大坝强震动响应参数放大效应研究

强震监测是大坝监测的重要内容,受地形地貌、场地条件和建筑物结构的影响,大坝在强震动条件下会呈现不同的响应特征。选用Seismosignal软件对监测记录数据进行预处理(数据波形错点剔除、基线校正、滤波去噪)和常规处理(数字积分和频谱计算),将处理得到的参数(加速度峰值、振幅谱峰值)与大坝高程进行相关性分析。研究结果表明:①随着高程的增加,加速度峰值和傅里叶谱峰值放大系数逐渐增加,具有明显的高程放大效应,坝顶放大效应明显,同时说明强震动引起的高程反应效应随高程的增加而逐渐增加;②3个方向上,加速度傅里叶谱幅值主频率主要集中在1.5～6.5 Hz频带范围内,而对其他频带起到滤波作用。研究成果可为大坝安全评价提供参考资料。     

软弱土层自由场动力离心模型试验

软弱土层中自由场地震响应离心模型试验中,采用层状剪切箱,研究了软弱土层中不同强度地震荷载作用下场地的响应。研究结果表明：地基土的地震响应与地震强度条件密切相关,地表地震加速度放大系数随着基岩入射地震强度的增大而减小,并且对土体的侧向位移和地表沉降等存在显著影响。     

地形地貌条件对边坡动力响应规律的影响

为研究边坡地形地貌条件对土质边坡动力响应规律的影响以及边坡地震反应机理,利用地震模拟振动台,建立不同坡面形态条件下的土质边坡模型进行振动台模型试验。试验结果表明:土质边坡地震动力响应具有高程放大效应,边坡加速度峰值(PGA)放大系数会随高程增加而增大,水平方向坡内土体较坡面土体对地震动荷载放大更为显著;土质边坡地形地貌条件对地震动荷载放大作用有较大影响,边坡坡度越大,边坡形态越复杂,其对地震动荷载放大效应越显著,边坡土体的变形破坏也越显著。     

输电线路斜坡场地地震效应的数值模拟研究

以西南地区典型输电线塔位为例,考虑场地地基条件、桩基础、杆塔特征,采用ＦＬＡＣ3Ｄ数值分析 软件进行动力分析,探讨场地遭遇实际地震作用时的场地地震效应。研究表明:坡面与地震波入射方向 一致、斜坡坡度40°的薄覆盖层下伏软岩场地,峰值加速度放大系数顺坡面向上具有波动放大的效应,坡 面位移从坡脚至坡顶近似呈线性增大。塔位处斜坡微地貌的变化使得峰值加速度放大系数达到1．8左 右,地震效应局部放大较原始输入地震烈度增加1度。在此基础上,初步探讨影响斜坡场地地震效应的 因素,得出覆盖层厚度、基岩强度对其影响较为明显。     

地表多层框架结构地震反应分析

考虑土体－结构动力相互作用，通过有限元软件建立了一个含有三层地下室的框架结构，对其进行地震作用下的三维动力反应分析。对比研究了地震动频谱，地震动峰值加速度，结构动力特性和土体动力特性对其地震响应的影响。结果表明:结构地震反应虽然在不同工况下不尽相同，但整体符合一定规律，地下室顶底板处中柱的受力较大，呈现出剪切变形的模式；场地土体的动力特性和地震动峰值对结构地下部分地震反应影响显著；结构频率和地震动频谱特性对结构中柱地下部分地震反应影响较小，采用Ｆｏｕｒｉｅｒ谱强度平均频率匹配度可较好的反映地震动频谱特性和结构自振频率的共振效应引起的地震反应放大。     

康定Ms6.3和Ms5.8级地震下 摩岗岭震动监测数据研究

为研究康定M_s6.3和M_s5.8级(M_s为面波震级)2次地震动的响应规律,在大渡河摩岗岭段两岸斜坡不同高程处掘进平硐并安置了强震监测仪。监测数据揭示1^#监测点记录的水平向和竖直向PGA(地表峰值加速度)最大,M_s6.3级水平向达到了16.5～22.2 cm/s²,竖直向也达到了8.9 cm/s²;M_s5.8级水平向为9.9～11.8 cm/s²,竖直向为4.1 cm/s²。以2^#监测点记录的2次地震加速度PGA值为参考,1^#监测点水平向和竖直向PGA放大系数最大,M_s6.3级水平向和竖直向放大系数分别达到5.4,4.2,而震级较小的M_s5.8分别为3.7,2.2。傅里叶谱分析可得各监测点记录的2次地震卓越频率相差不大。由各监测点加速度反应谱可得同次地震中海拔最高的1^#监测点水平向和竖直向反应谱幅值最大;对比同一监测点不同震级加速度反应谱,较大震级的M_s6.3级各个方向幅值比M_s5.8级大。研究表明斜坡不同高程部位对地震波具有选择放大作用,高程越大,这种放大效应越明显。     

