核設(shè)施廠址邊坡安全要求研究

孫德泉，秦樂剛，董　云，鄭文棠，丁子星,*，陳立偉

核設(shè)施廠址邊坡安全要求研究

孫德泉1，秦樂剛1，董云2，鄭文棠3，丁子星1,*，陳立偉4

（1. 國家國防科技工業(yè)局核技術(shù)支持中心，北京 100080；2. 核工業(yè)西南勘察設(shè)計研究院有限公司，四川 成都 610061；3. 中國能源建設(shè)集團(tuán)廣東省電力設(shè)計研究院有限公司，廣東 廣州 510663；4. 中國核電工程有限公司，北京 100840）

本文根據(jù)核設(shè)施潛在風(fēng)險后果，按照邊坡破壞對核設(shè)施安全的危害程度，將核設(shè)施廠址邊坡進(jìn)行了安全等級劃分，并分析其他行業(yè)邊坡設(shè)計安全要求，對核設(shè)施廠址邊坡安全性評價中的參數(shù)輸入和安全性評價標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行研究，提出了一套核設(shè)施廠址邊坡安全性要求體系，并以某典型核設(shè)施廠址邊坡為例對研究成果進(jìn)行了實例計算加以佐證，以期為合理可行地進(jìn)行核設(shè)施廠址邊坡設(shè)計，科學(xué)有效的開展核設(shè)施廠址審評提供參考和依據(jù)。

核設(shè)施廠址；邊坡；安全要求；分級

核設(shè)施廠址內(nèi)存在的邊坡分為核安全相關(guān)邊坡和常規(guī)邊坡兩類，執(zhí)行過程中，“安全第一”的核安全理念使得標(biāo)準(zhǔn)使用者對于邊坡安全問題常常保守考慮，核設(shè)施廠址內(nèi)存在的邊坡多數(shù)直接按照核安全相關(guān)邊坡的要求進(jìn)行設(shè)計。國內(nèi)涉核標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范[1-4]規(guī)定了“核安全相關(guān)邊坡”的具體界定范圍，即邊坡坡腳外小于1.4倍邊坡高度范圍，或坡腳外50 m范圍內(nèi)存在核安全相關(guān)建（構(gòu)）筑物的邊坡，及其他可能對核安全相關(guān)建（構(gòu)）筑物安全產(chǎn)生影響的邊坡。

國內(nèi)多位學(xué)者針對同一邊坡分別按照核安全相關(guān)邊坡與常規(guī)邊坡的要求進(jìn)行了對比計算，核安全相關(guān)邊坡從輸入?yún)?shù)到驗收準(zhǔn)則均遠(yuǎn)超常規(guī)邊坡的相關(guān)要求。同時，國內(nèi)已出臺的相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范中涉及的邊坡技術(shù)規(guī)程多為常規(guī)邊坡，完全采用現(xiàn)行的常規(guī)邊坡技術(shù)要求處理核設(shè)施廠址內(nèi)存在的邊坡又不能滿足核設(shè)施的安全要求。

因此，我國需出臺一套針對性更強(qiáng)的核設(shè)施廠址邊坡設(shè)計要求，保證各核設(shè)施廠址邊坡能夠得到合理且有區(qū)別的分級對待，從而科學(xué)合理地保障核設(shè)施安全水平。

1　研究現(xiàn)狀

1.1　邊坡等級劃分

《建筑邊坡工程技術(shù)規(guī)范》（GB 50330—2013）[5]是適用于我國工業(yè)與民用建（構(gòu)）筑物或市政工程開挖及填方形成的邊坡工程的基礎(chǔ)性標(biāo)準(zhǔn)，該標(biāo)準(zhǔn)根據(jù)邊坡?lián)p壞后可能造成的破壞后果（危及人的生命、造成經(jīng)濟(jì)損失、產(chǎn)生不良社會影響）的嚴(yán)重性、邊坡類型和邊坡高度等，將邊坡工程劃分為三個安全等級。

