)中應(yīng)重點(diǎn)研究解決的幾個(gè)問題提出建議。一、前言拱壩作為一種古老的壩型，一直被認(rèn)為具有超載能力強(qiáng)、工程量省等優(yōu)點(diǎn)，所以在國內(nèi)外的壩工建設(shè)中，只要地形、地質(zhì)條件適宜，拱壩總是首選壩型。祖國大陸的拱壩建設(shè)近年來得到迅速發(fā)展

2、，尤其隨著西部開發(fā)和西電東送戰(zhàn)略的實(shí)施， 一批高度大于 200m 的超高拱壩正在規(guī)劃建設(shè)中。這些高拱壩位于西南、西北強(qiáng)震頻發(fā)的高地震烈度區(qū)，抗震設(shè)防水平高，抗震安全問題至關(guān)重要。采用合理的動(dòng)力分析方法和抗震安全評價(jià)準(zhǔn)則進(jìn)行大壩抗震設(shè)計(jì)，確保大壩及樞紐工程的抗震安全是高拱壩建設(shè)中的關(guān)鍵技術(shù)問題。工程抗震設(shè)計(jì)手段是與其當(dāng)時(shí)的抗震分析方法和水平密切相關(guān)的。在祖國大陸以前的拱壩抗震設(shè)計(jì)中， 都遵循 1978 年由原水電部頒布的水工建筑物抗震設(shè)計(jì)規(guī)范 (SDJ10-78)(以下簡稱原規(guī)范)的要求進(jìn)行?？拐鹩?jì)算采用 “擬靜力法 ”，未能充分體現(xiàn)大壩結(jié)構(gòu)的動(dòng)力特性和地震時(shí)的地面運(yùn)動(dòng)特征。 2001 年 1

3、月國家經(jīng)濟(jì)貿(mào)易委員會(huì)頒布實(shí)施了由中國水利水電科學(xué)研究院主持、 會(huì)同國內(nèi)其他高校和設(shè)計(jì)單位新修編的 水工建筑物抗震設(shè)計(jì)規(guī)范 (DL5073-2000)1(以下簡稱現(xiàn)行規(guī)范 )。該規(guī)范在繼承原規(guī)范一些基本原則、保持規(guī)范連續(xù)性的基礎(chǔ)上，廣泛吸納近年來國內(nèi)外水工抗震領(lǐng)域取得的較為成熟的科研成果，在設(shè)防依據(jù)、抗震設(shè)計(jì)原則、計(jì)算方法等諸多方面都較原規(guī)范更能反映地震動(dòng)特性和結(jié)構(gòu)動(dòng)力性能。尤其是對大中型工程規(guī)定必須按動(dòng)力法設(shè)計(jì)，以及由確定性設(shè)計(jì)方法過渡到按考慮各種作用和抗力的不確定性的承載能力極限狀態(tài)設(shè)計(jì)法進(jìn)行抗震設(shè)計(jì)。標(biāo)志著我們水工抗震設(shè)計(jì)水平躍上了一個(gè)新高度。近年來，隨著人們對拱壩動(dòng)力特性、地震動(dòng)力反應(yīng)研

4、究的逐步深化，拱壩的抗震動(dòng)力分析理論和方法近幾年來在祖國大陸得到了迅速發(fā)展。對影響高拱壩抗震安全的許多關(guān)鍵技術(shù)， 諸如壩體 -庫水 -地基的動(dòng)力相互作用，非均勻地震動(dòng)輸入和庫水可壓縮性的影響，無限地基地震能量的逸散，拱壩橫縫強(qiáng)震開裂的非線性影響，抗震可靠度研究等方面都有所進(jìn)展和創(chuàng)新。在多年的拱壩抗震研究實(shí)踐中，中國水利水電科學(xué)研究院工程抗震研究中心開發(fā)完成基于不同理論分析方法的多層次的拱壩動(dòng)力分析軟件 2、3、4 、5、6 ，進(jìn)行了 10 多座高拱壩的動(dòng)力分析和抗震安全評價(jià)工作，為其抗震設(shè)計(jì)提供了有力的技術(shù)支撐和科學(xué)依據(jù)。二、拱壩抗震設(shè)防標(biāo)準(zhǔn)合理確定抗震設(shè)防標(biāo)準(zhǔn)是拱壩結(jié)構(gòu)安全經(jīng)濟(jì)地進(jìn)行抗震設(shè)計(jì)

