李 昶, 王旭宏, 尹訓(xùn)強(qiáng), 楊球玉, 呂 濤, 陳立偉,劉 鋒, 朱文秀, 劉翔宇, 鄭 軒

(1. 中國核電工程有限公司, 北京 100840; 2. 大連大學(xué)建筑工程學(xué)院, 遼寧 大連 116622)

0 引言

隨著全球各國經(jīng)濟(jì)的不斷發(fā)展,全球能源缺乏的問題尤為突出,核電作為一種清潔、安全和高效的能源,對(duì)經(jīng)濟(jì)建設(shè)與環(huán)境保護(hù)有著積極的作用,因此,核電廠的發(fā)展是一種必然趨勢[1-3]。當(dāng)前為節(jié)省核電建設(shè)成本,核電廠標(biāo)準(zhǔn)化設(shè)計(jì)方法是核電廠抗震設(shè)計(jì)中的重要手段。

美國、法國等世界核電大國均在內(nèi)陸地區(qū)建有大量核電站,在機(jī)組數(shù)量和裝機(jī)容量上都超過濱海地區(qū),因此,在不同核電廠標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì)中考慮多種軟巖及和土層地基的情況,針對(duì)不同機(jī)組建立了多種標(biāo)準(zhǔn)化設(shè)計(jì)地基模型,積累了豐富的經(jīng)驗(yàn)[4-5]。比如,美國核管理委員會(huì)認(rèn)證的核電機(jī)組ABWR,AP1000,ESBWR,US-APWR,US-EPR以及NuScale(表1),其中,AP1000標(biāo)準(zhǔn)化地基模型的建立是基于對(duì)美國落基山脈東部和西部22座商業(yè)化核電廠廠址的調(diào)研數(shù)據(jù),在這些核電廠中也包括了部分AP600機(jī)組。以上機(jī)組的標(biāo)準(zhǔn)化地基模型均對(duì)已有或潛在核電廠址的調(diào)研數(shù)據(jù)所提出的。由于核電廠址安全性要求高,根據(jù)IAEA核電廠廠址評(píng)價(jià)和地基的巖土工程問題安全導(dǎo)則,為考慮地震反應(yīng)分析的目的,均采用剪切波速作為廠址分類的指標(biāo),幾乎涵蓋了從軟土、硬土、軟巖以及硬巖的范圍,剪切波速范圍約300～2 500 m/s,另外,主要的參數(shù)還包括土層厚度、動(dòng)剪切模量-應(yīng)變曲線(G-r)、阻尼比-應(yīng)變曲線(D-r)、容重、泊松比等。

表1 不同核電機(jī)組的標(biāo)準(zhǔn)化設(shè)計(jì)地基模型概述

標(biāo)準(zhǔn)化地基模型的作用在于為核電廠抗震設(shè)計(jì)提供不同地基條件的動(dòng)力學(xué)參數(shù)輸入,對(duì)于滿足地基模型條件的地基可采用標(biāo)準(zhǔn)化的核電廠設(shè)計(jì)即可滿足抗震要求。而我國在“核電走出去”戰(zhàn)略中自主研發(fā)的主力堆型,需要適應(yīng)不同國家當(dāng)?shù)氐牡刭|(zhì)條件,國內(nèi)核電的主力堆型針對(duì)剪切波速大于600 m/s的巖質(zhì)地質(zhì)條件已經(jīng)提出了標(biāo)準(zhǔn)化設(shè)計(jì)地基模型。然而,為適應(yīng)不同國家當(dāng)?shù)氐牡刭|(zhì)條件,對(duì)于剪切波速小于600 m/s的軟質(zhì)巖和硬土廠址還需要進(jìn)一步開展研究。

針對(duì)上述問題,本文基于美國在核電廠標(biāo)準(zhǔn)地基模型方面的研究成果,兼顧其他國家的相關(guān)研究進(jìn)展,綜合我國實(shí)際工程場地情況,針對(duì)剪切波速小于600 m/s的軟質(zhì)巖和硬土廠址地基模型開展動(dòng)參數(shù)調(diào)研,并通過開展動(dòng)參數(shù)對(duì)地震反應(yīng)的影響規(guī)律,定義軟質(zhì)巖和硬土廠址的標(biāo)準(zhǔn)化地基模型。