在水電、水利、交通等行業(yè)，也根據(jù)各自的行業(yè)特點按照破壞后可能引起后果的嚴(yán)重性，對涉及的邊坡進(jìn)行了相應(yīng)等級劃分。如《水電水利工程邊坡設(shè)計規(guī)范》（DL/T 5353—2006）[6]規(guī)定了水電水利工程邊坡按其所屬樞紐工程等級、建筑物級別、邊坡所處位置、邊坡重要性和失事后的危害程度，將邊坡劃分為了三個級別?！端姽こ踢吰略O(shè)計規(guī)范》（SL 386—2007）[7]規(guī)定水利水電工程邊坡按照對建筑物安全和正常運(yùn)用的影響程度、對人身和財產(chǎn)安全的影響程度、邊坡失事后的損失大小、邊坡規(guī)模大小、邊坡所處位置、臨時邊坡還是永久邊坡、社會和環(huán)境因素將邊坡劃分為了五個級別?！端姌屑~工程等級劃分及設(shè)計安全標(biāo)準(zhǔn)》（DL 5180—2003）[8]根據(jù)邊坡所影響的建筑物的級別及邊坡失穩(wěn)的危害程度，將水工建筑物邊坡分為了三級。《滑坡防治工程設(shè)計與施工技術(shù)規(guī)范》（DZ/T 0219—2006）[9]根據(jù)受災(zāi)對象、受災(zāi)程度、施工難度和工程投資等因素綜合考慮，將滑坡防治工程劃分為了三個級別?！豆仿坊O(shè)計規(guī)范》（JTGD 30—2015）[10]按公路等級將路塹邊坡分為了高速公路和一級公路路塹邊坡、二級及以下等級公路路塹邊坡兩類。

但是對于核設(shè)施廠址內(nèi)的邊坡，國內(nèi)現(xiàn)行標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范僅簡單劃分為了核安全相關(guān)邊坡和常規(guī)邊坡兩大類。

1.2　邊坡穩(wěn)定性計算方法

我國各行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)中規(guī)定的邊坡穩(wěn)定性計算方法主要有經(jīng)驗分析法、計算法和試驗法。經(jīng)驗分析法可細(xì)分為自然歷史分析法、工程地質(zhì)類比法、圖解分析法（赤平投影法）等，計算法有滑動面法、靜態(tài)分析法、動態(tài)分析法等。

對于核設(shè)施廠址邊坡的穩(wěn)定性定量評價，結(jié)合實踐經(jīng)驗和標(biāo)準(zhǔn)要求，可歸納為滑動面法、靜力有限元法、動力有限元法等?！逗穗姀S抗震設(shè)計規(guī)范》（GB 50267—1997）指出“斜坡的抗震穩(wěn)定性計算可依次按滑動面法、靜力有限元法和動力有限元法進(jìn)行”，新修訂的《核電廠抗震設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)》（GB 50267—2019）則修改為“可采用擬靜力法和動力有限元法等方法”?！逗穗姀S巖土工程勘察規(guī)范》（GB 51041—2014）規(guī)定“核安全相關(guān)邊坡宜進(jìn)行動力數(shù)值分析”。

擬靜力法的實質(zhì)是將地震動力作用采用等效靜力施加到邊坡坡體上進(jìn)行分析的方法，滑動面法和靜力有限元法均屬擬靜力法的范疇。

動力有限元法能更好地考慮地震動及邊坡巖土體特性，可以給出每一時刻的動應(yīng)力場，與擬靜力法相比，可以模擬真實地震荷載作用下邊坡的動力響應(yīng)行為。但是，當(dāng)前國內(nèi)外對于如何從動力有限元法計算結(jié)果中選取傳統(tǒng)意義上的邊坡安全系數(shù)尚無統(tǒng)一認(rèn)識。

1.3　輸入?yún)?shù)的選取

邊坡穩(wěn)定性計算中考慮的荷載主要包括巖土體自重、建筑物等附加荷載、地下水產(chǎn)生的荷載、地震荷載、動荷載等。目前國內(nèi)核設(shè)施廠址邊坡在穩(wěn)定系數(shù)計算過程中，均會計算不同工況下的載荷組合，而對于地震作用如何取值存在較大爭議。

總結(jié)國內(nèi)不同行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范對于邊坡穩(wěn)定性計算中地震作用的取值方法，可歸納為以下三種形式：

1.3.1地震影響系數(shù)和地震系數(shù)

1.3.2動態(tài)放大系數(shù)和折減系數(shù)

表1　不同規(guī)范中的動態(tài)放大系數(shù)取值

通過各行業(yè)規(guī)范中對于動態(tài)放大系數(shù)的取值（見表 1）可以看出，目前各行業(yè)對邊坡動態(tài)放大系數(shù)是否需要放大和如何放大尚無統(tǒng)一認(rèn)識，取值區(qū)間為1.0～3.0。水利規(guī)范中土石壩較高且重要，因此考慮邊坡對地震波的放大效應(yīng)；公路邊坡高度及重要性較土石壩低，因此動態(tài)放大系數(shù)取值較水利規(guī)范低；建筑邊坡規(guī)范中主要針對30 m以下的巖質(zhì)邊坡，因此未考慮放大；水工建筑物基于長期實踐經(jīng)驗，規(guī)定了不同高度土石壩壩頂動態(tài)放大系數(shù)的取值（見圖 1）。經(jīng)對比分析，根據(jù)邊坡高度采用動態(tài)取值較統(tǒng)一規(guī)定的動態(tài)放大系數(shù)更加科學(xué)合理，且更能體現(xiàn)不同高度邊坡在地震動時的受力狀態(tài)。