5、的基礎(chǔ)。現(xiàn)行規(guī)范采用了中國地震烈度區(qū)劃圖 (1990)和對重要工程場址進(jìn)行專門的以概率理論為基礎(chǔ)的地震危險(xiǎn)性分析的雙軌制。這里的重要工程系指基本地震烈度 6 度或 6 度以上地區(qū)的壩高超過 200m 或庫容大于 100 億立米的大型工程，以及基本烈度 7 度或 7 度以上地區(qū)壩高超過 150m 的大 (1)型工程。對于需專門作地震危險(xiǎn)性分析的工程，設(shè)計(jì)烈度及設(shè)計(jì)地震加速度則根據(jù)祖國大陸已有 23 個(gè)重大水利水電工程的地震危險(xiǎn)性資料校準(zhǔn)確定，并已編入現(xiàn)行規(guī)范中，即非壅水建筑物設(shè)計(jì)采用的設(shè)計(jì)地震加速度為50 年期限內(nèi)超越概率0.05，重現(xiàn)期為 950 年一遇的地震，而較基本烈度提高 l 度設(shè)防的級

6、壅水建筑物采用 100 年期限內(nèi)超越概率 0.02、重視期約 5000 年一遇的地震。這較之祖國大陸建筑物抗震設(shè)計(jì)規(guī)范 (GBJl1-89)的重現(xiàn)期 1600 2200 年的“大震 ”水平要高得多。之所以對于級壅水建筑物采用如此高的抗震設(shè)防標(biāo)準(zhǔn)，主要目的是最大限度降低這類極端重要的工程遭遇重大震害而產(chǎn)生嚴(yán)重次生災(zāi)害的風(fēng)險(xiǎn)。在采用基于振型疊加原理的反應(yīng)譜法進(jìn)行線彈性結(jié)構(gòu)的抗震計(jì)算中，除設(shè)計(jì)地震峰值加速度外，設(shè)計(jì)反應(yīng)譜是又一個(gè)重要的地震動(dòng)參數(shù)。反應(yīng)譜是具有一定頻率和阻尼的單自由度體系在給定地震動(dòng)作用下峰值加速度反應(yīng)的動(dòng)力放大系數(shù)，其值除隨結(jié)構(gòu)振動(dòng)周期和阻尼比變化外，主要與所在場址的場地類別和地震震

7、中離場址的距離有關(guān)?，F(xiàn)行規(guī)范采用了場地相關(guān)反應(yīng)譜，由與剪切模量有關(guān)的剪切波速來劃分場地土類型，再由場地土類型和覆蓋層厚度劃分4 類場地類別，較原規(guī)范多了一類。對應(yīng)每個(gè)地震記錄都有相應(yīng)的反應(yīng)譜，規(guī)范采用了其統(tǒng)計(jì)均值并作適當(dāng)平滑規(guī)則化的標(biāo)準(zhǔn)反應(yīng)譜。標(biāo)準(zhǔn)反應(yīng)譜平臺(tái)的右端周期 Tg稱為加速度反應(yīng)譜的特征周期。已有研究表明，場地土越硬，場地加速度反應(yīng)中高頻成分越多，反映地震卓越周期的特征周期越小 ;對于基巖，規(guī)范規(guī)定為 0.20 秒。同時(shí)，考慮到遠(yuǎn)震主要影響高度大、基頻低的柔性結(jié)構(gòu)，而專門的地震危險(xiǎn)性分析結(jié)果已綜合了各有關(guān)潛在震源區(qū)的影響，無法區(qū)分遠(yuǎn)震和近震，為便于實(shí)際工程的操作應(yīng)用，規(guī)范規(guī)定設(shè)計(jì)地震烈

