觀音巖水電站混合壩插入式接頭的抗震性能

熊 堃，何蘊(yùn)龍，曹學(xué)興

(武漢大學(xué)水資源與水電工程科學(xué)國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，武漢430072)

觀音巖水電站位于云南省麗江市華坪縣與四川省攀枝花市交界的金沙江中游河段，為金沙江中游河段規(guī)劃8個(gè)梯級(jí)電站的最末一個(gè)梯級(jí)，上游與魯?shù)乩娬鞠嚆暯樱畲髩胃邽?68,m，電站裝機(jī)容量為3,000,MW．擋水建筑物系由碾壓混凝土重力壩及右岸心墻堆石壩組成．從地質(zhì)條件來看，由于右岸壩基承載力不足，只能布置心墻堆石壩，這就要求設(shè)計(jì)混凝土壩和心墻堆石壩的軟硬接頭．本工程處于高烈度地震區(qū)，在參考國(guó)內(nèi)外的設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)以及計(jì)算分析[1-2]的基礎(chǔ)上，將軟接頭設(shè)計(jì)成心墻包裹混凝土壩上游面的插入式[3]，接頭最大高度為 71,m．軟接頭是工程的薄弱環(huán)節(jié)，而壩址區(qū)設(shè)計(jì)地震峰值加速度達(dá) 0.229g，如何保證接頭結(jié)構(gòu)的動(dòng)靜安全是關(guān)系到工程全局的重大工程技術(shù)問題．

筆者對(duì)大壩連接壩段進(jìn)行了三維非線性靜力分析，并采用時(shí)程法對(duì)大壩連接壩段進(jìn)行三維地震動(dòng)力分析，以揭示在設(shè)計(jì)地震過程中接頭部位接觸面的開合變形性態(tài)、剪切破壞及地震永久變形情況．此外，還通過提高地震輸入加速度峰值，考察接頭部位的極限抗震能力，并對(duì)土石料 Hardin本構(gòu)模型以及接觸面模型的相關(guān)參數(shù)進(jìn)行了敏感性分析．根據(jù)所得動(dòng)力分析成果，對(duì)大壩軟接頭的抗震性能及抗震安全性進(jìn)行評(píng)價(jià)．

1 基于薄層單元的接頭接觸面模擬

插入式接頭具體結(jié)構(gòu)如圖1所示.

圖1 插入式接頭結(jié)構(gòu)(單位：m)Fig.1 Structural diagram of the inserted junction(unit：m)

在混合壩的接頭部位，由于混凝土與心墻的材料性質(zhì)差別較大，插入堆石壩的混凝土壩段與心墻之間的接觸面在地震等荷載的作用下，會(huì)表現(xiàn)出與連續(xù)體不同的剪切滑移、脫開等特殊的變形特征，因此，應(yīng)采用特殊的接觸面單元來加以模擬．有代表性的接觸面模型有無厚度的 Goodman單元模型[4]和有厚度的Desai薄層單元模型[5]．在以往的計(jì)算中，接觸面的模擬常采用無厚度的Goodman單元，其參數(shù)易定，受到廣泛應(yīng)用，但因單元無厚度，接觸面兩側(cè)單元會(huì)發(fā)生在法向的嵌入，不得不靠人為地調(diào)整法向剛度的取值來解決．Desai等提出的薄層單元，能模擬土與結(jié)構(gòu)相互作用破壞時(shí)，常發(fā)生在附近土體薄層范圍內(nèi)剪切錯(cuò)動(dòng)的現(xiàn)象，但薄層厚度的取值具有很強(qiáng)的經(jīng)驗(yàn)性．

在本文中，接頭部位的接觸面采用薄層單元進(jìn)行模擬，此單元在剛度矩陣形成方面與普通單元一樣，但在本構(gòu)矩陣中，將法向和切向分量分開來考慮．采用薄層單元的形式可以很好地反映接觸中的剪切錯(cuò)動(dòng)帶，更符合土與混凝土接觸問題的實(shí)際情況；并且，在計(jì)算中當(dāng)接觸單元在法向受壓時(shí)，不必人為地設(shè)定很大的法向剛度系數(shù)，計(jì)算更為合理．對(duì)于薄層單元的厚度，Desai建議厚度 t＝(0.01～0.1)B[5]，根據(jù)文獻(xiàn)[6]的研究，在不產(chǎn)生顯著誤差的情況下，應(yīng)使厚度盡可能的?。?/p>