圖1　不同高度土石壩壩頂動態(tài)放大系數(shù)

折減系數(shù)是考慮邊坡巖土體在地震作用下不同于建筑結(jié)構(gòu)材料的折減，擬靜力法計算中地震作用折減系數(shù)主要用于彌合按設(shè)計地震加速度代表值進(jìn)行分析的結(jié)果與宏觀震害的差異，并和國內(nèi)外已有工程抗震設(shè)計實踐相適應(yīng)，我國各行業(yè)均取值0.25。

對于核安全相關(guān)邊坡，無論“水平地震系數(shù)取0.3，豎向地震系數(shù)取0.2”，還是“各單元重心處的地震動加速度取地表面設(shè)計地震動加速度的1.5倍，且不隨深度變化”，均未考慮地震動沿坡體高度方向上的動態(tài)放大作用，同時也未明確提出是否需要對地震作用進(jìn)行相應(yīng)折減。

1.4　安全系數(shù)的取值

邊坡穩(wěn)定系數(shù)即抗滑力與下滑力的比值，不同行業(yè)邊坡等級劃分不同，相應(yīng)的邊坡安全性要求，即確定的安全系數(shù)也不相同（見表2）。理論上，邊坡穩(wěn)定系數(shù)大于等于1時即可認(rèn)為邊坡處于穩(wěn)定狀態(tài)。

表2　各行業(yè)邊坡安全系數(shù)要求歸納

續(xù)表

表2歸納了我國各行業(yè)涉及的邊坡相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范，挑選出各標(biāo)準(zhǔn)中最嚴(yán)苛工況進(jìn)行安全系數(shù)比較，由表可以看出，邊坡安全等級越高，要求的邊坡穩(wěn)定安全系數(shù)也越大，地震工況下各行業(yè)邊坡最小安全系數(shù)取值范圍主要介于1.0～1.3，計算方法首選極限平衡法，安全系數(shù)的取值均是在工程實踐基礎(chǔ)上采用確定論方法確定的。

2　研究內(nèi)容

2.1　邊坡安全分級

核安全相關(guān)邊坡從輸入?yún)?shù)到驗收準(zhǔn)則均遠(yuǎn)超一般常規(guī)邊坡的相關(guān)要求，如我國學(xué)者陳立偉[11]針對同一邊坡分別采用核安全相關(guān)邊坡和一般邊坡的要求分別進(jìn)行了計算，研究認(rèn)為核安全相關(guān)邊坡地震力比一般邊坡的水平向和豎直向地震力大于3.43倍和6.85倍，如果按照地震年超越概率的角度考慮，核安全相關(guān)邊坡的抗震設(shè)防水平遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過了萬年一遇的水平。而核設(shè)施種類較多，不同種類的核設(shè)施具有不同的工作原理、工藝過程和應(yīng)用目的，同一種類的核設(shè)施還存在規(guī)模差異（如功率水平、生產(chǎn)能力）。簡單地將核設(shè)施廠址內(nèi)邊坡劃分為核安全相關(guān)邊坡和常規(guī)邊坡的做法顯然未與安全分級的理念完全結(jié)合起來，這種做法不僅影響核設(shè)施邊坡工程的投資，更直接影響核設(shè)施邊坡設(shè)計、施工、審評尺度。

綜合我國各行業(yè)邊坡等級劃分情況，等級劃分考慮的主要因素有工程等級和設(shè)施級別、邊坡所處位置、邊坡高度、邊坡重要性和失穩(wěn)后可能造成的破壞后果（危及人的生命、造成經(jīng)濟(jì)損失、產(chǎn)生社會不良影響）等。