1 典型軟質(zhì)巖和硬土廠址動(dòng)參數(shù)調(diào)研分析

1.1 調(diào)研數(shù)據(jù)的采集和選取

通過開展已有和潛在廠址的現(xiàn)場調(diào)研,整理國內(nèi)外具有完整土動(dòng)力學(xué)參數(shù)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的地震安全性評(píng)價(jià)報(bào)告以及地質(zhì)勘查資料等,經(jīng)整理最終保留有效場址共95個(gè),鉆孔合計(jì)403個(gè),選取有效的鉆孔資料,如剔除多余重復(fù)鉆孔,覆蓋土層埋深較淺鉆孔等,并提取相應(yīng)的土層分布的統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)。為方便表達(dá),在數(shù)據(jù)整理時(shí),基于《建筑抗震設(shè)計(jì)規(guī)范》[6]將所調(diào)查的巖土樣本在剪切波速300～600 m/s的區(qū)間劃分為兩個(gè)類型:軟巖和硬土。所調(diào)研場址基本涵蓋了主要的內(nèi)陸省份,包含地鐵、隧道、機(jī)場和橋梁等建筑類型的非核電場址,也包含典型的核電場址,如福建省寧德市霞浦縣600 MW示范快堆工程場址、福建省漳州核電場址、河北省滄州市海興核電核島場址、廣東省臺(tái)山常規(guī)島、泵房及管廊巖土工程場址、安徽省吉陽核電廠房工程場址等。

1.2 動(dòng)力學(xué)參數(shù)統(tǒng)計(jì)分析

本節(jié)中主要通過所調(diào)研場址的有效鉆孔土層數(shù)據(jù),針對(duì)容重、動(dòng)剪切模量比、動(dòng)泊松比、剪切波速等動(dòng)力學(xué)參數(shù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析,并給出動(dòng)參數(shù)的取值范圍,為下一節(jié)的敏感性分析提供參考。

1.2.1 容重隨深度的變化規(guī)律

如圖1所示為容重隨深度的變化統(tǒng)計(jì),不難看出,描述土體容重與埋深間的關(guān)系相關(guān)性不大,均值線大約位于20 kN/m3位置,隨著深度的增加離散程度也沒有明顯的變化,因此,舍棄偏差較大的離散點(diǎn),容重的變化范圍約為18.0～22.0 kN/m3。

1.2.2 動(dòng)剪切模量比和阻尼比

土的動(dòng)剪切模量比G/Gmax和阻尼比D是土動(dòng)力學(xué)特性中除剪切波速以外的另外兩個(gè)重要參數(shù)[7]。本文以埋深為統(tǒng)計(jì)依據(jù),每10 m為一個(gè)統(tǒng)計(jì)區(qū)間,在剔除離散較大的數(shù)據(jù)后將樣本進(jìn)行均值化處理。從調(diào)研數(shù)據(jù)中發(fā)現(xiàn),G/Gmax-r和阻尼比D-r的變化曲線隨埋深變化較小,因此,將敏感性較低的埋深區(qū)間進(jìn)行合并分層處理,選取了三種分層方案,即:(1) GD1剖面分層方案,劃分為四個(gè)分區(qū),0～20 m,20～40 m,40～60 m,以及60 m以上;(2) GD2剖面分層方案,劃分為三個(gè)分區(qū),0～20 m,20～60 m,以及60 m以上;(3) GD3剖面分層方案,不劃分分區(qū)。三種不同分層模型的G/Gmax-r與D-r變化曲線如圖2所示。