設(shè)薄層單元沿接觸面法線方向，即 z′方向應(yīng)變均勻分布，忽略垂直于厚度方向的變形模量及其耦合作用，則薄層單元增量形式的本構(gòu)關(guān)系可表達(dá)為

式中：Dnn為薄層單元法向彈性模量；Dns為剪切模量．

薄層單元法向應(yīng)力應(yīng)變關(guān)系，借鑒 Bandis[7]等關(guān)于巖石節(jié)理法向變形的雙曲線模型，即

式中：σn為法向正應(yīng)力：ΔVj為法向變形：a為法向初始剛度的倒數(shù)，即 1/Kni；a/b為應(yīng)力應(yīng)變雙曲線的漸近線，即法向最大壓縮量Vm．則可得法向剛度為

在法向壓縮變形接近最大壓縮量時(shí)，法向剛度會(huì)很大，使接觸面自動(dòng)滿足在法向不會(huì)發(fā)生嵌入的條件．按照文獻(xiàn)[8]，可將法向剛度轉(zhuǎn)化為法向彈性模量表示，即

式中t為薄層單元厚度．

薄層單元切向應(yīng)力應(yīng)變關(guān)系，采用文獻(xiàn)[9]的剪切雙曲線模型，即

式中：τ為切向剪應(yīng)力；dh為剪切破壞發(fā)生前的剪切變形；常數(shù)m為初始剪切剛度的倒數(shù)；n為τ-dh雙曲線的水平漸近線的倒數(shù)，即 n =1/τult＝Rf/τp，Rf為破壞比，τp為臨界剪應(yīng)力，按摩爾庫倫定律計(jì)算為τp=c?σnt anφ.則切向剛度可轉(zhuǎn)化為切向彈性模量表示[9]，即

式中：Ksi為初始切面剛度系數(shù)；ap為大氣壓力．

在計(jì)算過程中根據(jù)薄層單元的法向正應(yīng)力判斷單元處于何種狀態(tài)之中，具體見表 1．其中σn受壓為負(fù)，受拉為正．

表1 接觸單元狀態(tài)說明Tab.1 Illustration of the contact element

此外，除了模擬接觸面法向、切向剛度的非線性變化，還在薄層單元中加入了阻尼成分以模擬動(dòng)接觸問題中能量耗散問題．在動(dòng)力計(jì)算過程中，接觸單元的阻尼矩陣以Rayleigh阻尼表示，其中阻尼比取為接觸面附近土的阻尼比，隨著動(dòng)剪應(yīng)變的增大而非線性減少．實(shí)際計(jì)算中阻尼比非線性問題利用等效線性化的方法處理．

2 計(jì)算模型與計(jì)算參數(shù)

2.1 計(jì)算條件

根據(jù)中國(guó)地震局地質(zhì)研究所完成的《金沙江觀音巖水電站工程場(chǎng)地地震安全性評(píng)價(jià)和水庫誘發(fā)地震評(píng)價(jià)報(bào)告》，壩址場(chǎng)地的地震基本烈度為Ⅶ度，基準(zhǔn)期100年超越概率為2%的基巖場(chǎng)地水平加速度峰值為 0.229g，基準(zhǔn)期 100年超越概率為 1%的基巖場(chǎng)地水平加速度峰值為 0.270g．由《水工建筑物抗震設(shè)計(jì)規(guī)范》(DL5073—2000)，觀音巖大壩設(shè)計(jì)地震取基準(zhǔn)期 100年超越概率 2%，校核地震取基準(zhǔn)期100年超越概率為1%．