我國核行業(yè)主管部門依據(jù)核設(shè)施最大存量的放射性物質(zhì)未緩解釋放所造成輻射影響的范圍以及產(chǎn)生的后果，從高到低將核設(shè)施分成了Ⅰ類、Ⅱ類、Ⅲ類和Ⅳ類核設(shè)施[12]。并規(guī)定了具體的核設(shè)施分類準(zhǔn)則（見表3），相關(guān)分類準(zhǔn)則已經(jīng)在國內(nèi)核設(shè)施中廣泛應(yīng)用。對于邊坡的穩(wěn)定性評價一般在核設(shè)施廠址評價階段或建造階段開展，評價的重點也均是圍繞核設(shè)施安全設(shè)計開展的，為此將參照核設(shè)施分類準(zhǔn)則，開展核設(shè)施廠址邊坡等級劃分工作。

表3　核設(shè)施分類準(zhǔn)則

結(jié)合核設(shè)施特點和其他行業(yè)邊坡等級劃分情況，同時為了便于操作，建議核設(shè)施廠址邊坡等級劃分考慮的因素參考水利水電及水電水利行業(yè)中的邊坡等級劃分方法，即考慮兩個主要因素：一是核設(shè)施類別，二是邊坡破壞對核設(shè)施的影響。核設(shè)施類別既體現(xiàn)了核設(shè)施的重要性和安全風(fēng)險，又同時體現(xiàn)了廠址邊坡的重要性。邊坡破壞對核設(shè)施的影響既體現(xiàn)了廠址邊坡與核設(shè)施的距離相互關(guān)系，又體現(xiàn)了邊坡對于核設(shè)施廠址的重要程度。

《建筑結(jié)構(gòu)可靠性設(shè)計統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)》（GB 50068—2018）[13]根據(jù)結(jié)構(gòu)破壞可能產(chǎn)生的后果的嚴(yán)重性，按照很嚴(yán)重、嚴(yán)重、不嚴(yán)重三種程度將建筑結(jié)構(gòu)進(jìn)行了安全等級劃分，《鐵路工程結(jié)構(gòu)可靠性設(shè)計統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)》（GB 50216—2019）[14]也是根據(jù)結(jié)構(gòu)破壞可能產(chǎn)生后果的嚴(yán)重程度對鐵路工程結(jié)構(gòu)的設(shè)計等級進(jìn)行了劃分，嚴(yán)重程度的判定均是基于專門分析確定的。

對于邊坡破壞造成的影響，由于廠址邊坡等級與核設(shè)施的相互關(guān)系不易簡單地定量確定，建議按照各行業(yè)通用做法，通過分析論證邊坡破壞后對核設(shè)施安全造成的影響程度，劃分為嚴(yán)重、較嚴(yán)重、不嚴(yán)重三種危害程度。其中，嚴(yán)重是指邊坡失穩(wěn)導(dǎo)致核設(shè)施完全破壞或功能完全喪失；較嚴(yán)重指核設(shè)施受到較大破壞或功能受到較大影響，需進(jìn)行專門除險加固后才能繼續(xù)運(yùn)行；不嚴(yán)重指核設(shè)施一些功能受到影響，及時修復(fù)后仍能正常運(yùn)行。

綜上考慮，建議將核設(shè)施廠址邊坡按表4進(jìn)行等級劃分。

表4　核設(shè)施廠址邊坡分級表

2.2　地震動輸入?yún)?shù)

核設(shè)施廠址邊坡穩(wěn)定性計算中的輸入地震動參數(shù)與核設(shè)施抗震設(shè)計中的地震動參數(shù)有直接關(guān)系。

對于核設(shè)施的抗震設(shè)防類別，可歸納為抗震Ⅰ類、抗震Ⅱ類、DBE類，以及完全按照《建筑抗震設(shè)計規(guī)范》進(jìn)行設(shè)計的甲乙丙丁類，地震動輸入?yún)?shù)不同，抗震設(shè)計驗收指標(biāo)也不同。需要解釋的是，對于抗震設(shè)防DBE類的核設(shè)施，當(dāng)前國內(nèi)通用做法是根據(jù)核設(shè)施風(fēng)險選定設(shè)防地震超越概率，選取地震安全性評價結(jié)果中對應(yīng)超越概率的地震動參數(shù)，按照抗震Ⅰ類構(gòu)筑物的抗震計算方法和驗收準(zhǔn)則進(jìn)行設(shè)計，即與抗震Ⅰ類核設(shè)施的區(qū)別僅體現(xiàn)在設(shè)防地震超越概率不同上。