设计规范谱参数对高心墙堆石坝地震响应的影响

通过调整设计规范谱参数值,拟合了相应设计规范谱下的不同人工地震波并输入模型,计算得到不同人工地震波输入下的某拟建高心墙堆石坝的地震响应结果。通过对响应结果的对比,发现增大加速度峰值使得坝体的加速度反应极值、永久变形极值以及动孔压极值增大但坝体的加速度放大倍数减小;延长反应谱特征周期值、增大设计反应谱最大值均会使得坝体的加速度反应极值、加速度放大倍数、永久变形极值、动孔压增大。相关结论可供工程抗震计算时选用更加合理的设计规范谱参数值参考。     

考虑结构面分布特征的岩质边坡地震响应分析

为探索岩质边坡在地震荷载作用下的动力响应问题,运用3DEC离散元软件,定量分析了地震荷载作用下岩质边坡结构面发育位置、结构面数量、以及结构面间距对边坡加速度放大系数的影响规律。结果表明：在单条结构面的情况下,其发育位置对岩质边坡加速度响应的影响比较明显,结构面距坡面越近,加速度峰值放大系数越大;随着结构面数量的增多,加速度峰值放大系数呈现出明显的递减趋势;在结构面数量一定的情况下,结构面间距的变化对加速度峰值放大系数的影响不大。研究结果有助于进一步揭示岩质边坡在地震作用下的动力响应规律。     

基于设定地震场地相关反应谱的面板堆石坝动力计算

结合NB 35047-2015《水电工程水工建筑物抗震设计规范》,重点研究了基于规范标准设计反应谱、场地反应谱及设定地震的场地相关反应谱确定的动参数下面板堆石坝坝体的动力响应。依托于某面板堆石坝,计算了在上述三种反应谱下坝体的加速度响应、动位移、永久变形、坝坡塑性累计滑移量等指标。计算结果表明:采用设定地震的场地相关反应谱得到的坝体抗震各项指标均高于规范标准设计反应谱和场地反应谱,采用规范标准设计反应谱和场地反应谱确定的动参数进行面板堆石坝的抗震计算结果偏于保守,为面板堆石坝的抗震计算及设计提供参考。     

近断层强震作用下跨断层水工隧洞地震动强度参数优选研究

为了选择合适的地震动强度参数来预测和评估跨断层水工隧洞在近断层地震动作用下的响应情况，对17个地震动强度参数与隧洞地震响应的相关性进行了研究。以某跨断层水工隧洞为例，从PEERNGA-West2中选取60条实测地震动分别作为输入，对模型进行非线性动力时程分析；选取断层处6个特征点间的最大相对位移表征衬砌的结构响应情况，分析各地震动强度参数与隧洞衬砌结构响应的相关性。结果表明，近断层地震动作用下，跨断层水工隧洞的地震响应与速度型地震动强度参数的相关性明显高于加速度型和位移型地震动强度参数。因此，在水工隧洞抗震性能研究时，应优先选用速度型地震动强度参数。     

岩质库岸边坡的动力响应试验研究

为了研究地震作用下库岸边坡动力响应变化,使用有限元软件建立三维数值模型,并得到不同水-岩周期与周期性循环加载、水-岩周期共同作用条件下边坡加速度放大系数变化趋势。试验结果表明：在未考虑水-岩作用时,边坡各观测点放大系数随着高程的增大而逐渐变大,增长趋势表现为折线状增长,在坡顶处达到峰值,这与实际规律相符;在考虑水-岩作用时,消落带观测点放大系数增长较大,而其他观测点放大系数则持续减小;水位为150m与180m时,边坡消落带与其他位置测点放大系数变化规律相似,边坡动力响应在地震条件下变化相似。与水位为150m时相比,水位为180m时观测点的放大系数更大。     

高填方路堤边坡在地震作用下的动力响应分析

通过建立二维有限差分模型,对地震荷载下高填方路堤边坡的动力响应进行数值模拟,探讨了边坡在地震作用下的变形、位移规律及沿坡面的加速度放大规律。结果表明:在土体性质差异较大的薄弱层,会产生较大的剪切位移;路堤边坡处加速度峰值自下而上先减小后增大,在路堤顶部加速度峰值达到最大;砂卵石在地基中的位置不同,使得路堤顶部位移的周期与振幅不同,其中砂卵石在中部时对抗震来说最不利。     

地震波斜入射下深厚覆盖层河谷加速度分布特征分析

我国西部地区普遍具有高山峡谷和深厚河床覆盖层的特点,而对于深厚覆盖层河谷场地的地震动分布特征的研究却很少。本文采用黏弹性人工边界及其相关地震动等效荷载输入的方法,研究了地震动P波和SV波入射角度及入射波峰值对深厚覆盖层河谷场地加速度放大系数分布特征的影响。结果表明：（1） P波和SV波入射角度一定时,入射波峰值对河谷两岸平台及岸坡的加速度放大系数影响很小;（2） P波左侧入射时,随着入射角度的增大,左岸平台及岸坡x分量的加速度放大系数增幅较大,z分量的加速度放大系数增幅较小保持在2倍左右,河谷覆盖层表面x和z分量加速度放大系数逐渐趋于均匀分布;（3） SV波左侧入射时,随着入射角度增大,整个河谷覆盖层表面x分量的加速度放大系数呈现出坡脚附近较小,中间部位和两岸平台较大;z分量放大系数呈现出相反的规律。这些结论可以为具有覆盖层河谷工程场址的地震动参数设计及加速度监测点布置提供一定的参考。     

