高拱坝抗震动力分析和安全评价

地震荷载作用下大坝动力响应及其抗震安全问题对建于高烈度地震区的高拱坝往往成为工程设计的控制性关键问题，结合现行的《水工建筑物抗震设计规范》(SL203—1997)，综述了高拱坝的抗震设防标准、动力分析方法、大坝混凝土的动态抗力以及抗震安全评价的基本原则、规定和方法及其适用范围，介绍了当前高拱坝抗震研究中包括计入坝区实际地质地形条件、地震动能量向无限远域逸散的所谓地基辐射阻尼影响、坝体伸缩横缝非线性以及坝体全级配混凝土动态特性方面所取得的最新研究进展，就今后高拱坝抗震设计中应重点研究解决的几个问题提出了建议。     

重视高坝大库的抗震安全——纪念唐山大地震30 周年

本文概述了我国面临高坝建设的历史机遇和其抗震安全的严重挑战，提出确保大坝工程抗震安全的基本理念。首先，大坝抗震安全评价必须要遵照坝址地震动输入、坝体结构体系的地震响应和大坝材料的动态抗力三个方面相互配套的原则：同时要有敢于突破传统、敢于创新的精神；最后，提出了在当前我国高坝中占主位的拱坝的抗震安全关键技术问题，并简要报导了在其地震动输入、坝体结构体系的地震响应和大坝材料的动态性能三个方面的最新研究进展。     

小湾坝址场地对地震动影响的研究

河谷两岸地震地面运动的差异对于建造在深山峡谷、基底延伸很长、各点高差很大的复杂空间结构的高拱坝地震反应和抗震安全有极为重要的影响，可导致两岸坝肩形成抗震薄弱部位。本文采用显式有限元法结合人工透射边界，对小湾河段左岸孤立半岛地形对坝址河谷地震动的影响作了初步分析探讨，半岛地形引起的河谷两岸地震动频谱分量和动位移的差异，在大坝抗震安全性的评估中应予考虑。     

高拱坝抗震性能评价指标研究

随着高海拔、高寒、高烈度地震区水电工程的建设,基于强度的拱坝抗震安全评价标准已无法满足工程实践的需要。本文采用非线性数值分析模型对拱坝进行了地震动IDA(逐步动力增量分析)研究,提出了评价大坝抗震安全性新指标,即:坝体损伤体积比和坝面损伤面积比;结合实际工程分析了地震峰值加速度与坝体位移、坝体损伤体积比和坝面损伤面积比之间的关系。结果表明,相比于已有的拱坝抗震性能评价指标,所提出的坝体损伤体积比和坝面损伤面积比指标,可以更清晰地反映出不同强度地震动作用下的拱坝损伤变化趋势和抗震承载能力,更适合作为评价拱坝抗震性能的指标。     

强震下拱坝损伤整体判别指标的初步探讨

地震动的强烈不确定性使得高拱坝在满足设计地震烈度要求的前提下必须深入研究超载地震动作用下的抗震裕度。本文通过对考虑横缝的高拱坝在不同强度地震动下响应的分析,得到大坝在逐级增强的地震动作用下,拱冠顺河向位移和输入加速度呈现出分3段变化的规律。由此提出了拱坝整体抗震性能的3个阶段水平。同时,地震动峰值加速度也是一个随机变量,本文考虑了这个随机性,计算了拱坝在考虑某大小地震作用下处于某一功能水平的概率。相比于搜索拱坝在强震作用下具有较强随机性的失效路径的方法而言更有可操作性,本文在解决超静定拱坝在强震下的整体抗震性能评价指标方面提出了有益的参考。     

当前混凝土高拱坝抗震研究中的几个问题

综述能对坝基、坝身与库水综合分析的简单实用方法,合理的高拱坝抗震安全评价准则,混凝土材料强度的动力特性,坝址河谷地震动的输入模型,抗震工程措施等高拱坝抗震研究中亟待解决的问题和难点.在分析高拱坝抗震研究最新进展的基础上,提出进一步完善用动力分析技术研究坝、水、地基综合系统的地震响应、更新抗震设防理念、建立不均匀地震动模型、加强抗震工程措施的有效性研究等建议.     

杨房沟高拱坝防震抗震设计研究

杨房沟混凝土双曲拱坝最大坝高155 m,坝址所处地区地震烈度相对较大,为此,除了按DL5073—2000《水工建筑物抗震设计规范》的原则、方法和要求进行常规抗震分析外,同时还考虑坝址地形地质条件、计入地基辐射阻尼和横缝张开影响的三维非线性有限元法对大坝及基础进行动力分析,综合分析评价了大坝的抗震性能与抗震安全性。研究结果表明,杨房沟高拱坝在设计地震和校核地震作用下,坝体应力状况较好,坝体横缝最大张开度不会破坏横缝止水设施,满足设计要求。采取的抗震措施能够进一步提高拱坝的整体性和抗震性,杨房沟高拱坝的抗震安全是可以保证的。     