為體現(xiàn)不同等級邊坡在地震動輸入方面的差異，建議結(jié)合核設(shè)施抗震設(shè)防類別確定不同等級邊坡地震動輸入?yún)?shù)。

對于1級邊坡，即“核安全相關(guān)邊坡”，應(yīng)嚴(yán)格按照現(xiàn)行標(biāo)準(zhǔn)中“采用擬靜力法進(jìn)行穩(wěn)定性驗算時，各單元重心處的地震動加速度取地表面設(shè)計地震動加速度的1.5倍，且不隨深度變化；當(dāng)采用動力有限元法進(jìn)行驗算時，邊坡地面輸入地震動加速度時程應(yīng)基于廠址基準(zhǔn)點處的設(shè)計基準(zhǔn)地震動通過具體場地的地震反應(yīng)分析得出”等具體要求執(zhí)行。

對于2級邊坡，滑塌后對Ⅰ類核設(shè)施造成的影響為“不嚴(yán)重”，對Ⅱ類核設(shè)施造成的影響為“較嚴(yán)重”，對Ⅲ類核設(shè)施造成的影響為“嚴(yán)重”。Ⅰ、Ⅱ類核設(shè)施在廠址階段要求進(jìn)行地震安全性評價，以確定各超越概率下的場地的震動參數(shù)。若Ⅲ類核設(shè)施抗震設(shè)防為甲類，則同樣要求進(jìn)行地震安全性評價以確定地震作用，若為乙類，則按照廠址當(dāng)?shù)乜拐鹪O(shè)防烈度對應(yīng)確定。2級邊坡穩(wěn)定性計算中應(yīng)同時考慮水平向和豎向地震動，采用擬靜力法計算時，地震動峰值加速度（PGA）與核設(shè)施保持一致，即地震系數(shù)與核設(shè)施保持一致（如核設(shè)施抗震設(shè)計的水平向基巖地震動峰值加速度為0.24，對應(yīng)2級邊坡的地震系數(shù)為0.24），動態(tài)放大系數(shù)b按照梯形分布選取，折減系數(shù)取值0.25，豎向地震影響系數(shù)為水平向的三分之一。

對于3級邊坡，基于塌滑后對Ⅱ類、Ⅲ類、Ⅳ類核設(shè)施的影響程度，考慮到“涉核”屬性，其穩(wěn)定性計算中亦應(yīng)同時考慮水平向和豎向地震動。地震動峰值加速度選取廠址所在地區(qū)的設(shè)計基本地震動峰值加速度，動態(tài)放大系數(shù)、折減系數(shù)及豎向地震作用與2級邊坡一致。

對于4級邊坡，鑒于其滑塌后對核設(shè)施安全造成的影響有限，已屬常規(guī)邊坡，此類邊坡僅考慮水平向地震作用既可，水平地震影響系數(shù)直接根據(jù)廠址所在地區(qū)地震區(qū)劃，按照《建筑邊坡工程技術(shù)規(guī)范》（GB 50330—2013）表5.2.6取值即可。

綜上，建議不同等級的核設(shè)施廠址邊坡按照表5進(jìn)行地震作用輸入。

表5　不同等級邊坡地震作用

續(xù)表

2.3　安全判定準(zhǔn)則

邊坡最小安全系數(shù)是安全和經(jīng)濟(jì)之間權(quán)衡的結(jié)果，邊坡安全系數(shù)的確定受邊坡等級、計算方法、計算工況等影響。

我國現(xiàn)行核安全相關(guān)邊坡標(biāo)準(zhǔn)要求在擬靜力法計算出的最小安全系數(shù)為1.5，動力有限元法1.3。實踐過程中，即使核設(shè)施廠址內(nèi)的常規(guī)邊坡也要求計算自重+地下水+地震+暴雨工況下的安全系數(shù)，且取值基本不低于其他行業(yè)規(guī)范安全系數(shù)標(biāo)準(zhǔn)的高值。

因此，參考其他行業(yè)邊坡設(shè)計要求，結(jié)合核設(shè)施廠址邊坡審評經(jīng)驗，建議核設(shè)施廠址邊坡安全計算中均考慮最不利工況，不同等級邊坡采用不同的地震動輸入，同時采用不同驗收準(zhǔn)則。具體建議如表6所示。

表6　核設(shè)施廠址邊坡安全系數(shù)

2.4　小結(jié)

綜合上述研究結(jié)論，得出核設(shè)施廠址邊坡安全要求如表7所示。

表7　核設(shè)施廠址邊坡安全要求

3　工程實例

本節(jié)以某典型核設(shè)施廠址邊坡為例，分別按照本次研究成果中1級、2級、3級、4級邊坡的地震作用輸入和驗收準(zhǔn)則，利用擬靜力法、動力有限元法對其安全系數(shù)進(jìn)行計算，以說明針對同一邊坡，采用不同安全等級的概念進(jìn)行設(shè)計時引起的計算結(jié)果差異。