新旧抗震规范下重力坝抗震安全性能分析

结合新修订的《水电工程水工建筑物抗震设计规范》(NB35047-2015)与原来的《水工建筑物抗震设计规范》(DL5073-2000),采用振型分解反应谱法分析了新旧规范下重力坝地震动应力、动位移与动加速度的分布规律。研究结果表明:与采用原规范计算得到的结果相比,采用修订规范后,各坝型基频对应的反应谱放大系数增大,计算出的坝顶动位移有所增大,而坝顶动加速度反应却呈现降低趋势;建基面部位地震动应力反应有所增大;坝头部位的地震动应力反应有所降低;坝头部位以下的上、下游坝面地震动应力有所增大。结论为工程设计人员利用新抗震规范对重力坝进行抗震安全性评价提供了参考。     

水电站坝址地震危险性评价

在划分潜在震源区,确定地震活动性参数和地震动衰减关系的基础上,采用概率地震危险性评价的方法计算及分析水电站坝址的地震危险性,可以给出不同年限超越概率的地震烈度、基岩地震水平加速度峰值和工程场地基岩加速度反应谱,为大坝的抗震设计提供了依据.     

基于Kanai-Tajimi模型的重力坝随机地震分析

根据地震最大加速度和功率谱强度的关系,计算Kanai-Tajimi模型的加速度功率谱密度函数,并运用到重力坝随机地震分析中,得出关键部位的位移、应力、加速度及相应加速度响应功率谱曲线与大坝自振频率之间的关系,可为重力坝抗震设防提供参考依据。     

大渡河摩岗岭地区不同坡体地震动响应研究

大渡河河谷摩岗岭地区为地震高发区,采用FLAC~(3D)软件对该地区三维地质模型进行模拟计算,结合3个监测点的实测数据,研究了该地区不同坡体地震动的响应。结果表明:以海拔最低的3号监测点为参考,河流右岸1号监测点水平SN向地表峰值加速度(PGA)的放大系数达到最大值4.43,数值模拟值为3.50;河流左岸5号监测点地震波的放大系数较右岸明显偏低,实测PGA放大系数2.94,数值模拟结果为1.54。同时数值模拟得出河流右岸坡体随着高程的增加PGA不断增大,在山脊顶部达到最大;而在河流左岸,PGA遵循先增大后减小的规律。研究表明,该地区不同坡体形态对地震动响应也不同,大渡河右岸单薄山脊对地震波放大效应明显高于左岸浑厚山体。     

非平稳地震动的广义演变谱模型及在水工抗震中的应用

在平稳地震动过程的功率谱密度函数基础上,发展了一类时-频全非平稳地震动过程的广义演变谱模型。广义演变谱模型可以全面地反映地震动的时域特性和频域特性,如强度非平稳性、持续时间、地震动峰值加速度以及频率非平稳性、场地特性和反应谱。结合我国现行的水工建筑物抗震设计规范,确立了广义演变谱模型的参数取值。同时,应用非平稳随机过程模拟的谱表示-随机函数方法,建立了4类场地条件下的水工建筑物抗震设计所用地震动的代表性时程。最后,通过代表性时程的二阶统计值与目标值的比较,以及代表性时程的平均反应谱与规范反应谱的拟合误差,验证了广义演变谱模型的合理性和优越性。     

拉哇高面板堆石坝极限抗震能力分析

拉哇面板堆石坝位于金沙江上游基本烈度达Ⅷ度的强震区,为评价其极限抗震能力,采用堆石体地震残余变形、坝坡动力稳定、面板应力以及面板脱空等指标,研究了规范反应谱、坝址一致概率反应谱以及设定地震反应谱等不同反应谱在不同峰值加速度下大坝的地震动反应。结果表明:在同一反应谱下随着峰值加速度的提高,大坝的动力反应逐渐增大;不同反应谱在相同峰值加速度下大坝的动力反应呈现较大差异。一致概率反应谱条件下大坝的加速度反应、面板脱空量、堆石体残余变形和下游坝坡的滑动都明显大于规范谱和设定地震谱;设定地震谱下的大坝动力反应则略高于规范反应谱。结合反应谱的生成方式,宜选取设定地震反应谱对拉哇面板堆石坝的极限抗震能力进行评价。计算得到拉哇面板坝的极限抗震能力在0.55g~0.6g。     

地震波的入射方向对河谷岸坡放大系数的影响

用有限元和无穷元耦合模型计算了半圆形河谷在单位脉冲入射下的河谷地面反应，从而分析了地震波的入射方向对河谷岸坡放大系数的影响．岸坡放大系数定义为：河谷沿岸不同高程处的地震动峰值加速度与河谷底处地震动峰值加速度之比．因此，岸坡放大系数的变化将改变拱坝的应力和应力分布．研究表明：地震波人射角的轻微变化将对河谷岸坡放大系数产生极大影响，这说明高拱坝的抗震分析宜考虑输入地震波的不同入射方向的作用．