復(fù)雜地質(zhì)條件下某濱海核電廠進(jìn)水口兩側(cè)翼墻抗震安全分析

黃杰華，趙杰，王桂萱，樊成

(大連大學(xué)建筑工程學(xué)院，大連 116622)

核電以其潔凈、可再生和燃料成本較低等優(yōu)點(diǎn)被世界各國(guó)所認(rèn)可和使用，因此核電的發(fā)展是一種必然趨勢(shì)[1]。核電廠取水區(qū)域具有為核電機(jī)組提供冷卻水的功能，進(jìn)水口翼墻作為核電取水區(qū)域的重要組成部分，能夠保障取水頭部等主體結(jié)構(gòu)免受侵蝕和波浪沖擊，倘若翼墻缺乏足夠的抗震承載力而破壞了，取水口將會(huì)堵塞，而核電機(jī)組也將無法進(jìn)行正常的取水循環(huán)，進(jìn)而會(huì)導(dǎo)致異常增溫，最終發(fā)生核爆炸事故。其抗震安全性問題既是核電廠循環(huán)冷卻系統(tǒng)安全運(yùn)行的重要影響因素，也是核電廠址選擇中亟待解決的問題之一，因此對(duì)核電翼墻結(jié)構(gòu)開展抗震安全分析具有重大的工程意義。

目前，中國(guó)現(xiàn)有的核電廠大部分分布在沿海地區(qū)的基巖廠址上，隨著“一帶一路”的推動(dòng)，核電廠的建設(shè)逐漸向內(nèi)陸延伸，由于理想的基巖廠址并不常見，故近年來中國(guó)在建設(shè)核電廠的過程中便會(huì)不可避免地碰到非均質(zhì)特征顯著的復(fù)雜地基環(huán)境。這類廠址地基對(duì)核電結(jié)構(gòu)地震響應(yīng)的影響往往需要考慮結(jié)構(gòu)-地基動(dòng)力相互作用(soil-structure interaction，SSI)，中外學(xué)者對(duì)此開展了大量的研究工作。鄒德高等[2]、周揚(yáng)等[3]考慮復(fù)雜地基的動(dòng)力非線性，建立結(jié)構(gòu)-樁-地基三維計(jì)算模型，分別對(duì)核島廠房和核電廠應(yīng)急通道橋進(jìn)行地震響應(yīng)分析。陳楊等[4]通過對(duì)軟巖場(chǎng)地進(jìn)行有限元模擬，以軟巖地基的厚度、地表傾角等作為考慮因素，研究其對(duì)屏蔽廠房結(jié)構(gòu)動(dòng)力響應(yīng)的影響。李小軍等[5]進(jìn)行了核電廠結(jié)構(gòu)在非基巖廠址下的地震響應(yīng)分析，根據(jù)研究結(jié)果，建議將土-結(jié)構(gòu)相互作用影響考慮到此類廠址條件下的核島結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計(jì)中。唐暉等[6]采用復(fù)頻響應(yīng)法和等效線性法，研究六類不同場(chǎng)地對(duì)核島廠房樓層反應(yīng)譜的影響，通過引入黏性邊界進(jìn)行SSI地震反應(yīng)分析，并建議在對(duì)核電設(shè)備進(jìn)行抗震分析時(shí)需特別關(guān)注土-結(jié)構(gòu)相互作用。Wang等[7]建立具有透射邊界的核電廠房有限元模型，在垂直入射地震激勵(lì)下對(duì)其進(jìn)行地震SSI效應(yīng)分析。

在核電取水構(gòu)筑物的抗震安全評(píng)價(jià)方面，目前關(guān)于翼墻的研究還比較少。Wang等[8]出于對(duì)核電安全評(píng)價(jià)的考慮，基于相關(guān)的設(shè)計(jì)方案，分別對(duì)K-2/K-3核電廠取水隧洞、取水閘門井、取水明渠導(dǎo)流堤及護(hù)岸進(jìn)行地震響應(yīng)分析和抗震能力驗(yàn)算。江賓等[9]采用PL-Finn本構(gòu)模型，基于FLAC3D軟件對(duì)翼墻地基進(jìn)行動(dòng)力響應(yīng)分析從而評(píng)價(jià)其安全性。尹訓(xùn)強(qiáng)等[10-11]基于極大初始時(shí)間步法，對(duì)位于復(fù)雜非均質(zhì)地基的核電取水頭部及翼墻分別進(jìn)行抗震安全分析。王玉梅等[12]通過有限差分軟件對(duì)沉箱之間的接觸擠壓作用進(jìn)行模擬，并將其考慮到核電護(hù)岸的地震響應(yīng)分析中。劉昱平等[13]運(yùn)用MIDAS 和Python軟件建立取水導(dǎo)流堤的FLAC3D三維模型，基于地震反應(yīng)分析，從加速度響應(yīng)、液化分析等方面評(píng)價(jià)其安全性。

