下坂地瀝青混凝土心墻壩地震反應(yīng)分析

下坂地瀝青混凝土心墻壩地震反應(yīng)分析

1喀什市水庫工程概況下坂地水庫工程位于新疆塔里木河水系葉爾羌河上游的主要支流塔什庫爾干河上，塔什庫爾干戈爾干戈爾自治縣班迪爾市。距離喀什市315公里，塔什庫爾干縣45公里。塔里木河流域的短期綜合處理是唯一重要的水庫項目。這是一個集水區(qū)、生態(tài)補充和春季干旱于一體的綜合灌溉。水庫總庫容8.67×10該工程屬大(2)型Ⅱ等工程,樞紐建筑物由大壩、右岸導(dǎo)流泄洪洞、左岸引水發(fā)電洞及地下廠房等四部分構(gòu)成,攔河壩為瀝青混凝土心墻砂礫石壩,為2級壅水建筑物,壩高78m,工程抗震設(shè)防類別為乙類,設(shè)防烈度為Ⅷ度2壩體結(jié)構(gòu)及壩體防滲設(shè)計壩址區(qū)河谷呈“U”形,壩軸線處河床寬約280m,兩岸邊坡陡峻,基巖裸露,巖性主要為角閃黑云二長片麻巖,左岸邊坡坡度45°～54°,右岸邊坡坡度70°～80°。壩基覆蓋層最大厚度達150m,成分復(fù)雜,滲透性變化大。覆蓋層自下而上可分為冰磧層、砂層、軟土層、沖洪積層和崩坡積層。①冰磧層(Q大壩壩頂高程2966m,最大壩高78m,壩頂寬度10m,壩頂長度406m。瀝青混凝土心墻底高程2888.0m,頂部厚度0.6m,底部厚度1.2m,心墻底部與混凝土基座連接,在接觸面心墻厚度擴大為2.0m。壩殼料采用砂礫石填筑,大壩上游坡比為1∶2.35,在高程2942m、2910m處分設(shè)兩級馬道,馬道寬2m;下游坡比為1∶2.15,在高程2940m、2910m處分設(shè)兩級馬道,馬道寬2m。心墻上下游各設(shè)置水平寬度3m的過渡層。在上下游壩腳設(shè)置鎮(zhèn)壓層增加大壩的整體穩(wěn)定,頂部高程均為2910m,上游鎮(zhèn)壓層寬40m,下游鎮(zhèn)壓層寬60m。壩基150余米深厚覆蓋層的防滲處理,采用上部厚1m深85m混凝土防滲墻下接4排砂礫石層帷幕灌漿方案。壩體剖面見圖1。33.1壩體及地基的靜力—應(yīng)變關(guān)系模型在進行動力分析之前,為了確定初始應(yīng)力狀態(tài)等,需先進行靜力分析壩體和地基的靜應(yīng)力～應(yīng)變關(guān)系采用鄧肯E-B非線性模型,靜力計算采用中點增量法,分級進行,以模擬施工過程,壩體及地基的鄧肯—張模型(E-B)參數(shù)3.2基于動力分析的殘余變形模型計算中采用非線性粘彈塑性模型,這種真非線性模型將土視為粘彈塑性變形材料,模型由初始加荷曲線、移動的骨干曲線和開放的滯回圈組成。這種非線性模型的特點是:①與等效線性粘彈性模型相比,能夠較好地模擬殘余應(yīng)變,用于動力分析可以直接計算殘余變形;在動力分析中可以隨時計算切線模量并進行非線性計算,這樣得到的動力響應(yīng)過程能夠更好地接近實際情況。②與基于Masing準則的非線性模型相比,增加了初始加荷曲線,對剪應(yīng)力比超過屈服剪應(yīng)力比時的剪應(yīng)力應(yīng)變關(guān)系的描述較為合理;滯回圈是開放的,能夠計算殘余剪應(yīng)變;考慮了振動次數(shù)和初始剪應(yīng)力比等對變形規(guī)律的影響。計算中采用的非線性模型參數(shù)由等效線性粘彈性模型參數(shù)壩體及地基主要采用三維八結(jié)點六面體等參單元來模擬,在邊界不規(guī)則處采用三棱柱六結(jié)點等參單元和四面體四結(jié)點單元來填充。計算中采用了一種三維有厚度薄單元來模擬接觸面特性對于孔隙壓力的處理,在結(jié)點等價體積和三維結(jié)點等價流量的概念基礎(chǔ)上結(jié)合Biot固結(jié)理論44.1順河下游加速度反應(yīng)在設(shè)計地震作用下,壩體加速度反應(yīng)在順河向最為強烈,順河向加速度反應(yīng)在河床中部最大。壩體順河向最大加速度為4.94m/s4.2砂層振動孔壓壩體典型橫剖面單元抗震安全系數(shù)分布情況如圖2所示。壩體中單元抗震安全系數(shù)均大于1,不會產(chǎn)生動力剪切破壞。覆蓋層地基砂層中出現(xiàn)了單元抗震安全系數(shù)小于1的區(qū)域,主要分布在上下游坡腳下的砂層上層3～7m范圍。砂層振動孔壓最大值為158.3kPa,最大孔壓比為0.348,該區(qū)域雖然不會液化,但可能發(fā)生局部動力剪切破壞。計算中并未考慮上下游鎮(zhèn)壓層的作用,而且通過動力剪切破壞砂層的可能滑動面的安全系數(shù)比壩坡淺層滑動面的安全系數(shù)大,通過動力剪切破壞砂層的可能滑動面并非是控制壩體穩(wěn)定安全的滑動面,因此可以不對這部分區(qū)域的砂層進行專門處理。4.3瀝青混凝土強度瀝青混凝土心墻中的最大動剪應(yīng)力為221kPa,瀝青混凝土的強度指標?=26.1°,4.4壩軸最大動壓應(yīng)力防滲墻豎向最大動壓應(yīng)力為1.34MPa,豎向最大動拉應(yīng)力為1.17MPa;順河向最大動壓應(yīng)力為0.92MPa,順河向最大動拉應(yīng)力為0.80MPa;壩軸向最大動壓應(yīng)力為1.55MPa,壩軸向最大動拉應(yīng)力為1.27MPa。靜動力疊加后防滲墻在靠近岸坡處出現(xiàn)較大范圍內(nèi)拉應(yīng)力區(qū),最大軸向拉應(yīng)力為1.53MPa,見圖3。4.5壩體殘余位移壩體最大順河向殘余位移中,向下游最大,為20.4cm,向上游的最大水平殘余位移12.8cm;最大壩軸向殘余位移中,右岸11.4cm,左岸10.9cm;最大豎向殘余位移(沉降)為38.3cm,發(fā)生在壩頂處。壩體地震沉陷量為壩高(含覆蓋層厚度)的0.18%。沿壩軸線縱剖面豎向殘余變形見圖4。4.6結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性分析設(shè)計地震作用下,地震過程中按動力時程線法算得大壩上下游壩坡抗震穩(wěn)定安全系數(shù)時程曲線最小值分別為1.20和1.13,按動力等效值法算得的最小安全系數(shù)分別為1.32和1.26,最危險滑動面均位于壩體中上部的壩體表層,上下游壩坡基本上是穩(wěn)定的。5壩體動力相互作用本文針對深厚覆蓋層上土石壩的特點,引入所建立的土石料的三維真非線性動力本構(gòu)模型,應(yīng)用新型三維各向異性接觸面薄層單元,更好地模擬壩體—覆蓋層地基—防滲體等的動力相互作用,并通過比奧(Biot)固結(jié)理論來考慮土體