圖1 容重隨深度的變化統(tǒng)計(jì)Fig.1 Statistics of changes in bulk density with depth

1.2.3 動(dòng)泊松比的變化規(guī)律

本文的動(dòng)參數(shù)調(diào)研中,大部分的數(shù)據(jù)來源于地震安全性評(píng)價(jià)報(bào)告,大約十幾個(gè)場址來源于實(shí)際核電廠址的地質(zhì)勘查資料,其中,在各個(gè)場址的地震安全性評(píng)價(jià)報(bào)告中,土層動(dòng)力反應(yīng)中基本為一維模型,因此,在動(dòng)參數(shù)中很少涉及到動(dòng)泊松比的選取,導(dǎo)致參數(shù)調(diào)研中的動(dòng)泊松比的樣本數(shù)據(jù)較少,在數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)分析中規(guī)律性較小。表2所示為動(dòng)泊松比隨埋深變化統(tǒng)計(jì),可以發(fā)現(xiàn),動(dòng)泊松比的變化基本0.34～0.37區(qū)間內(nèi),均值為0.35。在后續(xù)的二維或三維的核島結(jié)構(gòu)-地基的動(dòng)力相互作用分析中,動(dòng)泊松比可以在0.3～0.4范圍內(nèi)進(jìn)行敏感性分析,獲取動(dòng)泊松比的影響規(guī)律,從而確定標(biāo)準(zhǔn)化地基模型的參數(shù)取值。

圖2 各分層模型的動(dòng)剪切模量比和阻尼比均值擬合曲線Fig.2 Fitting curve of the mean value of dynamic shear modulus ratio and damping ratio of each hierarchical model

表2 動(dòng)泊松比隨埋深變化統(tǒng)計(jì)值

1.2.4 剪切波速隨深度的變化規(guī)律

由于所調(diào)研的場址比較分散,導(dǎo)致土樣種類較多,各土層的組成隨機(jī)性較大,因此不分土的種類并按覆蓋土層剪切波速的分布進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析。如圖3所示調(diào)研場址剪切波速的分布,可以得出:土層的剪切波速隨著土層埋深的增加呈現(xiàn)出增加的趨勢,剪切波速隨深度的分布大部分集中在400～600 m/s區(qū)間。

圖3 調(diào)研場址剪切波速的分布Fig.3 Distribution of shear wave velocity at survey sites

為評(píng)價(jià)土體分層與深度的關(guān)系對(duì)土體剪切波速變化的影響,將調(diào)研場址的土層剪切波速按照基礎(chǔ)底面的剪切波速進(jìn)行歸一化分析處理,如圖4所示,歸一化后剪切波速基本處于無量綱1～2之間,隨著基巖深度的增加,即土層深度的增大,歸一化剪切波速的雖然也有增大的趨勢,但是變化幅度較小,在基巖深度100 m(圖中紅色直線),以及更深的150 m處,也很少出現(xiàn)大于無量綱2的情況?；诖?為包含大部分的潛在場址條件,在地基模型中將包括廣泛的材料屬性及土層剖面特性,初步定義五種類型共9個(gè)典型的剪切波速剖面特征曲線,其中包含了“硬土”場地模型(常數(shù)和線性變化2種)、“硬土(上限)”場地模型(線性和拋物線變化2種),“硬土-軟巖”場地模型(雙折線和拋物線變化2種),“軟巖”場地模型(線性變化2種),“深厚土層”場地模型(1種),由于所調(diào)研場址的土層樣本的基巖深度大多在100 m以內(nèi),因此,初步定義的地基模型取100 m作為假想基巖面位置。其中,將剪切波速最低下限值300 m/s作為“硬土”模型的下包絡(luò)線,考慮了常數(shù)和線性變化2種;“硬土(上限)”場地模型主要針對(duì)基巖深度大于50 m區(qū)間的場址在隨著深度的增加時(shí),剪切波速雖有增加,但往往無法達(dá)到地表剪切波速的2倍,將硬土的上限剪切波速500 m/s作為該種模型的參考值;“硬土-軟巖”場地模型主要針對(duì)基巖深度位于30～50 m區(qū)間場址,基于調(diào)研結(jié)果,此類模型中歸一化剪切波速從地表隨深度變化至約50 m處能增大至少1倍;“軟巖”場地模型將所定義的軟巖的剪切波速下限值500 m/s作為此類模型的參考值;“深厚土層”場地模型主要基于調(diào)研數(shù)據(jù),在基巖深度大于100 m的區(qū)間,還有部分深厚土層的場址,基巖深度達(dá)到了200 m以上,此種類型的剪切波速在0～100 m區(qū)間的變化趨勢與“硬土”場地模型類似。