8、度不大于8 度、基本周期大于 1.0 秒的結(jié)構(gòu)，反應(yīng)譜的特征周期宜延長0.05 秒。反應(yīng)譜的最大值 max主要與結(jié)構(gòu)阻尼有關(guān)。 結(jié)構(gòu)阻尼的機(jī)理十分復(fù)雜，除結(jié)構(gòu)本身外，還包含了相鄰介質(zhì)的相互作用和振動(dòng)能量在地基及水中的逸散影響，與水位、地基土特性以及結(jié)構(gòu)振動(dòng)頻率和地震動(dòng)強(qiáng)度有關(guān)?，F(xiàn)行規(guī)范規(guī)定拱壩的 max=2.，5系參照國內(nèi)外實(shí)測阻尼數(shù)據(jù)并考慮強(qiáng)震時(shí)因阻尼增大動(dòng)力效應(yīng)降低等因素綜合反映工程經(jīng)驗(yàn)的設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)。與原規(guī)范相比，現(xiàn)行規(guī)范的反應(yīng)譜曲線的主要差異在于曲線的下降段，用 (Tg/T)0.9 代替了原來的 Tg/T，稍微放慢了曲線的下降坡度。三、拱壩動(dòng)力分析方法目前祖國大陸拱壩設(shè)計(jì)靜力結(jié)構(gòu)分析的基本

9、方法采用美國墾務(wù)局30 年代發(fā)展的基于拱梁系統(tǒng)位移協(xié)調(diào)的試載法，其基本概念明確，為廣大設(shè)計(jì)人員所熟悉，有長期的工程建設(shè)經(jīng)驗(yàn)，有一套相應(yīng)的應(yīng)力控制標(biāo)準(zhǔn)。由于地震作用屬特殊作用，基于動(dòng)力分析方法應(yīng)與靜力分析相互協(xié)調(diào)原則，現(xiàn)行規(guī)范明確規(guī)定，拱壩動(dòng)力分析的基本方法仍應(yīng)采用拱梁分載法。但是，拱壩作為一種空間高次超靜定殼體結(jié)構(gòu)，其結(jié)構(gòu)分析具有其特殊性和復(fù)雜性，基于線彈性和無質(zhì)量地基假定的有限單元法能更好模擬壩體結(jié)構(gòu)的復(fù)雜體型、 力學(xué)特性和壩體 基礎(chǔ) 庫水的動(dòng)力耦合作用，現(xiàn)行規(guī)范推薦其為動(dòng)力分析校核計(jì)算的主要方法。高拱壩的地震動(dòng)力反應(yīng)受多種復(fù)雜因素的影響，現(xiàn)行規(guī)范只能反映目前我們水工抗震設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)和較為成熟的

10、科研成果，限于對地震作用下拱壩結(jié)構(gòu)及其地震破壞機(jī)理的復(fù)雜性認(rèn)識尚很不夠，以及最新的一些科研成果尚待更多檢驗(yàn)因而在設(shè)計(jì)中尚難以普遍掌握和接受的實(shí)際情況，現(xiàn)行規(guī)范在動(dòng)力分析方法、地震作用效應(yīng)和相應(yīng)的結(jié)構(gòu)抗力方面的規(guī)定仍然有相當(dāng)?shù)木窒扌浴＠?，基于線彈性理論的視拱壩為整體結(jié)構(gòu)的動(dòng)力分析給出的大壩中上部的高水平拱向拉應(yīng)力，由于壩體伸縮橫縫的張開，實(shí)際上不大可能發(fā)生;壩址實(shí)際地質(zhì)地形以及地震動(dòng)能量向無限遠(yuǎn)域的逸散等因素也會(huì)顯著影響大壩的地震反應(yīng)，根據(jù)已有研究成果， 考慮這種影響會(huì)使拱壩的地震動(dòng)力響應(yīng)明顯降低。為數(shù)不多的拱壩震害實(shí)例也對上述觀點(diǎn)給出了有力佐證，其中最具代表性的當(dāng)屬美國帕科依瑪(Pacoim