現(xiàn)以中國(guó)濱海某示范快堆工程取水區(qū)域?yàn)轫?xiàng)目背景，創(chuàng)建進(jìn)水口翼墻結(jié)構(gòu)-地基三維分析模型，考慮地基-結(jié)構(gòu)相互作用和多荷載耦合作用，如設(shè)計(jì)水位、廠址地震波、阻尼、靜動(dòng)水壓力、結(jié)構(gòu)自重等因素的影響，進(jìn)行靜動(dòng)力聯(lián)合分析和地基整體穩(wěn)定性分析，為進(jìn)水口翼墻結(jié)構(gòu)外形和尺寸設(shè)計(jì)、抗震設(shè)計(jì)及配筋提供計(jì)算依據(jù)。

1 計(jì)算分析原理

1.1 結(jié)構(gòu)-地基相互作用

考慮結(jié)構(gòu)-無限地基動(dòng)力相互作用問題分析的關(guān)鍵在于選取合適的人工邊界來反映地基無限性影響，通常在無限地基中切取有限區(qū)域，并通過在該區(qū)域邊界處設(shè)置黏彈性邊界來模擬半無限域，從而達(dá)到將輻射阻尼效應(yīng)反映出來。黏彈性邊界的概念兼具優(yōu)良的適用性和頻率穩(wěn)定性，不但可以對(duì)遠(yuǎn)場(chǎng)無限地基所產(chǎn)生的輻射阻尼效應(yīng)進(jìn)行直觀反饋，而且可以充分顯示出無限地基在結(jié)構(gòu)-近場(chǎng)地基范圍所產(chǎn)生的彈性支撐效用?；贏NSYS軟件，結(jié)合隱式積分法和三維黏彈性人工邊界理論，通過參數(shù)化設(shè)計(jì)語言APDL以及二次開發(fā)工具用戶可編程特性(user programmable features，UPFs)在離散的邊界點(diǎn)上賦予彈簧-阻尼單元，以此來表示邊界條件，如圖1所示。

在三維黏彈性人工邊界模型中，連續(xù)分布在地基邊界節(jié)點(diǎn)上的各個(gè)物理元件(即彈簧、阻尼器裝置)所需的參數(shù)，可采用下列公式進(jìn)行相關(guān)計(jì)算[14]，式(1)～式(4)依次為求切向、法向的阻尼系數(shù)和切向、法向的彈簧剛度系數(shù)。

CT=ρcsΔAi

(1)

CN=ρcpΔAi

(2)

KT=αTΔAiG/r

(3)

KN=αNΔAiG/r

(4)

式中：αT、αN分別為切向、法向的彈簧剛度修正系數(shù)，經(jīng)過對(duì)比優(yōu)化選取αT=3，αN=4；cs、cp分別為地震橫、縱兩種波形在地基邊界內(nèi)的傳播速率；ΔAi為單元節(jié)點(diǎn)在黏彈性人工邊界上的控制面積；ρ為無限連續(xù)介質(zhì)的密度；G為無限連續(xù)介質(zhì)的動(dòng)剪切模量；r為次生散射場(chǎng)震源與地基處黏彈性人工邊界節(jié)點(diǎn)間的距離。

