地震強(qiáng)度對(duì)堆石壩變形的影響分析

王翦

摘 要：地震強(qiáng)度對(duì)于堆石壩變形的影響作用比較明顯，采用科學(xué)的方法控制堆石體位移，提升大壩的安全性。在加筋和不加筋條件下，不同強(qiáng)度的地震動(dòng)作用下的大壩豎向變形程度不同。在實(shí)地測(cè)量中，根據(jù)堆石壩的幾何尺寸與堆石體的密度，計(jì)算出堆石體剪切模量，有利于將堆石壩變形程度控制在合理范圍內(nèi)。本文從地震強(qiáng)度對(duì)堆石壩變形的角度進(jìn)行分析，提出幾點(diǎn)有利于提升堆石壩穩(wěn)定性的可行性建議。

關(guān)鍵詞：地震強(qiáng)度；堆石壩；變形設(shè)計(jì)；具體影響

一、地震強(qiáng)度對(duì)堆石壩變形分析技術(shù)原理的介紹

地震對(duì)于堆石壩變形影響比較大，當(dāng)?shù)卣饛?qiáng)度增大時(shí)，堆石體有效凝聚力下降。對(duì)堆石壩變形程度進(jìn)行分析時(shí)，可以采用剛體極限平衡法、有限元極限平衡法和有限元強(qiáng)度折減法，對(duì)大壩整體結(jié)構(gòu)的擬靜力數(shù)值大小進(jìn)行分析。

對(duì)每個(gè)加速度循環(huán)變化情況進(jìn)行分析，當(dāng)a（t）﹥ay時(shí)，根據(jù)積分求出滑動(dòng)體滑移速度并且進(jìn)行累加，計(jì)算出不同地震強(qiáng)度下堆石壩變形的大致數(shù)值。當(dāng)堆石壩體滑移速度V滑﹥0時(shí)，大壩整體結(jié)構(gòu)穩(wěn)定狀態(tài)發(fā)生改變。根據(jù)積分求抵抗滑動(dòng)的速度V抗并且進(jìn)行累加系數(shù)的計(jì)算。在地震作用效力最強(qiáng)時(shí)，判別V滑與V抗的接近程度是否滿足大壩結(jié)構(gòu)穩(wěn)定的要求，根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)勘測(cè)點(diǎn)實(shí)測(cè)的情況進(jìn)行分析，求出滑動(dòng)體的永久位移數(shù)值并且進(jìn)行累加。在加速度循環(huán)分析計(jì)算中，考慮壩體液化失穩(wěn)的數(shù)據(jù)，得出更加準(zhǔn)確的變形記錄。在堆石壩抗震設(shè)計(jì)中，技術(shù)人員需要考慮堆石體的有效凝聚力和有效摩擦角，對(duì)堆石體的阻力比與位移速度進(jìn)行相似常數(shù)計(jì)算。

二、實(shí)測(cè)環(huán)境下地震強(qiáng)度對(duì)堆石壩變形的影響分析

（一）不同地震強(qiáng)度下堆石壩液化效應(yīng)失穩(wěn)分析

在不同地震強(qiáng)度下堆石壩變形狀態(tài)分析中，技術(shù)人員需要對(duì)壩體因液化效應(yīng)發(fā)生失穩(wěn)問(wèn)題進(jìn)行單元統(tǒng)計(jì)，對(duì)堆石壩的加固方法進(jìn)行探討。我們發(fā)現(xiàn)地震強(qiáng)度50年超越概率為10%時(shí)，堆石壩液化單元個(gè)數(shù)為286個(gè)左右，大壩常規(guī)豎向體液化單元比例小于0.65%，此時(shí)的液化區(qū)埋深應(yīng)該控制在不低于5m的水平。

地震強(qiáng)度50年超越概率為5%時(shí)，堆石壩液化單元個(gè)數(shù)為910個(gè)左右，大壩常規(guī)豎向體液化單元比例小于2.06%，此時(shí)的液化區(qū)埋深應(yīng)該控制在不低于15m的水平。堆石壩液化單位個(gè)數(shù)較多的，區(qū)域地震活動(dòng)比較多發(fā)，在抗震形式比較嚴(yán)峻的區(qū)域，可以使用剪力墻鋼筋四排配筋的方法，開(kāi)展壩體防豎向變形的加固工作，分別在水平和豎直的方向均勻分布筋體。使用拉筋方法需要將其與各排分布筋綁扎的方式，增加四排配筋方法的整體密度。地震強(qiáng)度50年超越概率為2%時(shí)，堆石壩液化單元個(gè)數(shù)為3186個(gè)左右，大壩常規(guī)豎向體液化單元比例小于7.22%，此時(shí)的液化區(qū)埋深應(yīng)該控制在不低于2m的水平。