11、a)拱壩，在 1971 年和 1994 年兩次遭受強(qiáng)烈地震，常規(guī)結(jié)構(gòu)應(yīng)力分析結(jié)果表明其最大拉應(yīng)力達(dá) 5.2Mpa，遠(yuǎn)超出壩體混凝土抗拉強(qiáng)度極限，但大壩壩體本身并未開裂而造成嚴(yán)重?fù)p害 7 ?；谏鲜稣J(rèn)識，現(xiàn)行規(guī)范規(guī)定，對于壩高超過 250m 的重要拱壩要進(jìn)行專門研究。針對上述拱壩抗震中的前沿課題， 結(jié)合拉西瓦、小灣等超高拱壩工程，中國水科院抗震中心開展了長期深入的研究，對這些問題的認(rèn)識逐步深化，開發(fā)完成了可考慮實(shí)際工程存在的、傳統(tǒng)分析方法難以模擬的復(fù)雜地質(zhì)地形條件、以人工透射邊界描述地震動(dòng)能量向無限遠(yuǎn)處逸散的所謂地基輻射阻尼的影響、以三維動(dòng)接觸理論模擬壩體伸縮橫縫非線性影響、應(yīng)用完全解耦的時(shí)域有

12、限元波動(dòng)分析技術(shù)的拱壩系統(tǒng)三維非線性動(dòng)力分析方法和程序，已成為重要拱壩工程進(jìn)行深入專門研究的重要工具。 NextPage四、壩體混凝土材料的動(dòng)態(tài)抗力混凝土材料動(dòng)態(tài)抗力是拱壩抗震安全評價(jià)的基本依據(jù)。地震作用對混凝土材料動(dòng)態(tài)抗力的影響表現(xiàn)為材料受荷速率高和拉 壓交變往復(fù)作用頻繁。國內(nèi)外已有的干篩或濕篩混凝土小試件的動(dòng)態(tài)實(shí)驗(yàn)資料表明，在相應(yīng)于地震作用的快速加荷下，試件材料的動(dòng)態(tài)抗壓強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)值較靜態(tài)增加 30%以上，多數(shù)資料表明，動(dòng)態(tài)抗拉強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)值的增長更為明顯，可達(dá) 50%以上?；谏鲜稣J(rèn)識，同時(shí)考慮到一般拱壩的抗震強(qiáng)度主要受抗拉強(qiáng)度控制的事實(shí)，從偏于安全的角度出發(fā)，現(xiàn)行規(guī)范規(guī)定在進(jìn)行大壩壩體材料的

13、強(qiáng)度校核時(shí)，其抗壓、抗拉強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)值均較靜態(tài)時(shí)提高30%。在進(jìn)行大壩抗震強(qiáng)度安全校核時(shí)，作用效應(yīng)考慮了靜動(dòng)綜合作用， 其材料動(dòng)態(tài)抗力的增長理應(yīng)考慮初始靜載作用的影響，但由于缺乏足夠的試驗(yàn)資料，上述規(guī)定中并未計(jì)及這種影響。大壩混凝土與普通混凝土的根本區(qū)別在于其混凝土中粗骨料的含量高。因此國內(nèi)外在進(jìn)行大壩混凝土材料靜態(tài)性能測試中，進(jìn)行了全級配大壩混凝土試件的試驗(yàn)研究，結(jié)果表明，全級配試件的抗壓強(qiáng)度普遍低于濕篩小試件，平均降幅可達(dá)20%左右，而抗拉強(qiáng)度的平均降幅更達(dá)30%左右。至于全級配試件的動(dòng)態(tài)強(qiáng)度研究剛剛起步，“九五 ”期間結(jié)合小灣工程進(jìn)行了初步探索 8，有待今后進(jìn)一步深入試驗(yàn)研究，積累試驗(yàn)資料。