1.2 動(dòng)水壓力的模擬

在取水區(qū)域中，因地震動(dòng)而產(chǎn)生的動(dòng)水壓力會(huì)是取水構(gòu)筑物在抗震安全分析中不可忽略的動(dòng)力荷載，其對(duì)翼墻結(jié)構(gòu)的動(dòng)力響應(yīng)也會(huì)產(chǎn)生顯著的影響。因地震而產(chǎn)生的動(dòng)水壓力同時(shí)作用在取水構(gòu)筑物內(nèi)外兩側(cè)，需以節(jié)點(diǎn)附加動(dòng)水質(zhì)量的形式來考慮。作用在取水構(gòu)筑物內(nèi)壁間的水平向動(dòng)水壓力采用Housner理論的簡(jiǎn)化模型來計(jì)算，采用Westergaard公式來計(jì)算取水構(gòu)筑物外迎水面的順流向地震動(dòng)水壓力數(shù)值，計(jì)算公式為

(5)

式(5)中：pw(h)為作用在直立迎水墻面水深h處的地震動(dòng)水壓力；ah為水平方向設(shè)計(jì)地震加速度；ρw為水體密度；H0為水的深度。

1.3 地基整體穩(wěn)定分析方法

1.3.1 滑動(dòng)面法

基于《核電廠抗震設(shè)計(jì)規(guī)范》(GB 50267—2019)[15]的相關(guān)內(nèi)容，對(duì)受到地震作用的取水構(gòu)筑物的地基穩(wěn)定性進(jìn)行計(jì)算，采用圓弧滑動(dòng)面法中的Simplified Bishop法。Simplified Bishop法具有計(jì)算結(jié)果貼近實(shí)際、精度較高等優(yōu)點(diǎn)，其安全系數(shù)的表達(dá)式為

Kc=

(6)

式(6)中：li、Wi分別為第i條土塊的寬度和質(zhì)量；αi為第i條土塊重力線與滑動(dòng)面法線兩者所形成的角度；φi、ci分別為單元土體的內(nèi)摩擦角和黏聚力；Fhi、Fvi分別為第i條土塊水平、豎直兩個(gè)方向上所產(chǎn)生的地震慣性力；ui為孔隙水壓力；Mci為因豎直方向的地震慣性力所導(dǎo)致的滑動(dòng)力矩。關(guān)于Fhi、Fvi、mαi的詳細(xì)計(jì)算請(qǐng)參見文獻(xiàn)[16]。

1.3.2 動(dòng)力有限元法

對(duì)于土工結(jié)構(gòu)體來說，運(yùn)用動(dòng)力有限元法[17]進(jìn)行計(jì)算時(shí)，采用等效線性法來模擬土體特性，通過得到不同工況下邊坡土體的真實(shí)受力狀況，計(jì)算出土工結(jié)構(gòu)的真實(shí)應(yīng)力場(chǎng)，其穩(wěn)定性安全系數(shù)最終可以運(yùn)用有限元極限平衡原理計(jì)算出來，其表達(dá)式為

(7)

式(7)中：τni、σni分別為單元滑動(dòng)面上切向和法向應(yīng)力。

1.3.3 液化分析

地基砂土液化問題是核電取水結(jié)構(gòu)在抗震設(shè)計(jì)時(shí)的重難點(diǎn)，在地震作用下，砂土液化會(huì)對(duì)核電海域工程結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性產(chǎn)生著不容忽視的影響。在采用總應(yīng)力法時(shí)，液化判別安全率可定義為土體的液化動(dòng)剪應(yīng)力比R與等效動(dòng)剪應(yīng)力比L的比值，其具體的計(jì)算公式為

FL=R/L

(8)

如果液化安全率FL≤1時(shí)，即可判斷土體發(fā)生了液化反應(yīng)；相反地，可判斷土體并不具備發(fā)生液化危險(xiǎn)的條件。

2 工程概況

某濱海核電示范快堆工程取水區(qū)域包括進(jìn)水口、取水隧洞和翼墻，翼墻背靠取水內(nèi)護(hù)岸，為取水頭部進(jìn)水口兩側(cè)擋墻，呈八字形分布，為Ⅰ類抗震物項(xiàng)，采用強(qiáng)度等級(jí)為C40的混凝土，地基采用經(jīng)強(qiáng)夯處理的塊石層，其表層放置質(zhì)量為16 t的扭王字塊體，采用預(yù)制沉箱結(jié)構(gòu)，基底標(biāo)高為-11.1 m。翼墻平面布置如圖2所示。