3.1　邊坡概況

根據(jù)總平面設(shè)計方案，某核設(shè)施廠址原始地形無法滿足工程場地建筑面積需求，對工程建設(shè)場地進(jìn)行了開挖和場地填平，形成了場地南北兩側(cè)坡度為60°～80°、高度為30～70 m近東西向展布的軟質(zhì)泥頁巖高陡邊坡，坡腳距離最近核安全相關(guān)構(gòu)筑物大約為20 m。

以北側(cè)二區(qū)邊坡為例（見圖2），開挖后形成的最大坡高約70 m，坡度約68°，長度188 m。地層由第四系覆蓋層（Q4）、白堊系下統(tǒng)灌口組（K1g1）基巖組成。場地地下水類型主要為第四系松散巖類孔隙潛水、淺層風(fēng)化裂隙水以及構(gòu)造裂隙水，地下水通過地表徑流或入滲后以泉的方式排泄。

圖2　北側(cè)邊坡2-2斷面示意圖

3.1.1模型建立

該邊坡以緩傾反傾巖質(zhì)軟巖邊坡為主，其破壞模式主要為切層破壞。根據(jù)工程地質(zhì)類比分析，主要考慮后緣陡傾結(jié)構(gòu)面，風(fēng)化影響形成后緣邊界，形成蠕滑-拉裂破壞模式。本次分析采用大型通用巖土分析軟件Midas/GTS NX有限元軟件建立三維模型，模型圖如圖3所示。

圖3　北側(cè)邊坡2-2斷面有限元模型軸視、正視圖

3.1.2巖土體物理力學(xué)參數(shù)選取

根據(jù)巖土試驗數(shù)據(jù)、邊坡開挖卸荷情況和風(fēng)化程度，并結(jié)合鄰近地區(qū)的經(jīng)驗類比數(shù)據(jù)及相關(guān)手冊規(guī)范，綜合確定北側(cè)邊坡各類巖土體物理力學(xué)參數(shù)如表8所示。

表8　巖土參數(shù)取值

3.1.3地震動輸入?yún)?shù)

根據(jù)本廠址地震安全性評價結(jié)果，SL-2級設(shè)計基準(zhǔn)地面運(yùn)動峰值加速度水平向為0.24，豎直向為0.20。圖4和圖5分別為不同阻尼比下廠址水平方向SL-2級設(shè)計基準(zhǔn)加速度反應(yīng)譜和廠址豎向SL-2級設(shè)計基準(zhǔn)加速度反應(yīng)譜，用于滑動面法和靜力有限元等擬靜力法計算輸入。圖6為擬合得到的水平向和豎向的SL-2級設(shè)計地震動三維加速度時程曲線，用于動力有限元法計算輸入。

圖4　廠址SL-2級設(shè)計基準(zhǔn)加速度反應(yīng)譜（水平方向，阻尼比2%，5%，7%）

圖5　廠址SL-2級設(shè)計基準(zhǔn)加速度反應(yīng)譜（豎向，阻尼比2%，5%，7%）

圖6　廠址SL-2級設(shè)計基準(zhǔn)三維地震加速度時程

3.2　計算結(jié)果

3.2.11級邊坡

1級邊坡完全按照現(xiàn)行標(biāo)準(zhǔn)中“核安全相關(guān)邊坡”的要求進(jìn)行計算，為體現(xiàn)新舊《核電廠抗震設(shè)計規(guī)范》中對于“核安全相關(guān)邊坡”的地震動輸入和計算方法的改變引起的計算結(jié)果差異，此處分別按照GB 50367—97版中“當(dāng)采用滑動面法、靜力有限元法時，地震作用中的水平地震系數(shù)宜取0.3，豎向地震系數(shù)宜取0.2”和GB 50267—2019中“各單元重心處的地震動加速度取地表面設(shè)計地震動加速度的1.5倍，不隨深度變化”進(jìn)行計算。

采用GB 50267—97版的地震輸入時，滑動面法得出該斷面安全系數(shù)為1.241，靜力有限元法得出的安全系數(shù)為1.235。采用GB 50267—2019版的地震輸入時，利用擬靜力法中的滑動面法求得安全系數(shù)為0.962。由此可以得出兩點結(jié)論：滑動面法與靜力有限元法計算結(jié)果相當(dāng)；新版標(biāo)準(zhǔn)較舊版標(biāo)準(zhǔn)中的地震動輸入?yún)?shù)更加保守，導(dǎo)致算出的邊坡安全系數(shù)明顯減小。