14、五、拱壩的抗震安全評價(jià)在傳統(tǒng)的確定性方法工程結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中，忽略了作用荷載和結(jié)構(gòu)抗力實(shí)際存在的不確定性而將它們看作確定的定值，采用主要依靠工程經(jīng)驗(yàn)確定的單一安全系數(shù)作為判斷結(jié)構(gòu)安全與否的依據(jù)。事實(shí)上，工程結(jié)構(gòu)承受的各類作用以及結(jié)構(gòu)本身的抗力都是隨機(jī)的，而地震作用隨機(jī)性更大。已有研究表明， 地震峰值加速度的變異系數(shù)高達(dá) 1.3 以上，遠(yuǎn)大于水工結(jié)構(gòu)的其它作用，而設(shè)計(jì)反應(yīng)譜值 的變異系數(shù)也高達(dá) 0.3。現(xiàn)行規(guī)范按照水利水電工程結(jié)構(gòu)可靠度設(shè)計(jì)統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn) (GB50199-94) 的要求，基于概率極限狀態(tài)設(shè)計(jì)原則，原則上實(shí)現(xiàn)了抗震驗(yàn)算從確定性設(shè)計(jì)向基于概率理論的可靠度設(shè)計(jì)轉(zhuǎn)軌，采用作用和抗力的分項(xiàng)系數(shù)和結(jié)構(gòu)

15、系數(shù)表達(dá)的承載能力極限狀態(tài)設(shè)計(jì)式：式中 0結(jié)構(gòu)的重要性系數(shù) ; 設(shè)計(jì)狀況系數(shù)， 地震時(shí)取 0.85;S(*)作用效應(yīng)函數(shù) ;R(*)結(jié)構(gòu)抗力系數(shù) ;fk 材料性能的標(biāo)準(zhǔn)值 ; m材料性能的分項(xiàng)系數(shù);ak 幾何參數(shù)的標(biāo)準(zhǔn)值 ; d承載能力極限狀態(tài)結(jié)構(gòu)系數(shù)，對于壩體抗壓、抗拉強(qiáng)度分別規(guī)定為 1.3、0.7。承載能力極限設(shè)計(jì)式與傳統(tǒng)的單一安全系數(shù)設(shè)計(jì)式不同，傳統(tǒng)的安全系數(shù)已經(jīng)被考慮工程安全級別、設(shè)計(jì)狀況、作用和材料性能變異以及計(jì)算模式不定性等因素且與目標(biāo)可靠度相聯(lián)系的5 種系數(shù)所 “替代 ”。作用分項(xiàng)系數(shù)和抗力分項(xiàng)系數(shù)僅反映各自本身的變異性。結(jié)構(gòu)系數(shù) d考慮了計(jì)算模式的不確定性并與目標(biāo)可靠度相聯(lián)系。

16、 混凝土拱壩的抗拉、抗壓強(qiáng)度結(jié)構(gòu)系數(shù)是在大量實(shí)例可靠度驗(yàn)算基礎(chǔ)上，在保持規(guī)范連續(xù)性的原則上確定的。應(yīng)該指出，設(shè)防標(biāo)準(zhǔn)、分析方法、評價(jià)標(biāo)準(zhǔn)三者之間的統(tǒng)一是進(jìn)行拱壩抗震設(shè)計(jì)的基本前提，而現(xiàn)行規(guī)范中動(dòng)力分析方法規(guī)定以拱梁分載法為基本分析方法，亦即體現(xiàn)拱壩抗震安全指標(biāo)的結(jié)構(gòu)系數(shù) d是以拱梁分載法的分析結(jié)果為主要依據(jù)而確定的。六、結(jié)語現(xiàn)行規(guī)范依據(jù)分項(xiàng)系數(shù)概率極限狀態(tài)的設(shè)計(jì)原則，對拱壩抗震設(shè)計(jì)中抗震設(shè)防標(biāo)準(zhǔn)、拱壩抗震計(jì)算方法以及安全評價(jià)準(zhǔn)則諸方面給出了明確規(guī)定，已廣泛應(yīng)用于祖國大陸的拱壩抗震設(shè)計(jì)和抗震安全評價(jià)工作中。但如前所述，現(xiàn)行規(guī)范只能反映目前我們水工抗震設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)和較為成熟的科研成果。隨著近年來在工程