圖2 翼墻結(jié)構(gòu)平面布置圖Fig.2 Layout of wing wall structure

翼墻結(jié)構(gòu)主要包含4個(gè)高度與寬度不等的沉箱，其尺寸分別為18.2 m×14.4 m×21.4 m、18.2 m×14.4 m×19.1 m、13 m×9.8 m×12.6 m、13 m×9.8 m×6.0 m (長(zhǎng)×寬×高)，采用強(qiáng)夯地基的基礎(chǔ)處理形式。

根據(jù)該核電取水區(qū)域的地質(zhì)勘察報(bào)告可知，場(chǎng)址地基表現(xiàn)出較為顯著的非均質(zhì)特征，從上往下依次分為三大類土層，人工填土層為首個(gè)土層，其次為全新統(tǒng)沖海積層，位于最底層的是侵入巖層。其中，人工填土層包括了回填塊石、土石混合層等；全新統(tǒng)沖海積層包括了少量粉質(zhì)黏土、粉砂以及碎石等；侵入巖層包括了花崗斑巖、長(zhǎng)石斑巖以及閃長(zhǎng)玢巖，各土層的厚度分布不均勻，如圖3所示。

圖3 工程地質(zhì)剖面圖Fig.3 Engineer geological section

3 翼墻-地基計(jì)算模型的建立

3.1 三維有限元模型

基于ANSYS軟件建立翼墻結(jié)構(gòu)-地基系統(tǒng)抗震分析整體模型，如圖4所示。采用SOLID185單元對(duì)結(jié)構(gòu)主體與地基進(jìn)行模擬，本次有限元模擬的地基范圍是以翼墻結(jié)構(gòu)為基點(diǎn)，向其四周的兩個(gè)水平方向以及其底部往下沿軸向分別延伸50 m，地基部分盡可能剖分成均勻網(wǎng)格，不同顏色的地基單元代表不同的土體材料屬性，可通過地層界面與地基單元形心的相對(duì)位置來判斷，同時(shí)選用MASS21單元來模擬地震動(dòng)水壓力附加質(zhì)量。模型中結(jié)構(gòu)單元尺寸范圍在0.2～2 m，地基單元尺寸不大于5 m，劃分了159 308個(gè)實(shí)體單元和774個(gè)集中質(zhì)量單元，共計(jì)160 082個(gè)單元，170 146個(gè)節(jié)點(diǎn)。進(jìn)行動(dòng)力分析時(shí)在地基邊界處施加彈簧-阻尼器原件形成黏彈性邊界，而進(jìn)行靜力分析時(shí)地基的邊界條件為側(cè)向法向約束和底部全約束。圖5和圖6依次為翼墻整體結(jié)構(gòu)和翼墻沉箱結(jié)構(gòu)的有限元模型。

圖4 翼墻結(jié)構(gòu)-地基系統(tǒng)抗震分析整體模型Fig.4 Integral model for seismic analysis of wing wall-foundation

圖5 翼墻結(jié)構(gòu)整體模型Fig.5 Integral model of wing wall structure

圖6 翼墻沉箱結(jié)構(gòu)模型Fig.6 Caisson structure model of wing wall

同時(shí)，根據(jù)設(shè)計(jì)方案和地質(zhì)資料，選用Geo-Studio巖土專業(yè)軟件對(duì)翼墻地基在地震作用下的整體穩(wěn)定性開展綜合評(píng)價(jià)分析。僅羅列出翼墻2號(hào)沉箱分析模型和翼墻內(nèi)護(hù)岸斷面分析模型，如圖7、圖8所示。

圖7 翼墻2號(hào)沉箱分析模型Fig.7 Analysis model of No.2 caisson with wing wall

圖8 翼墻內(nèi)護(hù)岸斷面分析模型Fig.8 Analysis model of inner revetment section in wing wall

3.2 模型計(jì)算參數(shù)

根據(jù)廠址巖土勘察報(bào)告和地基土靜動(dòng)力特性試驗(yàn)報(bào)告，可得到翼墻結(jié)構(gòu)和地基土的三維抗震分析計(jì)算參數(shù)，其具體的數(shù)值選取如表1和表2所示。

表1 翼墻結(jié)構(gòu)抗震計(jì)算參數(shù)Table 1 Seismic calculation parameters of wing wall structure

表2 翼墻結(jié)構(gòu)地基整體穩(wěn)定性計(jì)算參數(shù)Table 2 Calculation parameters of overall stability of wing wall structure foundation