綜合考慮觀音巖壩址的地質(zhì)結(jié)構(gòu)、潛在震源的震級(jí)及震中距等因素，選取了美國(guó) Taft地震波、人工地震波與云南麗江地震波共 3條地震波進(jìn)行分析．計(jì)算時(shí)將地震加速度峰值加速度調(diào)整至 0.229g，輸入歷時(shí)取30 s．根據(jù)計(jì)算結(jié)果，輸入Taft地震波所得接觸面反應(yīng)較其他兩條強(qiáng)烈，故本文中主要就Taft地震波所得計(jì)算結(jié)果進(jìn)行分析．其中計(jì)算所取 Taft地震波順河向加速度過程線如圖2所示．

圖2 Taft地震波順河向加速度過程線Fig.2 Time history of transverse acceleration of Taft earthquake wave

2.2 計(jì)算模型

堆石及心墻料的靜力本構(gòu)關(guān)系采用 Duncan E-B模型[10]．動(dòng)力計(jì)算中，壩體堆石與心墻料采用 Hardin非線性動(dòng)力本構(gòu)模型[11]．Hardin模型是一種等效黏彈性模型，它緊緊抓住了土在動(dòng)力情況下非線性和滯后性2個(gè)主要特點(diǎn)，采用隨剪應(yīng)變幅和有效應(yīng)力狀態(tài)而變化的等效彈性模量和等效阻尼比來表達(dá)．模型概念明確，應(yīng)用方便．Hardin模型中土在周期荷載作用下的應(yīng)力應(yīng)變骨干曲線為雙曲線型，其動(dòng)剪應(yīng)力與動(dòng)剪應(yīng)變的關(guān)系為

式中：dτ為動(dòng)剪應(yīng)力；dγ為動(dòng)剪應(yīng)變；G0為起始剪切模量；τy為最大動(dòng)剪應(yīng)力．將 G0坡度線與 τy水平線的交點(diǎn)的橫坐標(biāo)稱為參考剪應(yīng)變fγ，則fγ=,τy/G0．可得動(dòng)剪切模量為

其中起始動(dòng)剪模量G0計(jì)算公式為

式中G0、0σ′和pa采用同一量綱．

阻尼比的計(jì)算式為

式中λmax可根據(jù)試驗(yàn)確定或經(jīng)驗(yàn)公式計(jì)算．

靜動(dòng)力計(jì)算中，基巖和混凝土均采用線彈性模型，混凝土密度取2,400,kg/m3，彈性模量取25.5 GPa，泊松比0.167，動(dòng)彈性模量在靜彈性模量的基礎(chǔ)上提高30%．靜動(dòng)力計(jì)算的參數(shù)見表 2，心墻與混凝土重力壩接觸面參數(shù)見表 3．堆石與心墻料歸一化的動(dòng)剪切模量、阻尼比與動(dòng)剪應(yīng)變的非線性關(guān)系如圖3所示．

目前，基于Serff等 提出的應(yīng)變勢(shì)概念的整體變形計(jì)算方法有著廣泛的應(yīng)用．本文主要就整體變形計(jì)算方法中的軟化模型來計(jì)算堆石壩的地震永久變形．計(jì)算時(shí)，根據(jù)試驗(yàn)結(jié)果，殘余體應(yīng)變 εv與動(dòng)剪應(yīng)力比Δτ/σ0′、殘余軸向應(yīng)變 εp與動(dòng)剪應(yīng)力比Δτ/σ0′的關(guān)系可用冪函數(shù)形式近似表示，即

具體參數(shù)見表4．

表2 材料參數(shù)Tab.2 Material parameters

表3 接觸面單元計(jì)算參數(shù)Tab.3 Calculation parameters for contact elements

圖3 動(dòng)剪切模量、阻尼比與動(dòng)剪應(yīng)變的非線性關(guān)系Fig.3 Nonlinear relationship between shear modulus and damping ratio versus shear strain

表4 殘余應(yīng)變計(jì)算參數(shù)Tab.4 Calculation parameters for residual strain

2.3 有限元模型

有限元模型主要采用8結(jié)點(diǎn)6面體單元，為適應(yīng)邊界過渡采用了部分棱柱體單元．模型共有單元63,381個(gè)，結(jié)點(diǎn) 58,354個(gè)，圖 4為有限元網(wǎng)格．接頭心墻與混凝土接觸面如圖5所示，其中心墻與混凝土對(duì)接面為第1接觸面，心墻外包混凝土的上游面為第2接觸面．