圖4 初步定義標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì)地基模型的剖面特征曲線Fig.4 Preliminary definition of profile characteristic curve of standard design foundation model

2 典型軟質(zhì)巖和硬土廠址動(dòng)參數(shù)分析

綜合評(píng)價(jià)地基模型的合理適用性的考量指標(biāo)主要包括最大加速度隨深度變化與加速度反應(yīng)譜?；贏NSYS軟件采用APDL進(jìn)行參數(shù)化建模,采用SuperFLUSH/2D Ver6.0軟件[8]進(jìn)行土層地震反應(yīng)分析,分別對(duì)G/Gmax-r與D-r曲線、容重以及剪切波速隨深度分布進(jìn)行敏感性分析。其中,土層地震反應(yīng)分析模型中的土層非線性特征采用等效線性法來模擬,而邊界條件設(shè)置為黏性人工邊界,地震動(dòng)則通過等效節(jié)點(diǎn)荷載施加,地震輸入采用美國改進(jìn)NRC R.G.1.60標(biāo)準(zhǔn)反應(yīng)譜對(duì)應(yīng)的時(shí)程,如圖5所示,基巖峰值加速度設(shè)計(jì)值取0.30g。另外,在計(jì)算中,基巖剪切波速取2 000 m/s,基巖容重取24.0 kN/m3。

圖5 改進(jìn)型RG1.60地震波時(shí)程曲線Fig.5 Seismic wave time history curve based on the improved RG1.60

2.1 G/Gmax-r與D-r曲線的影響分析

本節(jié)依據(jù)調(diào)研數(shù)據(jù)的統(tǒng)計(jì)分析,考慮了3種不同的G/Gmax-r與D-r曲線取值,分別為2.2.2節(jié)所述的GD1、GD2、GD3分層模型曲線,在計(jì)算中,土層的容重取19.0 kN/m3,由于各地基模型所得的規(guī)律基本一致,為節(jié)省篇幅,本文僅列出M1_YT-2的相關(guān)結(jié)果曲線圖。

從圖6所示的M1_YT-2地基模型不同關(guān)系曲線工況下水平X向最大加速度隨深度變化來看,依據(jù)三種分層模型(GD1、GD2、GD3)曲線計(jì)算的最大加速度隨深度的變化規(guī)律基本一致,但在數(shù)值上,GD1與GD2兩個(gè)分層模型的數(shù)值相差不大,地表的峰值加速度分別為0.31g與0.31g,然而,GD3模型由于沒有考慮埋深的影響,將所有的G/Gmax-r與D-r曲線做均值化處理,因此,導(dǎo)致淺層場地的剛度較大,從而從埋深50 m左右開始,GD3模型的變形較小,在地表處的峰值加速度為0.29g,與其他兩個(gè)模型有一定的差異。水平Y(jié)向的最大加速度分布規(guī)律基本類似,GD1、GD2及GD3三個(gè)分層模型的地表加速度分別為0.32g、0.32g及0.29g。

圖6 不同關(guān)系曲線工況下M1_YT-2最大加速度隨深度變化曲線Fig.6 Variation curve of the maximum acceleration of M1_YT-2 with depth under different relationship curve conditions

由于不同阻尼比情況下的加速度反應(yīng)譜變化趨勢基本相同,因此在本文中僅給出5%阻尼比下地表處的加速度反應(yīng)譜峰值隨不同G/Gmax-r與D-r關(guān)系曲線(GD)的變化曲線,如圖7所示。

圖7 不同關(guān)系曲線工況下M1_YT-2地表處加速度反應(yīng)譜變化曲線Fig.7 Variation curve of acceleration response spectrum at M1_YT-2 surface under different relationship curve conditions

