淺談水工建筑地下結(jié)構(gòu)抗震特點及方法

鐘少軍

摘要：隨著社會的快速發(fā)展，水利工程也得到了迅猛發(fā)展。目前，水工建筑地下結(jié)構(gòu)被廣泛應(yīng)用在水利工程中，并且使用的范圍還在不斷擴大。但是，從目前水工建筑地下結(jié)構(gòu)設(shè)計上來看，設(shè)計方案中還存在很多問題，需要國家和相關(guān)部門積極采取對策。水工建筑地下結(jié)構(gòu)設(shè)計需要結(jié)合水利工程的施工特點和當(dāng)?shù)氐牡刭|(zhì)構(gòu)造特點。雖然我國地域廣闊，但是我國部分地區(qū)正好處在地震帶，地震活動較為頻繁，這就對水工建筑地下結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計提出了更高的要求。文章主要闡述了水工建筑地下結(jié)構(gòu)抗震的特點和水工建筑地下結(jié)構(gòu)抗震措施。

關(guān)鍵詞：水工建筑；地下結(jié)構(gòu)；抗震特點

我國地質(zhì)結(jié)構(gòu)復(fù)雜，影響水工建筑地下結(jié)構(gòu)抗震的因素很多。目前，水工建筑地下結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計是水利工程施工中的難點和重點。地震給人們帶來的損失是不可估量的，國家和相關(guān)部門只有加強水工建筑地下結(jié)構(gòu)的抗震性，才能更好的保證人們的生命財產(chǎn)安全，減少地震給人們帶來的經(jīng)濟損失。

一、水工建筑地下結(jié)構(gòu)抗震的特點

地震對水工建筑地下結(jié)構(gòu)的影響非常大，7極地震就有可能會對水利工程產(chǎn)生很大的破壞，地震對水工建筑地下結(jié)構(gòu)的影響和對水工建筑地上結(jié)構(gòu)影響有很大的不同。首先，在地震發(fā)生的時候，水工建筑地下結(jié)構(gòu)的震動情況會受到水利工程地基的影響，如果水利工程的地基不發(fā)生變形，水工建筑地下結(jié)構(gòu)也不會輕易發(fā)生變形。但是，在地震發(fā)生的時候，水工建筑地上結(jié)構(gòu)則很容易輕易變形，甚至倒塌。其次，地震波對水工建筑地下結(jié)構(gòu)的影響是非常大的，水工建筑地下結(jié)構(gòu)很容易受到地震波的沖擊發(fā)生震動變形，而水工建筑地上結(jié)構(gòu)受地震波的影響相對較小。水工建筑地下結(jié)構(gòu)很容易受到周邊結(jié)構(gòu)的影響，而水工建筑地上結(jié)構(gòu)的變化主要和自身的質(zhì)量以及強度有關(guān)系。如圖一所示，為某水工建筑地下結(jié)構(gòu)示意圖。

圖一 水工建筑地下結(jié)構(gòu)設(shè)計圖

二、水工建筑地下結(jié)構(gòu)抗震措施

（一）運動系統(tǒng)設(shè)計法計算水工建筑地下結(jié)構(gòu)抗震性

在計算水工建筑地下結(jié)構(gòu)抗震性的時候，首先要計算水工建筑地下結(jié)構(gòu)周邊巖石的抗震性和水利工程地基的抗震性。因為，水工建筑地下結(jié)構(gòu)的抗震性受周邊結(jié)構(gòu)的影響很大。在水工建筑地下結(jié)構(gòu)設(shè)計中，結(jié)構(gòu)的主體應(yīng)該盡可能的避開地震斷裂帶，結(jié)構(gòu)的設(shè)計烈度在九度的時候，不應(yīng)該在巖石風(fēng)化嚴(yán)重的地方修建隧道。水工建筑地下結(jié)構(gòu)的入口和出口應(yīng)該設(shè)置在地址條件較好的地段。BRAT根據(jù)水利工程地基的特性進行水工建筑地下結(jié)構(gòu)設(shè)計，通過加強水利工程地基的牢固性來約束水工建筑地下結(jié)構(gòu)的變形，而不是單純依靠水工建筑地下結(jié)構(gòu)本身來約束結(jié)構(gòu)變形。

（二）反應(yīng)位移法計算水工建筑地下結(jié)構(gòu)抗震性

在水工建筑地下結(jié)構(gòu)設(shè)計中，反應(yīng)位移法也被廣泛推廣和使用，這種方法起源于日本。反應(yīng)位移法原理是：用水利工程地基代替水工建筑地下結(jié)構(gòu)來計算結(jié)構(gòu)的抗震性，在地震發(fā)生的時候，水利工程的地基會發(fā)生移位，設(shè)計人員可以通過地基的移位來計算水工建筑地下結(jié)構(gòu)的抗震性，計算的公式是：

K[U]=Ka[Ug]

K是指水工建筑地下結(jié)構(gòu)的剛度，通過這樣的模擬計算就可以確定水工建筑地下結(jié)構(gòu)的具體抗震性。

（三）靜力荷載法計算水工建筑地下結(jié)構(gòu)抗震性

還有一種水工建筑地下結(jié)構(gòu)抗震性計算法也被廣泛應(yīng)用，那就是靜力荷載法。這種方法主要是把水工建筑地下結(jié)構(gòu)在地震情況下產(chǎn)生的慣性作為荷載，并準(zhǔn)確地計算出在這樣的荷載下，水工建筑地下結(jié)構(gòu)的抗震性。靜力荷載法的計算公式是：