圖4 有限元網(wǎng)格模型Fig.4 Finite element mesh model

在動(dòng)力計(jì)算中，地基范圍在壩基面以下取1倍壩高，上下游方向各延伸 1.5倍壩高，基礎(chǔ)底部為固定約束，基礎(chǔ)四周為法向約束．為了消除壩基對(duì)地震動(dòng)的放大作用，采用無質(zhì)量地基方案進(jìn)行分析，只考慮壩基巖體的彈性作用．

圖5 接觸面示意Fig.5 Illustration for contact surfaces

3 接觸面動(dòng)力反應(yīng)分析

在接觸面上取 3個(gè)典型接觸點(diǎn)對(duì)以進(jìn)行具體分析，接觸點(diǎn)對(duì) a位于第 1接觸面的壩頂中央，接觸點(diǎn)對(duì)b和c分別位于第1接觸面和第2接觸面壩頂中央以下，其高程為正常蓄水位．

3.1 接觸面脫開度分析

表5列出了兩接觸面的最大脫開度及時(shí)間．

表5 接觸面最大脫開度Tab.5 Maximum detachments of the contact surfaces

3.1.1 第1接觸面

圖6為第1接觸面上2個(gè)典型接觸點(diǎn)的脫開時(shí)程，文中選取了地震較為強(qiáng)烈的 2～12,s進(jìn)行分析．圖中可以看出，在地震波作用下，由于土和混凝土材料性質(zhì)的差異，心墻與混凝土壩段接觸面的頂部中央和接觸面內(nèi)正常蓄水位高程位置均出現(xiàn)了脫開和壓緊相間的情況，但脫開度較??；并且，與接觸面頂部相比，接觸面內(nèi)正常蓄水位高程位置脫開的次數(shù)與脫開持續(xù)時(shí)間明顯較少．在30,s的地震過程中，第1接觸面的頂部中央出現(xiàn)的最長(zhǎng)脫開時(shí)間為 1.52,s，而正常蓄水位高程位置出現(xiàn)的最長(zhǎng)脫開時(shí)間為0.36,s．

圖 7(a)為第 1接觸面的最大脫開度包絡(luò)圖，由圖可知在地震過程中，壩頂、接觸面上游側(cè)邊緣及下游側(cè)出現(xiàn)了脫開，接觸面邊緣的部分比接觸面內(nèi)部開度大，整個(gè)接觸面上最大脫開度出現(xiàn)在壩頂?shù)纳嫌蝹?cè)，為 2.7,mm．圖 7(b)為接觸點(diǎn)對(duì) b出現(xiàn)最大連續(xù)脫開時(shí)間時(shí)的接觸面開度情況，此時(shí)壩頂附近脫開部分面積較大，但并未完全貫通，最大脫開度同樣出現(xiàn)在壩頂?shù)慕佑|面上游側(cè)，為 1.8,mm．圖 7(c)和(d)分別為接觸點(diǎn)對(duì)a和b出現(xiàn)最大脫開度時(shí)，整個(gè)接觸面的脫開情況．在3種情況下，接觸面上游邊緣均脫開．

圖6 第1接觸面典型接觸點(diǎn)對(duì)的開合時(shí)程Fig.6 Time history of the typical points’ detachments on Fig.6 the first contact surface

圖7 第1接觸面開度(單位：mm)Fig.7 Detachments of the first contact surface(unit：mm)

3.1.2 第2接觸面

圖8為心墻與混凝土壩段的第2接觸面中，正常蓄水位高程位置在地震過程中的脫開時(shí)程，同樣也是給出了地震最為強(qiáng)烈的 10,s歷時(shí)．從計(jì)算結(jié)果可以看出，在地震波作用下，接觸點(diǎn)對(duì) c也出現(xiàn)了脫開和壓緊相間的情況．在 30,s的地震過程中，該位置出現(xiàn)的最長(zhǎng)脫開時(shí)間為0.92,s．

圖8 第2接觸面接觸點(diǎn)對(duì)的開合時(shí)程Fig.8 Time history of the typical points’ detachments on the second contact surface

