基于NGA模型的主余震序列作用下重力坝损伤破坏研究
发布时间：2021-08-19 21:15
传统的线弹性模型和弹塑性DP模型难以真实反映混凝土、岩石地基在遭遇超出其抗拉压强度时的损伤破坏规律。为更加全面地评估余震作用对已损重力坝结构的累积破坏影响,本文采用塑性损伤力学模型来模拟坝体的动力损伤,同时考虑岩石材料的非线性性质,将塑性损伤力学的方法推广到岩体材料,建立了大坝坝体与地基的整体损伤力学模型,实现了重力坝整体动态损伤演化全过程模拟。结合主震与强余震统计关系和NGA地震动衰减关系构造了主余震地震动序列,分别研究了单次主震、单次余震以及主震后余震对强震区混凝土重力坝坝体地基整体损伤演化的影响。研究结果表明:余震作用对坝基的塑性应变累积效应显著,对于主震受损的混凝土重力坝结构,余震作用能够引起结构较大的二次残余变形。
【文章来源】：水利学报. 2020,51(02)北大核心EICSCD
【文章页数】：7 页
【部分图文】：
重力坝有限元模型
以上述混凝土重力坝工程为例，主震震级为7.3。坝址条件为基岩，根据基岩材料性能参数，计算得出基岩地下30 m平均剪切波波速VS30为1300 m/s。假定主震后发生一次强余震，通过Bath定律[12]得到余震震级为6.1。基于BSSA13模型的地震动衰减关系，引入偶然不确定性选项（δn值取为1），断层距分别选取10、15、20、30和50 km，计算其对应的加速度反应谱（PSA）如图2所示。从图2中可以看出，断层距与地震峰值加速度成反比关系。根据震后资料显示，溃坝和高危险情坝多分布在断层距30 km范围以内。为确保设计安全亢余度，本文研究取断层距为10 km，考虑主震和余震为同源地震，得到主震和余震PGA分别为0.319g、0.223g。在地震动持时方面，本文采用霍俊荣的研究成果[13]，根据地震动相应的震源参数（震级M和震中距R）确定主震地震动持续时间为24 s，余震为17 s。采用服从正态分布的相位差谱代替由随机函数生产的随机相位谱，根据BSSA13反应谱曲线（图3）合成时-频非平稳人工地震波（阻尼比为5%）。每条地震波相互独立，主、余地震动间隔时间取10 s，然后对地震波进行组合。图4给出了主、余序列震水平向加速度时程曲线，竖向峰值加速度取水平向的2/3。
计算结果如图5所示。从图5可以看出，3种工况下，混凝土重力坝坝体地基整体体系损伤位置大致相同，其中坝体损伤主要集中在下游折坡处高程位置附近，地基损伤主要发生在坝踵处基岩，并沿深度方向扩展。单一余震作用时（图5(b）），坝体下游折坡处发生轻微损伤，坝踵处基岩裂缝竖向向下扩展12.3 m；单一主震作用时（图5(a）），坝体下游折坡处损伤较单一余震作用时明显加重，下游折坡处裂缝向上游和折坡处高程以下扩展，最终折坡处混凝土裂缝向上游扩展约4.2 m、折坡处高程以下扩展约4.5 m，坝踵处基岩裂缝竖向向下扩展34.2 m；主余序列地震动联合作用时（图5(c）），坝体部分损伤区域较单一主震作用时无明显变化，但坝踵处基岩损伤程度较单一主震作用时有所加重，最终地震动持时结束时，坝踵处基岩裂缝竖向向下扩展37.9 m。可以看出，重力坝整体体系在遭受主、余序列地震动作用后，坝基损伤区域要明显大于坝体损伤区域，表明在混凝土重力坝抗震分析时同时考虑坝体和基岩的塑性损伤是必要的。3.3.2 对能量耗散指标的影响分析
【参考文献】：
期刊论文
[1]强余震对主震受损重力坝非线性动态响应的影响[J]. 王高辉,卢文波,严鹏,陈明. 水利学报. 2017(06)
[2]材料非线性对坝体-地基体系地震响应的影响[J]. 郝明辉,张艳红. 水利学报. 2014(S1)
[3]主余震地震序列下重力坝损伤演化及能量特征[J]. 王超,张社荣,王高辉. 地震工程与工程振动. 2013(05)
[4]基于NGA衰减关系的坝址设定地震研究[J]. 张翠然,陈厚群,李敏. 中国水利水电科学研究院学报. 2010(01)
[5]汶川地震后对大坝抗震安全的思考[J]. 陈厚群. 中国工程科学. 2009(06)