3.3 廠址設(shè)計(jì)地震動(dòng)輸入

依據(jù)《核電廠抗震設(shè)計(jì)規(guī)范》(GB 50267—2019)可知，翼墻結(jié)構(gòu)屬于Ι類抗震物項(xiàng)，在進(jìn)行抗震設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)采用極限安全地震動(dòng)SL-2，其設(shè)計(jì)基準(zhǔn)地面基巖水平方向和豎直方向的峰值加速度值皆為0.15g(g為重力加速度)。采用的設(shè)計(jì)基準(zhǔn)加速度反應(yīng)譜同時(shí)滿足3個(gè)阻尼比(2%、5%、7%)的情況，圖9為其對(duì)應(yīng)的地震動(dòng)時(shí)程曲線，持續(xù)時(shí)間30 s，時(shí)間步長(zhǎng)0.01 s。

圖9 廠址SL-2級(jí)地震動(dòng)時(shí)程曲線Fig.9 Time history curve of SL-2 ground motion at the plant site

4 翼墻抗震安全結(jié)果分析

翼墻結(jié)構(gòu)的抗震安全分析中所考慮的作用有：正常運(yùn)行作用N、嚴(yán)重環(huán)境下的E1地震作用及極端環(huán)境下的E2地震作用。根據(jù)多荷載耦合作用，如靜動(dòng)水壓力、設(shè)計(jì)水位等的影響，考慮N+E1和N+E2兩種地震作用效應(yīng)組合，最終確定了翼墻結(jié)構(gòu)抗震安全分析計(jì)算的兩種工況：①工況1。極限安全地震動(dòng)SL-2+回填土(自重、土壓力)+靜動(dòng)水壓力+設(shè)計(jì)水位-3.86 m；②工況2。極限安全地震動(dòng)SL-2+回填土(自重、土壓力)+靜動(dòng)水壓力+設(shè)計(jì)水位4.69 m。

4.1 翼墻結(jié)構(gòu)應(yīng)力分析

圖10和圖11分別為翼墻結(jié)構(gòu)在兩種工況下主拉應(yīng)力和主壓應(yīng)力分布的云圖，表3為各工況下主應(yīng)力分布范圍匯總表。

《混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范》(GB 50010—2010)[18]規(guī)定了混凝土抗拉、壓的限值，分別為1.71 N/mm2和19.10 N/mm2。由圖10、圖11和表3可知，極限抗拉強(qiáng)度校核的控制工況為工況1，第一主應(yīng)力主要分布范圍為[0.036，6.25] MPa，顯然超過了限值1.71 MPa，整體結(jié)構(gòu)受主拉應(yīng)力影響較大，主拉應(yīng)力最大值主要分布在沉箱底板靠近填土角緣區(qū)域，邊角應(yīng)力較為集中；極限抗壓強(qiáng)度校核的控制工況為工況2，第三主應(yīng)力主要分布范圍為[-9.70，0.65] MPa，未超過限值19.10 MPa，較大壓應(yīng)力主要集中在沉箱底板處，這是由于沉箱底板上部的荷載較大造成的，顯然翼墻結(jié)構(gòu)滿足極限壓應(yīng)力要求。綜上所述，翼墻結(jié)構(gòu)的拉應(yīng)力并未滿足規(guī)范的極限要求，因此要對(duì)拉應(yīng)力集中薄弱處特別注意，通過加強(qiáng)配筋等形式使其滿足極限拉應(yīng)力要求。

圖10 工況1結(jié)構(gòu)主應(yīng)力云圖Fig.10 Main stress nephogram of structure under working condition 1

圖11 工況2結(jié)構(gòu)主應(yīng)力云圖Fig.11 Main stress nephogram of structure under working condition 2

表3 各工況下主應(yīng)力分布匯總表Table 3 Summary of main stress distribution under various working conditions

4.2 翼墻結(jié)構(gòu)內(nèi)力分析

翼墻結(jié)構(gòu)由墻體和底板共同組成，是一種混凝土現(xiàn)澆厚板的實(shí)體結(jié)構(gòu)，在靜動(dòng)力計(jì)算的基礎(chǔ)上，以翼墻結(jié)構(gòu)的主要墻體及底板為內(nèi)力結(jié)果輸出對(duì)象，提取了不同工況作用效應(yīng)組合下典型截面的內(nèi)力，為后續(xù)結(jié)構(gòu)配筋提供參考。翼墻結(jié)構(gòu)各墻體、底板的編號(hào)如圖12所示。