F=（T÷G）Q=KeQ

其中Q是水工建筑地下結(jié)構(gòu)的自身重量，T是地震情況下水工建筑地下結(jié)構(gòu)的震動加速度，G代表加速度，K是水工建筑地下結(jié)構(gòu)在地震情況下的加速度和重力之間的比值。

在計算水工建筑地下結(jié)構(gòu)抗震性的時候，應(yīng)該把水工建筑地下結(jié)構(gòu)自身的慣性和內(nèi)部壓力因素等考慮到抗震性計算范圍內(nèi)。

（四）擬靜力抗震計算方法

耶娃法起源于蘇聯(lián)，這種方法屬于擬靜力抗震計算方法，該方法假設(shè)在水工建筑地下結(jié)構(gòu)周圍的巖石都屬于線彈性，因為地震導(dǎo)致水工建筑地下結(jié)構(gòu)周邊巖石發(fā)生內(nèi)部變化，通過巖石內(nèi)部變化情況來計算水工建筑地下結(jié)構(gòu)的抗震性。

在水工建筑地下結(jié)構(gòu)的抗震性設(shè)計中應(yīng)該加強工程壩頭的抗震強度，避免壩體在地震情況下出現(xiàn)倒塌。水利工程應(yīng)該謹(jǐn)慎的選擇水壩的修建形狀，改善推動力的方向，降低地震對水壩的拉應(yīng)力。水利工程中水壩的頂部應(yīng)該選擇簡單、輕巧的結(jié)構(gòu)，減小水壩的整體尺寸。

（五）動力計算法計算水工建筑地下結(jié)構(gòu)抗震性

動力計算法在1940年就被應(yīng)用在水工建筑地下結(jié)構(gòu)抗震性的計算方面，這種計算方法把水工建筑地下結(jié)構(gòu)看成多個單元組合，并充分考慮到水工建筑地下結(jié)構(gòu)周邊的結(jié)構(gòu)變化對水工建筑地下結(jié)構(gòu)抗震性的影響。動力計算法會把模擬地震波輸入到水工建筑地下結(jié)構(gòu)中，觀察水工建筑地下結(jié)構(gòu)的變化，從而計算水工建筑地下結(jié)構(gòu)的抗震性。動力計算法相對其他計算法，有準(zhǔn)確度高、適應(yīng)力強的特點。動力計算法可以計算任何水工建筑地下結(jié)構(gòu)的抗震性，是比較先進的計算手段。在水工建筑地下結(jié)構(gòu)進水塔的抗震設(shè)計中，應(yīng)該包括對水工建筑地下結(jié)構(gòu)進水塔本身應(yīng)力以及塔底地基承受能力的計算。對水工建筑地下結(jié)構(gòu)進水塔的抗震計算也是采用動力計算法，能夠提高計算的準(zhǔn)確性。

在水利工程中，也要對水工建筑地下結(jié)構(gòu)中水閘的抗震性進行計算，水工建筑地下結(jié)構(gòu)中水閘的抗震性計算主要包括兩個方面：一是水閘的穩(wěn)定性，二是水閘的強度。水閘的抗震性對水工建筑地下結(jié)構(gòu)的抗震性有很大影響。選用動力計算法計水工建筑地下結(jié)構(gòu)中算水閘抗震性的時候，應(yīng)該把水閘內(nèi)部看成是一個整體進行系統(tǒng)計算。當(dāng)水工建筑地下結(jié)構(gòu)中水閘的地基是樁基的時候，相關(guān)人員應(yīng)該做好地基與水閘之間的連接，避免在地震作用下地基和水閘相分離。水工建筑地下結(jié)構(gòu)中水閘室的整體結(jié)構(gòu)應(yīng)該是勻稱的，要具備很強的整體性。

結(jié)語：

水工建筑地下結(jié)構(gòu)的安全性對水利工程的正常運行有很大影響。地震對水利工程有很大的損害，雖然地震并沒有造成我國水利工程的大面積倒塌，但是也在一定程度上破壞了水利工程的功能，威脅到周圍人民的生命財產(chǎn)安全，給國家和人民帶來了巨大的損失。因此，國家和相關(guān)部門必須重視水工建筑地下結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計，提高水工建筑地下結(jié)構(gòu)的抗震性。水工建筑地下結(jié)構(gòu)的抗震性可以通過計算確定，動力計算法是比較常見的水工建筑地下結(jié)構(gòu)抗震性計算法，這種方法計算準(zhǔn)確，而且適應(yīng)能力較強。相關(guān)人員只有合理的確定水工建筑地下結(jié)構(gòu)的抗震性，才能更好的進行水工建筑地下結(jié)構(gòu)的抗震設(shè)計，采取抗震措施。國家應(yīng)該加強水工建筑地下結(jié)構(gòu)抗震性設(shè)計人員的專業(yè)培訓(xùn)，提高設(shè)計人員的專業(yè)水平和綜合素質(zhì)。

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