當(dāng)采用動力有限元法計算時，輸入地震動時程后，邊坡斷面位移云圖及剪應(yīng)變云圖如圖7、圖8所示，通過強(qiáng)度折減法得出此時邊坡安全系數(shù)為1.181。

圖7　最大剪應(yīng)變示意云圖

圖8　最大剪應(yīng)力示意云圖

上述結(jié)果顯示，當(dāng)該邊坡為“核安全相關(guān)邊坡”時，其安全系數(shù)遠(yuǎn)遠(yuǎn)未達(dá)到現(xiàn)行標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范中的安全系數(shù)要求，邊坡需采取相應(yīng)工程加固措施。

3.2.22級邊坡

2級邊坡穩(wěn)定性計算中地震動峰值加速度（PGA）與核設(shè)施保持一致，即地震系數(shù)與核設(shè)施保持一致。本廠址Ⅰ類核設(shè)施抗震設(shè)計的水平向基巖地震動峰值加速度為0.24，對應(yīng)2級邊坡的地震系數(shù)為0.24。放大系數(shù)則采用梯形分布進(jìn)行動態(tài)選取。豎向地震影響系數(shù)為水平向的三分之一。

按照上述參數(shù)進(jìn)行輸入，算出擬靜力法計算結(jié)果1.25，小于本次研究中確定的1.3。當(dāng)采用動力有限元法計算時，因與1級邊坡均輸入SL-2級地震動時程，因此其計算結(jié)果與1級邊坡均為1.181。

3.2.33級邊坡

3級邊坡穩(wěn)定性計算同時考慮水平向和豎向地震動。地震動峰值加速度選取廠址所在地區(qū)的設(shè)計基本地震動峰值加速度，動態(tài)放大系數(shù)及豎向地震作用與2級邊坡一致。

當(dāng)?shù)乜拐鹪O(shè)防烈度為7度，基本地震加速度0.10。此時按照滑動面法算得邊坡安全系數(shù)為1.356，邊坡現(xiàn)狀滿足本次研究成果中3級邊坡安全系數(shù)不小于1.20的安全要求。

3.2.44級邊坡

對于4級邊坡，僅考慮水平向地震作用，水平地震影響系數(shù)直接根據(jù)廠址所在地區(qū)地震區(qū)劃，按照《建筑邊坡工程技術(shù)規(guī)范》（GB 50330—2013）表5.2.6取值即可。采用滑動面法算出邊坡安全系數(shù)為1.402，滿足本文提出的不小于1.15的驗收準(zhǔn)則。

3.3　小結(jié)

通過上述計算，可以得出如下基本結(jié)論：

（1）因不同計算方法要求的建模精細(xì)化程度不同、地震輸入?yún)?shù)不同，導(dǎo)致同一等級邊坡采用擬靜力法和動力有限元法的計算結(jié)果不同；

（2）按照研究成果中2級邊坡的計算輸入，當(dāng)采用擬靜力法時，考慮了地震動參數(shù)沿邊坡高度的放大效應(yīng)以及相應(yīng)折減，較1級邊坡更加合理地體現(xiàn)了邊坡在地震工況下的受力狀態(tài)；

（3）當(dāng)采用研究成果中3級、4級邊坡的地震作用輸入時，其要求基本與常規(guī)邊坡相近或一致，得出的安全系數(shù)也相對較高，滿足本研究及常規(guī)邊坡安全要求，即不需再對邊坡進(jìn)行專項治理。

4　結(jié)論

本文基于當(dāng)前國內(nèi)已有的核設(shè)施監(jiān)管分類準(zhǔn)則，根據(jù)邊坡破壞對核設(shè)施的危害程度，將核設(shè)施廠址邊坡劃分為了4個等級。參照其他行業(yè)邊坡穩(wěn)定性計算要求和工程實踐，提出了不同等級核設(shè)施廠址邊坡的地震輸入?yún)?shù)。結(jié)合國內(nèi)實踐和相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范要求，確定了不同等級核設(shè)施廠址邊坡的安全系數(shù)。為我國制定專門的核設(shè)施廠址邊坡設(shè)計、勘察標(biāo)準(zhǔn)提供了依據(jù)，為核設(shè)施廠址選擇階段審評尺度的把握提供了參考。

此外，以某典型核設(shè)施廠址邊坡為例，按照研究成果中不同等級邊坡的具體要求，采用不同方法對研究成果進(jìn)行了驗證，結(jié)果表明本文提出的核設(shè)施廠址邊坡安全要求基本可行。

［1］ 中華人民共和國住房和城鄉(xiāng)建設(shè)部. 核電廠巖土工程勘察規(guī)范：GB 51041—2014［S］. 北京：中國計劃出版社，2014.