圖 9(a)為第 2接觸面的最大脫開度包絡(luò)圖，由圖可知，在地震過程中，壩頂及接觸面靠堆石壩一側(cè)出現(xiàn)了脫開，而且接觸面邊緣的部分明顯比接觸面內(nèi)部開度大，脫開的范圍也比內(nèi)部大．整個(gè)接觸面上最大開度出現(xiàn)在壩頂?shù)目慷咽瘔我粋?cè)，為 3.25,mm．圖9(b)為接觸點(diǎn)對(duì) c出現(xiàn)最大連續(xù)脫開時(shí)間時(shí)的接觸面開度情況，此時(shí)靠堆石壩一側(cè)有最大值為 0.6,mm的脫開，接觸面內(nèi)部的壩頂仍有一定范圍的脫開，但開度很?。畧D9(c)和(d)分別為接觸點(diǎn)對(duì)a和b出現(xiàn)最大脫開度時(shí)，第 2接觸面的脫開情況，在這二種情況下，接觸面內(nèi)部有脫開，兩側(cè)邊緣仍是壓緊的．

3.2 剪切破壞分析

在接觸面上定義應(yīng)力水平為

式中：?和 c為摩擦角和接觸面黏聚力．當(dāng) S達(dá)到1時(shí)，說明接觸面發(fā)生了滑動(dòng)破壞．圖 10顯示了地震過程中接觸面上的最大應(yīng)力水平分布．在第 1接觸面上，靠下游的邊緣出現(xiàn)了剪切破壞；在第 2接觸面上，接觸面中部靠重力壩的方向出現(xiàn)了一定范圍的剪切破壞．

3.3 永久變形分析

表 6列出了第 1接觸面各方向的永久變形最大值，在地震以后，其頂部有較明顯的永久變形，主要表現(xiàn)為在順河向朝上下游變形，順坡向下變形，以及在法向張拉變形．表 7列出了第 2接觸面各方向的永久變形最大值，在震后接觸面的頂部有較明顯的永久變形，主要表現(xiàn)為在橫河向朝堆石壩變形，順坡向下變形以及在法向張拉變形．

圖9 第2接觸面開度(單位：mm)Fig.9 Detachments of the second contact surface(unit：mm)

圖10 接觸面最大應(yīng)力水平Fig.10 Maximum stress level of the contact surfaces

表6 第1接觸面永久變形最大值Tab.6 Maximum seismic residual deformation of the first Tab.6 contact surface cm

表7 第2接觸面永久變形最大值Tab.7 Maximum seismic residual deformation of the second contact surface cm

4 接觸面極限抗震能力分析

不斷增大輸入地震加速度的峰值，以考察接頭接觸面的極限抗震能力．在輸入不同加速度下第 1接觸面的脫開情況如圖 11所示，剪切破壞情況如圖 12所示．接觸面具體脫開情況及剪切破壞面積見表8．

輸入加速度為0.229g時(shí)，最大脫開度為2.7,mm，在接觸面的中心線上、正常蓄水位以下3,m均為脫開的范圍，但脫開度大于 0.5,mm 的范圍僅限于壩頂接觸面上下游的邊緣．當(dāng)輸入加速度增大到0.270g時(shí)，最大脫開度增加到 3.39,mm，增加了約 26%；脫開的范圍明顯增大，接觸面的中心線上、正常蓄水位以下10,m 均為脫開的范圍，接觸面下游邊緣均脫開，壩頂接觸面的上下游脫開度大于0.5,mm的區(qū)域也有一定的擴(kuò)展．當(dāng)輸入加速度增大到0.4g時(shí)，最大脫開度增加到5.17,mm，相對(duì)于輸入加速度為0.229g時(shí)增加了1倍；脫開的范圍繼續(xù)增大，接觸面的中心線上、正常蓄水位以下 12,m 均為脫開范圍，接觸面的上下游邊緣脫開度大于 0.5,mm 的區(qū)域有明顯的擴(kuò)展，接觸面下游邊緣脫開度增大．