17、地震和拱壩結(jié)構(gòu)抗震理論方面的研究不斷取得新進(jìn)展，對于影響高拱壩地震動(dòng)力響應(yīng)的諸多因素的認(rèn)識已逐步深化， 在某些問題上已逐步取得了學(xué)術(shù)界的共識，一些研究成果也在工程抗震設(shè)計(jì)中得到了應(yīng)用。盡管如此，筆者認(rèn)為，在今后的拱壩抗震動(dòng)力分析和安全評價(jià)工作中，還需深入進(jìn)行以下方面的研究工作：1、現(xiàn)行規(guī)范的拱壩抗震設(shè)防標(biāo)準(zhǔn)是按照1990 年出版的中國地震烈度區(qū)劃圖作為主要依據(jù)，根據(jù)大壩抗震設(shè)防類別以及壩址區(qū)地震地質(zhì)條件確定的。 2001 年 2 月國家質(zhì)量監(jiān)督局發(fā)布了新一代的中國地震動(dòng)參數(shù)區(qū)劃圖，將 1990 年版區(qū)劃圖僅以地震烈度作為衡量一個(gè)地區(qū)地震動(dòng)改變?yōu)橐苑逯导铀俣群蛨龅刈吭街芷趦蓚€(gè)地震動(dòng)參數(shù)來表征該地

18、區(qū)地震動(dòng)特性。拱壩的抗震設(shè)防標(biāo)準(zhǔn)如何適應(yīng)這種變化，包括進(jìn)行工程場址有效峰值加速度的確定、能反映場址實(shí)際地震地質(zhì)環(huán)境和設(shè)計(jì)要求的 “設(shè)定地震 ”的確定、由此求得的能反映實(shí)際地震動(dòng)特征的場址基巖相關(guān)設(shè)計(jì)反應(yīng)譜、以及能體現(xiàn)場址地形及場地土特性的地表設(shè)計(jì)反應(yīng)譜最大幅值平臺(tái)和其起、止特征周期等關(guān)鍵問題的研究十分重要。2、進(jìn)一步進(jìn)行包括壩址實(shí)際地質(zhì)地形條件、壩體伸縮橫縫動(dòng)力非線性和無限地基輻射阻尼綜合因素影響的時(shí)域有限元三維非線性波動(dòng)分析數(shù)學(xué)模型的理論和試驗(yàn)驗(yàn)證。綜合考慮上述復(fù)雜因素的數(shù)學(xué)模型非常復(fù)雜，盡管截止目前針對這些因素的影響進(jìn)行過一些振動(dòng)臺(tái)試驗(yàn)驗(yàn)證工作 9 、10，但由于問題的復(fù)雜性，在這些試驗(yàn)?zāi)?/p>

19、型中，都不可避免地存在某些因素難以準(zhǔn)確模擬的情況。應(yīng)進(jìn)行其它可模擬上述復(fù)雜因素理論模型的研制開發(fā)和實(shí)際工程的計(jì)算分析，進(jìn)行相互比較驗(yàn)證，并可考慮在條件成熟時(shí)， 結(jié)合實(shí)際工程進(jìn)行現(xiàn)場的原型振動(dòng)試驗(yàn)驗(yàn)證。3、毫無疑問，考慮更多復(fù)雜因素基礎(chǔ)上的時(shí)域有限元波動(dòng)分析結(jié)果更為切合拱壩動(dòng)力反應(yīng)的實(shí)際狀況，但由于與現(xiàn)行規(guī)范推薦的基本分析方法 拱梁分載法在數(shù)學(xué)模型上存在較大差異，計(jì)算結(jié)果無論在分布規(guī)律還是數(shù)值上也有相當(dāng)差異，最為明顯體現(xiàn)為以下兩點(diǎn)：一是拱梁分載法在拱壩中上部拱冠附近常常給出靜動(dòng)綜合的最大主拉應(yīng)力，并成為拱壩抗震強(qiáng)度安全的控制部位，而考慮壩體伸縮橫縫張開的非線性有限元計(jì)算分析表明，橫縫張開使這些部