高拱坝-地基体系强震破坏机理和整体抗震安全性研究

本文在高拱坝-地基整体抗震安全评价体系的基础上，对设计地震动峰值加速度达0.5565g的大岗山拱坝—地基体系的地震响应进行数值分析，并分别对其在不同地震超载倍数和不同基岩控制性滑裂面抗剪强度降低倍数下的安全性和破坏机理进行研究，进一步明确了以寻求坝体控制性位移或与位移相关的变量随安全系数变化曲线的拐点作为整体失稳判断准则的具体实施方法，对其整体抗震安全性作出评价。研究表明，由此建立的高拱坝-地基体系整体抗震安全评价方法是可行的。     

基于不同设计反应谱的高拱坝动力特性研究

采用动力法计算地震作用效应时,设计反应谱是地震动的重要参数。目前SL 203—97《水工建筑物抗震设计规范》和NB 35047—2015《水电工程水工建筑物抗震设计规范》两本抗震规范标准设计反应谱不同。文章以某高拱坝为例,采用不同设计反应谱生成的人工波,对大坝进行动力分析。研究成果表明:利用两种规范标准谱人工波计算出的坝体应力和横缝张开度规律一致,SL 203—97规范标准谱人工波计算得出的坝体拉应力较NB35047—2015规范标准谱减小超过25%,压应力减小10%～20%,横缝张开度减小30. 5%,研究成果为高拱坝进行抗震安全评价提供依据。     

水工抗震学科国际科学技术发展动态跟踪

结合国内水工结构抗震研究的发展,对近年发表于相关领域的国际期刊杂志的工程抗震研究最新发展进行调研。伴随实际强震、近震地震动记录及震害资料的不断丰富,工程抗震研究也得到了不断深入,近期国内外在工程抗震的关注点主要包括基于性能的抗震设计、设计地震动参数的确定、近断层地震动的脉冲特征、地震动持时对结构地震损伤的影响、增量动力分析、混凝土大坝开裂后的动力稳定、地震动时空非均匀性对拱坝地震响应的影响等方面,本文对上述关注点进行了概括总结。     

强震区高拱坝抗震安全研究

从2008年"5.12"汶川大地震到今年"4.14"玉树地震,西部强震区高拱坝的抗震安全问题成为坝工界密切关注的问题。从我国强震区高拱坝抗震研究与工程建设中现存的问题出发,分析并总结了高拱坝地震破坏机理和高拱坝抗震设计理念(包括抗震评价准则、混凝土材料动力特性研究、高拱坝抗震设计分析等)的研究与发展,指出了当前高拱坝抗震较为适用的抗震措施,为今后的研究提供参考。     

高拱坝-地基体系整体稳定概率地震风险分析

为了进行高拱坝的地震风险分析,引入幂指数函数的形式来描述地震危险性曲线,结合概率地震需求模型和地震易损性曲线函数,推求了概率地震风险分析解析函数。基于此,以实际工程为例,开展了高拱坝-地基体系整体稳定概率地震风险分析。在概率统计框架下,以高拱坝-地基系统整体抗震稳定安全评价为研究目标,在考虑坝基岩体内控制性滑动块体滑裂面力学参数不确定性基础上,构建了概率地震风险分析模型,得到了基于残余滑动位移的高拱坝-地基体系年超越概率曲线。从而给出了设计基准期限内,高拱坝-地基体系整体地震稳定达到不同性能水平的概率,为其在极限地震下的抗震安全评价提供依据,同时为现有基于准则的混凝土坝抗震安全决策转向基于风险概率的安全决策提供科学依据。     

混凝土高坝强震震例分析和启迪

强震作用下的高坝抗震安全性广受关注。但迄今坝址的地震动输入却仍有较多不确定因素,且高坝的地震响应也相当复杂。对经受强震作用的高坝震害的现场详尽调查和深入分析研究,对改进现行抗震设计理念和推动高坝抗震安全的研究极为重要。本文对全球经受过Ⅷ度以上强震的百米以上混凝土高坝的震害实例进行了较详尽的分析研究,其中包括在中国发生的汶川大地震中对沙牌碾压混凝土拱坝和宝珠寺混凝土重力坝震害的初步调研分析,探讨了从这些震害实例中得到的启迪。     

混凝土大坝的抗震安全评价

本文论证了混凝土大坝重点是高拱坝的抗震安全评价的实践与发展现状。现有的评价准则主要依据混凝土的强度，特别是抗拉强度来判断大坝的安全性。大坝的应力计算则以弹性动力分析为基础。各国规范关于地震设防水平和大坝的容许拉应力数值有很大差别，表明认识上的不一致。事实上，由于各坝坝高、坝型、地形、地质条件不同，地震时坝身中某一部分产生的最大拉应力不足以全面反映大坝的抗震安全性。混凝土的动态强度是大坝抗震安全评价中的一个薄弱环节。大坝抗震设计中目前只依据Raphael进行的局部加载速率的试验结果选取混凝土的动强度。实际上，地震作用下，不同的坝不同部位的应变速率是不相同的，而且混凝土的动强度还和应变历史、初始静抗压强度、含水量以及尺寸效应等许多因素有关，有待作深入研究。在以上分析基础上，文中建议了混凝土大坝抗震安全评价的合理方法以及进一步的研究方向。     