［2］ 中華人民共和國建設(shè)部. 核電廠抗震設(shè)計規(guī)范：GB 50267—97［S］. 北京：中國計劃出版社，1998.

［3］ 國家能源局. 壓水堆核電廠核安全有關(guān)廠房地基基礎(chǔ)設(shè)計規(guī)范：NB/T 20308—2014［S］. 北京：核工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)化研究所，2014.

［4］ 中華人民共和國住房與城鄉(xiāng)建設(shè)部. 核電廠抗震設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)：GB 50267—2019［S］. 北京：中國計劃出版社，2019.

［5］ 中華人民共和國住房與城鄉(xiāng)建設(shè)部. 建筑邊坡工程技術(shù)規(guī)范：GB 50330—2013［S］. 北京：中國建筑工業(yè)出版社出版社，2013.

［6］ 中華人民共和國發(fā)改委. 水電水利工程邊坡設(shè)計規(guī)范：DL/T 5353—2006［S］. 北京：中國電力出版社，2006.

［7］ 中華人民共和國水利部. 水利水電工程邊坡設(shè)計規(guī)范：SL 386—2007［S］. 北京：水利水電出版社，2007.

［8］ 中華人民共和國行業(yè)標(biāo)準(zhǔn). 水電樞紐工程等級劃分及設(shè)計安全標(biāo)準(zhǔn)：DL 5180—2003［S］. 北京：水電水利規(guī)劃設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)化技術(shù)委員會，2003.

［9］ 中華人民共和國國土資源部. 滑坡防治工程設(shè)計與施工技術(shù)規(guī)范：DZ/T 0219—2006［S］. 北京：中國標(biāo)準(zhǔn)出版社，2006.

［10］中華人民共和國電力部標(biāo)準(zhǔn)編寫組. 水工建筑物抗震設(shè)計規(guī)范：DL/5073—2000［S］. 北京：中國電力出版社，2000.

［11］陳立偉. 核安全邊坡與一般邊坡地震力計算對比分析［J］. 地質(zhì)力學(xué)學(xué)報，2014，20（2）：140—146.

［12］國家國防科技工業(yè)局. 軍核監(jiān)〔2011〕8號：國防科技工業(yè)軍用核設(shè)施核安全監(jiān)管分類辦法［Z］. 北京：核工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)化研究所，2011.

［13］中華人民共和國住房與城鄉(xiāng)建設(shè)部. 建筑結(jié)構(gòu)可靠性設(shè)計統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)：GB 50068—2018［S］. 北京：中國建筑工業(yè)出版社，2018.

［14］中華人民共和國住房與城鄉(xiāng)建設(shè)部. 鐵路工程結(jié)構(gòu)可靠性設(shè)計統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)：GB 50216—2019［S］. 中國計劃出版社，2019.

Study on Safety Requirements for the Side Slope of Nuclear Facility

SUN Dequan1，QIN Legang1，DONG Yun2，ZHENG Wentang3，DING Zixing1,*，CHEN Liwei4

（1. Nuclear Technology Support Center，State Administration of Science，Technology and Industry for National Defense，Beijing 100080，China；2. Nuclear Industry Southwest Survey & Design Institute Co.，Ltd Chengdu of Sichuan Prov. 610061，China； 3. China Energy Engineering Group Guangdong Electric Power Design Institute Co.，Ltd.，Guangzhou of Guangdong Prov. 510663，China；4. China Nuclear Power Engineering Co.Ltd.，Beijing 100840，China）

According to the potential risks and consequences of nuclear facilities, this paper classifies the side slopes of nuclear facilities sites according to the degree of damage to the safety of nuclear facilities, and analyzes the safety requirements of the slope design for other industries, and analyzes the side slopes of nuclear facilities. The parameter input and safety evaluation criteria in the safety evaluation are studied. A set of the safety requirement system for the side slopes of nuclear facilities is proposed, and a typical side slope of nuclear facility is used as an example to verify the calculated results, in order to design the slope in a reasonable and feasible way, as well as provide reference and basis for the scientific and effective review for the site of nuclear facility.

Site of nuclear facility; Side slope; Safety requirement; Classification

TL48

A

0258-0918（2023）05-1004-11

2022-09-13

孫德泉（1987—），男，山東安丘人，高級工程師，碩士，現(xiàn)從事核設(shè)施安全審評及相關(guān)技術(shù)研究

丁子星，E-mail：18701495513@163.com