圖12 翼墻構(gòu)件編號(hào)示意圖Fig.12 Numbering schematic diagram of wing wall components

通過提取截面內(nèi)力可知，在工況1中，側(cè)墻的wall-01處軸力最大，其數(shù)值為1 940.8 kN，而剪力和彎矩最大處位于底板的wall-09，剪力值為-622.0 kN，彎矩值為116.7 kN·m；在工況2中，軸力、剪力和彎矩皆在底板達(dá)到最大值，其中軸力最大值和剪力最大值都發(fā)生在wall-09處，其數(shù)值分別為：軸力2 500.6 kN，剪力830.1 kN，而彎矩最大值發(fā)生在wall-10處，其數(shù)值為108.7 kN·m，詳細(xì)情況見表4翼墻結(jié)構(gòu)典型截面內(nèi)力最大值匯總表?；谝韷Y(jié)構(gòu)內(nèi)力分析，后續(xù)應(yīng)在結(jié)構(gòu)內(nèi)力較大處做相應(yīng)的加強(qiáng)保護(hù)措施，如增強(qiáng)配筋等。

表4 典型截面內(nèi)力表Table 4 Internal force of typical intersecting surface

4.3 翼墻結(jié)構(gòu)變形分析

對(duì)翼墻沉箱結(jié)構(gòu)中變形縫的相對(duì)變形進(jìn)行計(jì)算分析，其中變形縫的設(shè)置位置如圖13所示，變形縫的寬度為20 mm。表5為翼墻沉箱變形縫的相對(duì)變形值，可以看出，2號(hào)沉箱中的變形縫水平X向的相對(duì)變形值最大，為1.194 mm，1號(hào)沉箱中的變形縫水平Z向的相對(duì)變形值最大，為7.810 mm。

表5 變形縫的相對(duì)變形值Table 5 Relative deformation value of deformation joint

圖13 翼墻沉箱中變形縫的位置Fig.13 Location of deformation joints in wing wall caisson

4.4 翼墻結(jié)構(gòu)抗滑、抗傾覆分析

以翼墻基礎(chǔ)為研究對(duì)象，需要對(duì)其在地震發(fā)生過程以及震后是否保持足夠的穩(wěn)定性進(jìn)行驗(yàn)算，故本節(jié)在不同工況下，計(jì)算得到翼墻結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)底面的抗滑安全系數(shù)和抗傾覆安全系數(shù)，如表6所示?？梢钥闯?，翼墻結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)底面的抗滑和抗傾覆安全系數(shù)在工況1和工況2中均大于1.1，滿足規(guī)范許可。

表6 翼墻結(jié)構(gòu)的抗滑和抗傾覆穩(wěn)定安全系數(shù)匯總Table 6 Summary of safety factors for anti-sliding and anti-overturning stability of wing wall structure

4.5 翼墻結(jié)構(gòu)地基整體穩(wěn)定性分析

根據(jù)翼墻結(jié)構(gòu)地基下方的地質(zhì)情況，采用滑動(dòng)面法和動(dòng)力有限元法分析翼墻結(jié)構(gòu)地基整體穩(wěn)定性以及翼墻結(jié)構(gòu)后方內(nèi)護(hù)岸邊坡的穩(wěn)定性，同時(shí)采用總應(yīng)力法對(duì)砂土層進(jìn)行液化特性分析，進(jìn)而對(duì)液化發(fā)生的概率以及液化程度進(jìn)行求解和判別。

4.5.1 滑動(dòng)面法

根據(jù)滑動(dòng)面法計(jì)算可得到地震作用下翼墻結(jié)構(gòu)2號(hào)沉箱斷面和內(nèi)護(hù)岸斷面的滑動(dòng)方式為整體圓弧滑動(dòng)，各工況相應(yīng)的滑動(dòng)面安全系數(shù)匯總于表7，可以看出，無論是在工況1還是工況2，翼墻結(jié)構(gòu)2號(hào)沉箱以及后方內(nèi)護(hù)岸的地基整體穩(wěn)定性均滿足規(guī)范要求。