深厚覆盖层上高心墙坝地震惯性力动态分布系数研究

对于强震区坐落在深厚覆盖层(深度超过50 m)上的高土石坝,通过拟静力稳定分析结果初步判定其抗震稳定性是抗震设计的主要内容,其中水平向地震惯性力沿坝基覆盖层至坝顶的动态分布系数是关键。然而,现行《水工建筑物抗震设计标准》(GB 51247—2018)中地震惯性力动态分布系数多基于坐落在基岩上的高土石坝的动力响应规律确定,现有动态分布系数忽略了深厚覆盖层和地震动强度对地震动传播规律的影响。因此,以坐落在深厚砂砾石覆盖层上150 m级高黏土心墙堆石坝为研究对象,结合现行土石坝设计规范和国内已建高土石坝实例,基于统计平均的方法确定了坝顶宽度、坝料分区、坝坡坡比、覆盖层材料的静、动力特性等关键参数,深入探讨了150 m级高黏土心墙堆石坝在小震(0.1 g)、中震(0.2 g)和大震(0.4 g)规范谱地震动作用下不同深度砂砾石料覆盖层的动力响应分布规律,进而总结归纳出不同深度覆盖层下150 m级高黏土心墙堆石坝的水平向地震惯性力的动态分布系数,将其引入到拟静力法稳定分析中,最后基于最危险滑动面和最小安全系数与现行规范所得结果进行对比分析。研究结果表明,小震(0.1 g)和中震(0.2 g)下采用文中推荐的考虑深厚覆盖层和地震动输入强度影响的水平向地震惯性力动态分布系数时将得到更符合工程实际的评价结果。研究成果可为深厚覆盖层上的高土石坝抗震设计提供参考依据。     

土耳其德里内尔拱坝在最大可信地震下的动力稳定性分析

本文讨论了位于土耳其东北部克鲁赫河上正在建设中的高250m德里内尔拱坝。该拱坝建基面开挖施工已于2005年完成，大坝混凝土已经开始浇筑，预计将于2010年完成大坝混凝土浇筑。建成后，该坝混凝土总方量为330万m3，将是土耳其最高的拱坝，也是世界上最高的拱坝之一。本文详细讨论了大坝的抗震设计。重现期为10000年的安全评估地震的峰值加速度为0.35g。在该地震作用下，坝体中上部将出现沿水平施工缝的裂缝，带有键槽的灌浆横缝也将张开。于是，大坝顶部由于开裂而形成的混凝土坝块可能向水库方向发生位移，本文研究了该混凝土坝块可能出现的最大位移和转动位移。     

混凝土坝抗震安全评价指标和方法研究

以提出混凝土坝整体抗震性能评价指标体系和方法框架为目标,分析研究了美国水工建筑物设计规范(EREM)基于性能目标的抗震评价方法、评价标准、定量化性能指标,同时对国内外相关成果进行了对比分析。针对高混凝土坝的最大设计地震(MDE)的设防水准以及最大可信地震(MCE)的安全目标,为了更好地评价地震动作用下结构性态,应注重定量化评估坝体—地基—库水的整体效应,以及应力和变形响应的累积效应,结合现有的高混凝土坝的抗震评估,进行线弹性评价和非线性响应分析。线弹性评价预测应引入USACE评价程序和判别准则中的结构需求能力比、超线弹性累计时间和性能曲线等定量化指标,再结合现行规范从坝体关键部位、横缝等方面进行非线性响应分析修正分步实施,建立混凝土高坝抗震性能定量化评价框架。研究成果为混凝土坝抗震性能评价提供参考。     

复杂地震背景下新疆高土石坝抗震设计与应用实践

汶川地震后,国家颁布了新的地震动参数区划图和水电工程抗震设计相关规范。因此,针对新疆山区水库坝址区抗震设计烈度高、地质条件复杂的问题,为了更好的进行新的地震动参数区划、水电相关规范规定下高震区高土石坝的抗震设计和适应新颁地震区划条件下水电规范对老坝抗震复核的要求,结合近年来新疆高土石坝工程实践及国内外土石坝筑坝先进技术和经验,从高地震区动参数选取、坝体结构型式与坝料分区、防渗体结构、坝体压实与沉降变形控制、大坝抗震措施等方面对新疆高土石坝抗震设计和应用实践现状进行了系统总结,提出复杂地震背景下新疆高土石坝建设应遵循"稳、控、防、排"4字抗震设计理念进行抗震措施设计,并对新的地震动参数区划条件、新规程和规范要求下新疆高土石坝抗震安全评价及老坝抗震复核等工作中存在的问题进行了探讨,给出了相应的建议。对新疆土石坝抗震设计和应用实践的总结以及对新的条件和要求下新疆高土石坝抗震安全面临的问题的探讨和建议可为类似环境条件下的坝工建设提供技术借鉴。