從圖7所示M1_YT-2地基模型水平X向地表處加速度反應(yīng)譜隨不同關(guān)系曲線的變化曲線來看,依據(jù)GD1、GD2分層模型曲線計(jì)算的加速度反應(yīng)譜結(jié)果趨勢大致相同,而GD3模型的計(jì)算結(jié)果在變化趨勢上雖然與前述兩模型大體一致,且峰值處于[0.2 s,1.2 s]周期,但在數(shù)值上有一定的差別,三種模型的峰值加速度均出現(xiàn)在0.570 s,分別為0.95g、0.95g及0.89g。水平Y(jié)向的加速度反應(yīng)譜的變化規(guī)律基本類似,三種模型的峰值加速度均出現(xiàn)在0.560 s,分別為1.02g、1.02g及0.95g。

綜上所述,GD1與GD2分層模型工況下最大加速度隨深度的變化、加速度反應(yīng)譜的變化規(guī)律及數(shù)值都基本吻合,而GD3模型雖然與上述兩模型的變化規(guī)律大體一致,但是對(duì)于部分地基模型在數(shù)值上還是有較大差異,因此,為考慮埋深影響且簡化計(jì)算,選取GD2分層模型的G/Gmax-r與D-r曲線作為地基模型的參數(shù)輸入。

2.2 容重的影響分析

本節(jié)主要針對(duì)地基模型的容重進(jìn)行敏感性分析,在計(jì)算中,依據(jù)調(diào)研報(bào)告中所推薦的容重變化范圍18.0～22.0 kN/m3,考慮了5種不同的容重取值,分別為18.0、19.0、20.0、21.0及22.0 kN/m3,并選取GD2分層模型的G/Gmax-r與D-r曲線。

從圖8所示的M1_YT-2地基模型不同關(guān)系曲線工況下水平X向最大加速度隨深度變化來看,依據(jù)5種不同容重模型[P(18)、P(19)、P(20)、P(21)、P(22)]曲線計(jì)算的最大加速度隨深度的變化規(guī)律基本一致,但在數(shù)值上,M1_YT_2_X_P(18)、M1_YT_2_X_P(19)、M1_YT_2_X_P (20)、M1_YT_2_X_P(21)與M1_YT_2_X_P (22) 5個(gè)模型的數(shù)值相差不大,地表的峰值加速度均為0.31g。水平Y(jié)向的最大加速度分布規(guī)律基本類似,M1_ZYT_X_P(18) 模型的數(shù)值略大,地表的峰值加速度均為0.32g,其余4種計(jì)算模型地表的峰值加速度均為0.31g。

圖8 不同容重條件下M1_YT-2最大加速度隨深度變化曲線Fig.8 Variation curve of the maximum acceleration of M1_YT-2 with depth under different bulk density conditions

從圖9所示M1_YT-2地基模型水平X向地表處加速度反應(yīng)譜隨不同關(guān)系曲線的變化曲線來看,依據(jù)5種不同容重模型曲線計(jì)算的加速度反應(yīng)譜結(jié)果趨勢大致相同,變化趨勢上大體一致,且峰值處于[0.1 s,1.0 s]周期,但在數(shù)值上有一定的差別,5種模型的峰值加速度均出現(xiàn)在0.570 s,分別為0.952g、0.948g、0.943g、0.939g及0.933g。水平Y(jié)向的加速度反應(yīng)譜的變化規(guī)律基本類似,5種模型的峰值加速度均出現(xiàn)在0.560 s,分別為1.022g、1.019g、1.017g及1.013g,1.011g。

綜上所述,不同容重工況下最大加速度隨深度的變化、加速度反應(yīng)譜的變化規(guī)律都基本吻合,雖然隨著容重的增大,所得峰值加速度、加速度反應(yīng)譜等有減小的趨勢,但是變化幅度并不大。因此,選取容重為20.0 kN/m3作為地基模型的參數(shù)輸入。

2.3 剪切波速沿深度分布的影響分析

本節(jié)主要針對(duì)9種初步定義標(biāo)準(zhǔn)地基模型的剪切波速剖面特征進(jìn)行計(jì)算分析,研究初步定義的地基模型是否存在類似或包絡(luò)的動(dòng)參數(shù)變化規(guī)律,在計(jì)算中選取GD2分層模型的G/Gmax-r與D-r曲線,選取容重為20.0 kN/m3。

圖9 不同容重工況下M1_YT-2地表處加速度反應(yīng)譜變化曲線Fig.9 Variation curve of acceleration response spectrum at M1_YT-2 surface under different bulk density conditions