輸入加速度為 0.229g時(shí)，接觸面上僅有下游邊緣發(fā)生了剪切破壞，加速度增大到 0.270g時(shí)，破壞區(qū)域由下游向上游擴(kuò)展．隨著輸入地震的增大，接觸面上剪切破壞的區(qū)域逐漸擴(kuò)展，剪切破壞范圍主要在壩體的中部．輸入加速度為0.4g時(shí)，接觸面上半部則幾乎已經(jīng)全部被剪切破壞．

表8 不同地震輸入下接觸面脫開情況及剪切破壞面積Tab.8 Detachments and shear break areas of contact surfaces under different earthquakes

圖11 輸入不同加速度時(shí)第1接觸面最大脫開度(單位：mm)Fig.11 Maximum detachments of the first contact surface under different earthquakes(unit：mm)

圖12 輸入不同加速度時(shí)第1接觸面剪切破壞情況(單位：mm)Fig.12 Shear break areas of the first contact surface under different earthquakes(unit：mm)

5 接觸面脫開度的敏感性分析

由于在計(jì)算中運(yùn)用了土石料的非線性靜動(dòng)本構(gòu)以及非線性的接觸面模型，考慮到計(jì)算參數(shù)一定程度的不確定性，下文對(duì)土石料 Hardin本構(gòu)模型以及接觸面模型的相關(guān)參數(shù)進(jìn)行了敏感性分析．根據(jù)以往研究經(jīng)驗(yàn)，選取了 Hardin模型的參數(shù) C和λmax、接觸面模型的初始剛度系數(shù)、抗剪強(qiáng)度參數(shù)和接觸面的厚度進(jìn)行敏感性分析，主要考察這些參數(shù)在一定范圍變化時(shí)接觸面開度的變化情況．

通過對(duì) Hardin模型的參數(shù)敏感性分析可知，當(dāng)參數(shù) C和λmax變化時(shí)，第 1與第 2接觸面的開度情況顯示出基本一致的規(guī)律，都是在接觸面頂部及兩側(cè)開度較大，表9列出了接觸面最大脫開度以及特征點(diǎn)的具體開度值．參數(shù) C主要體現(xiàn)了土石料剪切模量的變化，λmax主要體現(xiàn)了阻尼的變化．由表知，當(dāng) C值增大時(shí)，接觸面的最大脫開度增大，C值減小時(shí)最大開度減小，并且變化較為明顯；而 C值的變化對(duì)接觸面內(nèi)部 3個(gè)特征點(diǎn)的開度則影響相對(duì)較?。畲笞枘岜圈薽ax對(duì)接觸面開度值的影響沒有剪切模量顯著，但也有一定程度的影響．

通過對(duì)接觸單元模型的參數(shù)敏感性分析可知，各種參數(shù)變化后，接觸面開度所顯示的規(guī)律仍基本一致，依然是在接觸面頂部及兩側(cè)開度較大，并且接觸面邊緣的最大開度值隨參數(shù)變化較大，接觸面中央的開度值隨參數(shù)變化較?。畬?duì)于各種參數(shù)而言，抗剪強(qiáng)度參數(shù)對(duì)接觸面開度的影響較小，而初始剛度系數(shù)及薄層單元厚度的影響較大．表 10列出了接觸面最大開度以及特征點(diǎn)的具體張開值．由表中可知，當(dāng)薄層單元厚度變大時(shí)，接觸面的開度均減?。缓穸茸冃r(shí)，開度則增大．當(dāng)初始切向剛度系數(shù)增大時(shí)，接觸面的開度增大；系數(shù)減小時(shí)，開度亦減?。?dāng)初始法向剛度增大時(shí)，接觸面的開度減?。粍偠葴p小時(shí)，開度增大．然而，以上開度值均沒有量級(jí)上的改變．

表9 Hardin模型參數(shù)對(duì)接觸面及接觸點(diǎn)對(duì)最大開度敏感性分析Tab.9 Sensitivity analysis of the parameters in Hardin constitutive model on the maximum detachments of the contact surfaces and typical points

表10 接觸單元參數(shù)對(duì)接觸面及接觸點(diǎn)對(duì)最大開度敏感性分析Tab.10 Sensitivity analysis of the parameters in contact elements on the maximum detachments of the contact surfaces and typical points