20、位的拱向拉應(yīng)力幾乎完全消失，而導(dǎo)致大壩中上部梁向應(yīng)力的增加;二是由于有限單元法彈性理論基本假定，在壩體地基交接面附近，受局部地質(zhì)條件、單元尺寸和單元形態(tài)影響，存在著不同程度的角緣應(yīng)力集中效應(yīng)，其數(shù)值和范圍難以準(zhǔn)確把握，而這一問題也正是制約有限單元法的計(jì)算結(jié)果作為壩體抗震安全評價(jià)依據(jù)的主要障礙。從目前的發(fā)展看，不考慮地震作用的基本荷載 (靜載 )組合時(shí)的大壩靜態(tài)設(shè)計(jì)已經(jīng)或正在突破這一限制。新修編的混凝土重力壩設(shè)計(jì)規(guī)范中，在對大量的國內(nèi)外重力壩進(jìn)行有限元系統(tǒng)靜力分析基礎(chǔ)上，采用壩踵拉應(yīng)力區(qū)在壩基面的深度小于截面厚度 7%的準(zhǔn)則。正在修編的混凝土拱壩設(shè)計(jì)規(guī)范也納入了在靜載作用下應(yīng)用有限單元法分析結(jié)果

21、作為評判依據(jù)的條款。因此，為了實(shí)現(xiàn)抗震規(guī)范與基本設(shè)計(jì)規(guī)范相呼應(yīng)，在進(jìn)行包括壩體材料動(dòng)力非線性開裂計(jì)算分析基礎(chǔ)上，探討在地震荷載作用下應(yīng)用有限單元法作為拱壩抗震安全評價(jià)基本方法的途徑，顯得十分必要和迫切。4、如前所述，目前現(xiàn)行規(guī)范給出的反映壩體抗震強(qiáng)度安全指標(biāo)的結(jié)構(gòu)系數(shù) d，是根據(jù)結(jié)合國內(nèi)10 幾座拱壩的基于拱梁分載法的計(jì)算結(jié)果，在保持與原規(guī)范連續(xù)性的原則基礎(chǔ)上，經(jīng)校準(zhǔn)后得到的。因此，為保證計(jì)算方法和評價(jià)標(biāo)準(zhǔn)配套，在應(yīng)用考慮綜合因素影響的時(shí)域有限元波動(dòng)分析計(jì)算結(jié)果進(jìn)行大壩的抗震安全評價(jià)時(shí)所應(yīng)采用的結(jié)構(gòu)系數(shù)d，應(yīng)在進(jìn)行大量實(shí)際工程抗震計(jì)算的基礎(chǔ)上，遵循與按拱梁分載法給出的 d抗震設(shè)計(jì)指標(biāo)所反映的大壩抗震安全度相協(xié)調(diào)的原則，進(jìn)行校準(zhǔn)研究、歸納總結(jié)后給出為宜。5、繼續(xù)深入研究全級配大體積拱壩混凝土的動(dòng)態(tài)性能。應(yīng)在積極建置大型材料動(dòng)力試驗(yàn)機(jī)的基礎(chǔ)上，結(jié)合實(shí)際工程，按照工程采用的混凝土配合比，合理施加適應(yīng)不同地震條件的動(dòng)態(tài)荷載，進(jìn)行在不同靜載應(yīng)力水平下的混凝土試件的包括動(dòng)態(tài)抗壓、抗拉強(qiáng)度以及動(dòng)態(tài)彈性模量的試驗(yàn)研