從圖10所示的不同剪切波速沿深度分布條件下地基模型不同關(guān)系曲線工況下水平X向最大加速度隨深度變化來看,依據(jù)9種不同剪切波速模型(M1～M5)曲線計(jì)算的最大加速度隨深度的變化規(guī)律相差較大,在數(shù)值上也有差異,M1_YT-1、M1_YT-2、M2_YT(SX)-1、M2_YT(SX)-2、M3_YR-1、M3_YR-2、M4_RT-1、M4_RT-2及M5-SHT的峰值加速度分別為0.26g、0.30g、0.40g、0.41g、0.42g、0.40g、0.41g、0.41g及0.33g,水平Y(jié)向的最大加速度分布規(guī)律基本類似,M3_YR-1 模型的數(shù)值略大,地表的峰值加速度為0.53g,其余M1_YT-1、M1_YT-2、M2_YT(SX)-1、M2_YT(SX)-2、M3_YR-2、M4_RT-1、M4_RT-2、M5-SHT,8種計(jì)算模型地表的峰值加速度分別為0.19g、0.30g、0.41g、0.47g、0.53g、0.47g、0.47g及0.31g。

如圖11所示的不同地基模型的地表峰值加速度譜值水平X向隨關(guān)系曲線(剪切波速),整體來看,9種地基模型的加速度反應(yīng)譜峰值覆蓋了0.5～10 Hz較寬的頻率范圍,其中,M1系列的“硬土”地基模型與M5“深厚土”地基模型的峰值頻率主要出現(xiàn)在低頻段(0.2～1 Hz);而M4系列的“軟巖”地基模型的峰值頻率則更偏向于高頻段。

圖10 不同剪切波速沿深度分布條件下最大加速度隨深度變化曲線Fig.10 Variation curve of the maximum acceleration with depth under different distribution of shear wave velocity along depth

從數(shù)值上來看,M3地基模型則相對(duì)較大,M5地基模型相對(duì)較小,例如,M1～M9地基模型工況條件下的峰值加速度分別為0.83g、0.94g、1.43g、1.67g、1.70g、1.56g、1.46g、1.52g及1.03g。從圖12所示水平Y(jié)向的地震激勵(lì)下的地表峰值變化與水平X向基本一致,M1_ZYT地基模型在M1～M5 地基模型工況下的峰值加速度分別為0.72g、1.02g、1.42g、1.67g、1.95g、1.77g、1.62g、1.48g及0.89g。

從類似地基模型的反應(yīng)譜來看,M5_SHT地基模型由于下臥土層的影響,使峰值頻率要低于M1_YT-2地基模型,而兩種模型的加速度反應(yīng)譜基本能將M1_YT-1地基模型包絡(luò),只是有個(gè)別的頻率有超出部分(小于0.05g),對(duì)于設(shè)計(jì)響應(yīng)不會(huì)有顯著的影響;M2-YT(SX)-1硬土(上限)-線性地基模型與M2-YT(SX)-2拋物線模型在反應(yīng)譜分布與數(shù)值上還是有一定的差別,由于典型的砂土場地的剪切波速一般為曲線變化而不是線性變化,另外,M2-YT(SX)-2拋物線地基模型的反應(yīng)譜在大部分頻率也能包絡(luò)M2-YT(SX)-1模型,因此,在標(biāo)準(zhǔn)化地基模型中,選取M2-YT(SX)-2拋物線地基模型為“硬土(上限)”場地模型;雙折線模型與拋物線模型的加速度反應(yīng)譜在變化趨勢基本類似,尤其在2 Hz以下的頻率基本吻合,在大于2 Hz的頻段內(nèi),除個(gè)別頻率點(diǎn)外,M3-YR-1(雙折線)地基模型的反應(yīng)譜基本能包絡(luò)M3-YR-2(拋物線)地基模型,由于此類模型中,埋深50～100 m區(qū)間內(nèi),兩種模型的剪切波速變化范圍基本一致,主要的區(qū)別在上部區(qū)域,雖然拋物線模型能較好反映出土層的剛度變化,但是在此類模型中總體上對(duì)地震響應(yīng)影響較小;“軟巖”場地模型的對(duì)比,不難發(fā)現(xiàn),兩種模型的加速度反應(yīng)譜在變化趨勢基本吻合,在數(shù)值上,除個(gè)別頻率點(diǎn)外,M4-RY-2(上包線)地基模型的反應(yīng)譜基本能包絡(luò)M4-RY-1地基模型。