（二）剛體極限平衡填筑參數(shù)分析法介紹

在剛體極限平衡分析中，一般采用常規(guī)豎向條法進(jìn)行大壩整體結(jié)構(gòu)的擬靜力數(shù)值計(jì)算，不能考慮高程變化的地震動(dòng)態(tài)分布系數(shù)，而是以堆石體加筋的強(qiáng)度為重要參考標(biāo)準(zhǔn)。在不同地震強(qiáng)度狀態(tài)下，采用有限元極限平衡法分析堆石壩變形狀態(tài)，一般給定滑動(dòng)破壞面形式后，搜索堆石壩變形數(shù)值至Fn最小值，可以考慮土體受力變形的具體特性對(duì)于大壩整體結(jié)構(gòu)的影響。

各種工程堆石料的具體特性不同，其填筑參數(shù)也不一樣。砂巖的干密度為2.05g/cm3，其孔隙率不低于23.2%，最大粒徑不超過(guò)600mm。凝灰?guī)r的干密度為2.09g/cm3，其孔隙率不低于23.0%，最大粒徑不超過(guò)600mm?；?guī)r的干密度為2.15g/cm3，其孔隙率不低于21.0%，最大粒徑不超過(guò)1000mm。流紋巖的干密度為2.23g/cm3，其孔隙率不低于19.5%，最大粒徑不超過(guò)800mm。使用有限元極限平衡法對(duì)不同工程的抗震性能進(jìn)行分析時(shí)，根據(jù)填充料的堆石料參數(shù)進(jìn)行壩體強(qiáng)度判定，我們發(fā)現(xiàn)各工程的設(shè)計(jì)填筑指標(biāo)一般比較相近。采用不同的加筋方法，能夠有效抵抗地震對(duì)于壩體安全性的影響。在有限元極限平衡分析法中，考慮壩頂上游側(cè)最大位移和壩頂下游測(cè)最大位移的距離變化，找準(zhǔn)壩體液化位移的變化規(guī)律。

（三）堆石壩擬靜力有限元強(qiáng)度折減分析法介紹

在地震強(qiáng)度對(duì)堆石壩變形影響分析中，采用有限元強(qiáng)度折減法進(jìn)行分析，考慮地震動(dòng)峰值加速度的變化情況，得到壩體的擬靜力分析數(shù)據(jù)。大壩整體結(jié)構(gòu)滑動(dòng)破壞面形式由計(jì)算自動(dòng)得到，不需要事先人為假定和搜索，可以合理反映沿高程方向變化的大壩地震安全系數(shù)的動(dòng)態(tài)分布情況。

但是，在目前的堆石壩變形狀態(tài)分析過(guò)程中，缺乏統(tǒng)一而可靠的土體動(dòng)力破壞判斷標(biāo)準(zhǔn)。我們一般在地震過(guò)程中假定折減系數(shù)保持不變，而不能考慮安全系數(shù)的時(shí)間變化影響情況。地震動(dòng)輸入方式為整體順河向模式時(shí)，地震動(dòng)峰值加速度不小于0.288g，地震動(dòng)反應(yīng)譜為100a超越概率2%。地震動(dòng)輸入方式為部分順河向且壩頂區(qū)面板為豎向模式時(shí)，地震動(dòng)峰值加速度不小于0.345g，地震動(dòng)反應(yīng)譜為100a超越概率1%。在堆石壩抗震加筋設(shè)計(jì)中，含有漂（塊）卵（碎）砂礫石層的填充層為底部應(yīng)力支撐區(qū)。提升大壩墊層的平整程度，使用大型機(jī)械設(shè)備對(duì)主堆石進(jìn)行特別碾壓。在大壩中層坡度處鋪填礫石土和粉煤灰，加裝鋼筋混凝土面板。

三、結(jié)束語(yǔ)

在不同地震強(qiáng)度下堆石壩變形狀況分析活動(dòng)中，使用計(jì)算機(jī)軟件工具對(duì)填石壩變形狀態(tài)進(jìn)行分析，有利于提升分析準(zhǔn)確性。在信息化分析模式中，輸入地震加速度，得到堆石壩承壓狀態(tài)分析圖。對(duì)基層輸入加速度放大得出地震加速度沿壩高的分布情況，采用堆石壩平衡分析法進(jìn)行地震強(qiáng)度影響判定，技術(shù)人員需要預(yù)先假定滑動(dòng)體，并且計(jì)算出該滑動(dòng)體的屈服加速度ay以及有效平均加速度a（t）。

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