4.5.2 動(dòng)力有限元法

采用動(dòng)力有限元法進(jìn)行穩(wěn)定分析時(shí)，2號(hào)沉箱斷面和內(nèi)護(hù)岸斷面的滑動(dòng)方式也是整體圓弧滑動(dòng)，得到最危險(xiǎn)滑弧的形狀和位置大體與滑動(dòng)面法相似，其對(duì)應(yīng)的安全系數(shù)匯總于表7?？梢钥闯?，工況1和工況2中翼墻結(jié)構(gòu)2號(hào)沉箱以及后方內(nèi)護(hù)岸的最小動(dòng)力安全系數(shù)均大于1.2，動(dòng)力安全系數(shù)結(jié)果滿足規(guī)范要求。圖14、圖15為不同斷面安全系數(shù)時(shí)程曲線。

表7 安全系數(shù)匯總表Table 7 Summary of safety factor

圖14 2號(hào)沉箱斷面的動(dòng)力安全系數(shù)時(shí)程曲線Fig.14 Time history curve of dynamic safety factor of No.2 caisson section

圖15 內(nèi)護(hù)岸斷面的動(dòng)力安全系數(shù)時(shí)程曲線Fig.15 Time history curve of dynamic safety factor of inner revetment section

4.5.3 地基液化分析

根據(jù)地質(zhì)資料可知，翼墻地基下方局部存在砂土層，主要位于2號(hào)沉箱下方。通過地基液化動(dòng)力分析，結(jié)合2號(hào)沉箱地基液化區(qū)分布和等效動(dòng)剪應(yīng)力比分布可得出，地基砂土在兩種工況下都基本不發(fā)生液化，對(duì)翼墻結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性影響不大。翼墻2號(hào)沉箱的地基等效動(dòng)剪應(yīng)力比分布如圖16所示。

圖16 2號(hào)沉箱地基等效動(dòng)剪應(yīng)力比分布Fig.16 Distribution of equivalent dynamic shear stress ratio of No.2 caisson foundation

5 結(jié)論

以中國(guó)濱海某示范快堆工程取水區(qū)域?yàn)轫?xiàng)目背景，考慮場(chǎng)地地基的非均質(zhì)特征和結(jié)構(gòu)-無限地基動(dòng)力相互作用，引進(jìn)黏彈性人工邊界，建立核電廠進(jìn)水口兩側(cè)的翼墻結(jié)構(gòu)-地基計(jì)算模型，利用三維有限元靜動(dòng)力計(jì)算方法對(duì)其進(jìn)行抗震安全分析，可以得到如下結(jié)論。

(1)翼墻結(jié)構(gòu)的主壓應(yīng)力主要集中在沉箱底板處，滿足規(guī)范的限值要求；而主拉應(yīng)力主要分布在沉箱底板靠近填土角緣區(qū)域，邊角應(yīng)力較為集中，但其數(shù)值明顯高于極限拉應(yīng)力，需對(duì)該部分通過增強(qiáng)配筋來進(jìn)行加固處理。

(2)翼墻結(jié)構(gòu)在地震作用下的構(gòu)件(側(cè)墻、隔墻和底板)內(nèi)力以及沉箱中變形縫的相對(duì)變形都在合理范圍之內(nèi)，應(yīng)在結(jié)構(gòu)薄弱處或內(nèi)力較大處合理加強(qiáng)配筋或提出相應(yīng)的構(gòu)造措施，以提高結(jié)構(gòu)的抗震性能。

(3)在極限安全地震動(dòng)SL-2的兩種工況作用下，翼墻結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)底面的抗滑、抗傾覆安全系數(shù)皆大于相關(guān)的閾值1.1，滿足規(guī)范許可，具有足夠的安全保障。

(4)根據(jù)滑動(dòng)面法和動(dòng)力有限元法計(jì)算得到翼墻沉箱結(jié)構(gòu)及內(nèi)護(hù)岸邊坡的滑動(dòng)面形狀和位置基本相似，且地基穩(wěn)定性均滿足規(guī)范要求；通過采用總應(yīng)力法，可判斷出2號(hào)沉箱地基下的砂土層基本不發(fā)生液化，對(duì)結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性影響不大。