圖11 不同剪切波速沿深度分布條件下地表處加速度反應(yīng)譜變化曲線對(duì)比Fig.11 Comparison between acceleration response spectrum curves at the surface under different shear wave velocity distribution along depth

3 非巖基廠址標(biāo)準(zhǔn)化設(shè)計(jì)地基模型的定義

初步定義的不同地基模型在最大加速度隨深度的變化、加速度反應(yīng)譜的變化規(guī)律存在較大的差異,并且加速度反應(yīng)譜的峰值頻率基本能覆蓋0.5～10 Hz較寬的頻率范圍。其中,“硬土”地基模型(M1-YT-2)與“深厚土層”地基模型(M5-SHT)能控制包絡(luò)土層的低頻地震響應(yīng);“硬土(上限)-拋物線”地基模型(M2-YT(SX)-2)能較好反映剪切波速為300～500 m/s范圍內(nèi)硬土場地的動(dòng)力特性;“硬土-軟巖”場地模型兩種模型在低頻段基本吻合,但在較高頻段內(nèi)M3-YR-1地基模型的加速度反應(yīng)譜的控制包絡(luò)更好;“軟巖”場地模型的加速度反應(yīng)譜的變化規(guī)律基本一致,但M4-RY-2地基模型能控制包絡(luò)大部分的頻率范圍。

基于上述分析,依據(jù)核電廠標(biāo)準(zhǔn)化設(shè)計(jì)和地震反應(yīng)分析需求,剪切波速不小于300 m/s(重點(diǎn)為300～600 m/s范圍)軟質(zhì)巖和硬土廠址條件下的核電廠標(biāo)準(zhǔn)化地基模型可劃分為五種,即“硬土”(M1_YT)、“硬土(上限)”(M2-YT(SX))、“硬土-軟巖” (M3-YR)、“軟巖”(M4-RY)以及“深厚土層”(M5_SHT),其剖面特征曲線如圖12所示。

圖12 標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì)地基模型的剖面特征曲線Fig.12 Profile characteristic curve of standard design foundation model

其他動(dòng)力參數(shù)分別為:土層容重為20.0 kN/m3,GD2分層模型的G/Gmax-r與D-r曲線作為地基模型的參數(shù)輸入,取埋深100 m作為假想基巖面位置(M5-深厚土層模型取200 m),基巖剪切波速取2 000 m/s,基巖容重取24.0 kN/m3。

4 結(jié)論

(1) 軟質(zhì)巖和硬土廠址條件下核電廠標(biāo)準(zhǔn)化地基模型的提出需基于潛在核電廠址的調(diào)研數(shù)據(jù),并以剪切波速vS作為分類的指標(biāo),考慮土體非線性動(dòng)力特征的影響;

(2) 通過對(duì)國內(nèi)外典型廠址動(dòng)參數(shù)的統(tǒng)計(jì)歸納初步定義地基模型,進(jìn)而以土層地震反應(yīng)分析為手段,對(duì)初步定義模型的動(dòng)參數(shù)進(jìn)行了敏感性分析,確定了GD2分層模型作為土體的G/Gmax-r與D-r曲線,容重為20.0 kN/m3,依據(jù)初步地基模型的剪切波速剖面的相似性及包絡(luò)性,最終定義了非巖基廠址條件下核電廠標(biāo)準(zhǔn)化地基模型。

(3) 現(xiàn)階段提出的標(biāo)準(zhǔn)化地基模型中還未考慮核島上部結(jié)構(gòu)的影響,因此,在特定核電機(jī)組的標(biāo)準(zhǔn)化設(shè)計(jì)中,還需考慮土體-核島結(jié)構(gòu)動(dòng)力相互作用,最終確定適用于該機(jī)組的標(biāo)準(zhǔn)化地基模型。