由以上敏感性分析可知，各種主要參數(shù)在一定范圍內(nèi)變化時(shí)，2個(gè)接觸面的開度分布規(guī)律是一致的，接觸面僅在靠近頂部和兩側(cè)部位發(fā)生一定程度的張開，但隨著各參數(shù)的變化，具體開度值有所變化，而數(shù)量級(jí)基本不變．由文獻(xiàn)[11]可知，在國(guó)內(nèi)經(jīng)歷過地震考驗(yàn)的混合壩接頭有遼寧三道嶺大壩與甘肅碧口大壩．三道嶺水庫位于遼寧省營(yíng)口縣，距離海城地震震中18,km，壩址烈度8度．右壩頭為混凝土溢流壩，以混凝土重力壩和混凝土心墻插入與土壩心墻相接，與觀音巖工程的接頭型式相同，連接處壩高 17.0,m．震后混凝土壩與土壩連接部位沒有損壞，但在接觸面上形成肉眼可見的裂縫，縫的深度達(dá)到 l,m 以上，運(yùn)用中未發(fā)現(xiàn)漏水異常，說明這種結(jié)構(gòu)形式具有一定的抗震能力．而甘肅省碧口水電站土石壩右壩端與溢洪道的翼墻相連接，接頭型式與觀音巖工程不同，其經(jīng)過 1976年 8月松潘地震考驗(yàn)，未發(fā)現(xiàn)變形或裂縫．因此，本文中接觸面的計(jì)算結(jié)果在定性上與實(shí)際震害現(xiàn)象是較為一致的，計(jì)算結(jié)果所反映的規(guī)律與結(jié)果應(yīng)較為正確，但具體數(shù)值等定量上的正確性仍期待在實(shí)踐中進(jìn)行進(jìn)一步的檢驗(yàn)．

6 結(jié) 論

(1)在設(shè)防烈度地震作用下，土質(zhì)防滲體與混凝土壩接觸面僅在靠近頂部和兩側(cè)部位發(fā)生一定程度的張開，張開開度較小，張開持續(xù)時(shí)間短，張開度大于0.5,mm 的區(qū)域局限在接觸面兩側(cè)較小范圍內(nèi)，并且在地震過程中接觸面尤其正常蓄水位以下接觸面并未形成貫通的張開面．此外，在心墻下游設(shè)置了 2層反濾層，并且在與插入段接觸面附近處其厚度均由4,m變厚為6,m，下游內(nèi)側(cè)反濾層完全包裹插入段，而下游外側(cè)反濾層則全包裹內(nèi)側(cè)反濾層，可以有效保護(hù)黏土心墻和接觸面，達(dá)到濾水不濾土的目的，并促使可能出現(xiàn)的裂縫自愈，不會(huì)使心墻的細(xì)粒料流失而發(fā)生滲透破壞．因此，接頭的抗震安全性是有保障的．

(2)在設(shè)防烈度地震作用下2個(gè)接觸面出現(xiàn)了較小范圍的剪切破壞．地震以后接頭部位2個(gè)接觸面的頂部有較明顯的永久變形，變形的趨勢(shì)主要是水平沿接觸面向兩側(cè)、順坡向朝下以及法向張拉變形．

(3)即使對(duì)應(yīng)于 9度強(qiáng)震，接頭部位工作狀況雖有惡化，但并不存在即刻發(fā)生災(zāi)難性破壞的條件，震后及時(shí)降低庫水位至開裂范圍以下，可以防止接頭發(fā)生進(jìn)一步破壞；震后接觸面裂縫修復(fù)難度較小，可以方便及時(shí)完成相關(guān)修復(fù)工作，恢復(fù)大壩正常運(yùn)行．

(4)Hardin模型和接觸單元模型的各種參數(shù)變化后，接觸面開度所顯示的規(guī)律仍基本一致，依然是在接觸面頂部及兩側(cè)開度較大，但隨著各參數(shù)的變化，具體開度值有所變化，而數(shù)量級(jí)則基本不變．接觸面抗剪強(qiáng)度參數(shù)對(duì)接觸面開度的影響較小，而接觸面初始剛度系數(shù)、薄層單元厚度以及土石料的動(dòng)剪切模量的影響較大．

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