宋貞霞
(中國(guó)地震局工程力學(xué)研究所,哈爾濱150080)
考慮河谷場(chǎng)地效應(yīng)的拱壩-地基地震響應(yīng)分析方法研究
宋貞霞
(中國(guó)地震局工程力學(xué)研究所,哈爾濱150080)
河谷地形對(duì)場(chǎng)地地震響應(yīng)有很大影響,但一般進(jìn)行拱壩-地基體系動(dòng)力分析時(shí)為方便計(jì)算,常常將三維拱壩-地基模型的河谷四周側(cè)邊界簡(jiǎn)化為水平成層半空間來求解自由場(chǎng)(本文稱為自由場(chǎng)近似解),這與拱壩-地基體系實(shí)際受到的地震作用差別是顯而易見的。在拱壩-地基動(dòng)力相互作用地震反應(yīng)分析中,包括自由場(chǎng)在內(nèi)的波動(dòng)輸入處理的合理與否,將直接影響到計(jì)算結(jié)果的精度和可信度。本文以小灣拱壩為例,進(jìn)行了有關(guān)不規(guī)則河谷場(chǎng)地?cái)?shù)值模擬方法、河谷場(chǎng)地對(duì)拱壩結(jié)構(gòu)地震響應(yīng)的影響、拱壩-地基體系時(shí)程分析的地震動(dòng)輸入等一系列工作。主要成果如下:
(1)給出了三維不規(guī)則場(chǎng)地的自由場(chǎng)計(jì)算方法。采用有限元結(jié)合透射邊界求解二維不規(guī)則場(chǎng)地地震響應(yīng)(本文稱為自由場(chǎng)有限元解),并以此作為三維計(jì)算模型的自由場(chǎng)輸入。通過對(duì)小灣拱壩壩址三維河谷場(chǎng)地的地震響應(yīng)模擬,比較了側(cè)邊界自由場(chǎng)的有限元解和近似解,以及它們對(duì)河谷內(nèi)部場(chǎng)點(diǎn)地震響應(yīng)的影響。結(jié)果表明,河谷地形的自由場(chǎng)有限元解和近似解對(duì)場(chǎng)地地震響應(yīng)有顯著影響。
(2)提出了考慮河谷場(chǎng)地效應(yīng)的三維拱壩-地基體系的地震響應(yīng)分析方法。分別以考慮河谷地形的自由場(chǎng)有限元解和簡(jiǎn)化為水平單一介質(zhì)的自由場(chǎng)近似解作為輸入,比較了三維拱壩-地基體系的地震響應(yīng)。結(jié)果表明,考慮河谷地形影響計(jì)算的拱壩-地基地震響應(yīng)與近似方法的計(jì)算結(jié)果存在很大差異,拱壩及壩基位移響應(yīng)變化不大,但是應(yīng)力響應(yīng)出現(xiàn)大幅度的增大。
(3)提出了地震波傾斜入射情形下考慮河谷場(chǎng)地效應(yīng)的三維拱壩-地基體系的地震響應(yīng)分析方法。采用有限元結(jié)合人工透射邊界的方法,求解地震波傾斜入射情形下河谷地形側(cè)邊界的自由場(chǎng),并以此作為三維拱壩-地基模型地震波的輸入,求解拱壩-地基體系在地震波傾斜入射條件下的三維地震響應(yīng)。計(jì)算結(jié)果表明,地震波傾斜入射對(duì)拱壩壩體和壩基的應(yīng)力響應(yīng)影響顯著。
(4)提出了雙向地震波不同振動(dòng)方向輸入情形下,考慮河谷場(chǎng)地效應(yīng)的自由場(chǎng)簡(jiǎn)化計(jì)算方法。并以此作為三維拱壩-地基模型地震波的輸入,求解拱壩-地基體系在入射地震波不同振動(dòng)方向時(shí)的三維地震響應(yīng)。計(jì)算結(jié)果表明,在單向地震波輸入情形下,拱壩-地基最大地震響應(yīng)一般發(fā)生在橫河向或順河向;但在雙向地震波輸入情形下,拱壩及壩基的最大位移、應(yīng)力響應(yīng)振動(dòng)方向與輸入地震波相關(guān)。
最后,對(duì)全文工作進(jìn)行總結(jié),并對(duì)今后的工作做出展望。
拱壩;河谷地形;三維地震響應(yīng);傾斜入射;振動(dòng)方向
(作者電子信箱,宋貞霞:zx_song@163.com)
P315.9;
A;
10.3969/j.issn.0235-4975.2014.04.015