[6]一致粘弹性人工边界及粘弹性边界单元[J]. 刘晶波,谷音,杜义欣. 岩土工程学报. 2006(09)
[7]强余震的灾害评估[J]. 吴开统,李文喜. 中国地震. 1995(04)
[8]地面运动时程强度包络函数的研究[J]. 霍俊荣,胡聿贤,冯启民. 地震工程与工程振动. 1991(01)
本文编号：3352157
【文章来源】：水利学报. 2020,51(02)北大核心EICSCD
【文章页数】：7 页
【部分图文】：
重力坝有限元模型
以上述混凝土重力坝工程为例，主震震级为7.3。坝址条件为基岩，根据基岩材料性能参数，计算得出基岩地下30 m平均剪切波波速VS30为1300 m/s。假定主震后发生一次强余震，通过Bath定律[12]得到余震震级为6.1。基于BSSA13模型的地震动衰减关系，引入偶然不确定性选项（δn值取为1），断层距分别选取10、15、20、30和50 km，计算其对应的加速度反应谱（PSA）如图2所示。从图2中可以看出，断层距与地震峰值加速度成反比关系。根据震后资料显示，溃坝和高危险情坝多分布在断层距30 km范围以内。为确保设计安全亢余度，本文研究取断层距为10 km，考虑主震和余震为同源地震，得到主震和余震PGA分别为0.319g、0.223g。在地震动持时方面，本文采用霍俊荣的研究成果[13]，根据地震动相应的震源参数（震级M和震中距R）确定主震地震动持续时间为24 s，余震为17 s。采用服从正态分布的相位差谱代替由随机函数生产的随机相位谱，根据BSSA13反应谱曲线（图3）合成时-频非平稳人工地震波（阻尼比为5%）。每条地震波相互独立，主、余地震动间隔时间取10 s，然后对地震波进行组合。图4给出了主、余序列震水平向加速度时程曲线，竖向峰值加速度取水平向的2/3。
计算结果如图5所示。从图5可以看出，3种工况下，混凝土重力坝坝体地基整体体系损伤位置大致相同，其中坝体损伤主要集中在下游折坡处高程位置附近，地基损伤主要发生在坝踵处基岩，并沿深度方向扩展。单一余震作用时（图5(b）），坝体下游折坡处发生轻微损伤，坝踵处基岩裂缝竖向向下扩展12.3 m；单一主震作用时（图5(a）），坝体下游折坡处损伤较单一余震作用时明显加重，下游折坡处裂缝向上游和折坡处高程以下扩展，最终折坡处混凝土裂缝向上游扩展约4.2 m、折坡处高程以下扩展约4.5 m，坝踵处基岩裂缝竖向向下扩展34.2 m；主余序列地震动联合作用时（图5(c）），坝体部分损伤区域较单一主震作用时无明显变化，但坝踵处基岩损伤程度较单一主震作用时有所加重，最终地震动持时结束时，坝踵处基岩裂缝竖向向下扩展37.9 m。可以看出，重力坝整体体系在遭受主、余序列地震动作用后，坝基损伤区域要明显大于坝体损伤区域，表明在混凝土重力坝抗震分析时同时考虑坝体和基岩的塑性损伤是必要的。3.3.2 对能量耗散指标的影响分析
【参考文献】：
期刊论文
[1]强余震对主震受损重力坝非线性动态响应的影响[J]. 王高辉,卢文波,严鹏,陈明. 水利学报. 2017(06)
[2]材料非线性对坝体-地基体系地震响应的影响[J]. 郝明辉,张艳红. 水利学报. 2014(S1)
[3]主余震地震序列下重力坝损伤演化及能量特征[J]. 王超,张社荣,王高辉. 地震工程与工程振动. 2013(05)
[4]基于NGA衰减关系的坝址设定地震研究[J]. 张翠然,陈厚群,李敏. 中国水利水电科学研究院学报. 2010(01)
[5]汶川地震后对大坝抗震安全的思考[J]. 陈厚群. 中国工程科学. 2009(06)
[6]一致粘弹性人工边界及粘弹性边界单元[J]. 刘晶波,谷音,杜义欣. 岩土工程学报. 2006(09)
[7]强余震的灾害评估[J]. 吴开统,李文喜. 中国地震. 1995(04)
[8]地面运动时程强度包络函数的研究[J]. 霍俊荣,胡聿贤,冯启民. 地震工程与工程振动. 1991(01)
本文编号：3352157
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