下坂地沥青混凝土心墙坝地震反应分析

下坂地沥青混凝土心墙坝地震反应分析

1喀什市水库工程概况下坂地水库工程位于新疆塔里木河水系叶尔羌河上游的主要支流塔什库尔干河上，塔什库尔干戈尔干戈尔自治县班迪尔市。距离喀什市315公里，塔什库尔干县45公里。塔里木河流域的短期综合处理是唯一重要的水库项目。这是一个集水区、生态补充和春季干旱于一体的综合灌溉。水库总库容8.67×10该工程属大(2)型Ⅱ等工程,枢纽建筑物由大坝、右岸导流泄洪洞、左岸引水发电洞及地下厂房等四部分构成,拦河坝为沥青混凝土心墙砂砾石坝,为2级壅水建筑物,坝高78m,工程抗震设防类别为乙类,设防烈度为Ⅷ度2坝体结构及坝体防渗设计坝址区河谷呈“U”形,坝轴线处河床宽约280m,两岸边坡陡峻,基岩裸露,岩性主要为角闪黑云二长片麻岩,左岸边坡坡度45°～54°,右岸边坡坡度70°～80°。坝基覆盖层最大厚度达150m,成分复杂,渗透性变化大。覆盖层自下而上可分为冰碛层、砂层、软土层、冲洪积层和崩坡积层。①冰碛层(Q大坝坝顶高程2966m,最大坝高78m,坝顶宽度10m,坝顶长度406m。沥青混凝土心墙底高程2888.0m,顶部厚度0.6m,底部厚度1.2m,心墙底部与混凝土基座连接,在接触面心墙厚度扩大为2.0m。坝壳料采用砂砾石填筑,大坝上游坡比为1∶2.35,在高程2942m、2910m处分设两级马道,马道宽2m;下游坡比为1∶2.15,在高程2940m、2910m处分设两级马道,马道宽2m。心墙上下游各设置水平宽度3m的过渡层。在上下游坝脚设置镇压层增加大坝的整体稳定,顶部高程均为2910m,上游镇压层宽40m,下游镇压层宽60m。坝基150余米深厚覆盖层的防渗处理,采用上部厚1m深85m混凝土防渗墙下接4排砂砾石层帷幕灌浆方案。坝体剖面见图1。33.1坝体及地基的静力—应变关系模型在进行动力分析之前,为了确定初始应力状态等,需先进行静力分析坝体和地基的静应力～应变关系采用邓肯E-B非线性模型,静力计算采用中点增量法,分级进行,以模拟施工过程,坝体及地基的邓肯—张模型(E-B)参数3.2基于动力分析的残余变形模型计算中采用非线性粘弹塑性模型,这种真非线性模型将土视为粘弹塑性变形材料,模型由初始加荷曲线、移动的骨干曲线和开放的滞回圈组成。这种非线性模型的特点是:①与等效线性粘弹性模型相比,能够较好地模拟残余应变,用于动力分析可以直接计算残余变形;在动力分析中可以随时计算切线模量并进行非线性计算,这样得到的动力响应过程能够更好地接近实际情况。②与基于Masing准则的非线性模型相比,增加了初始加荷曲线,对剪应力比超过屈服剪应力比时的剪应力应变关系的描述较为合理;滞回圈是开放的,能够计算残余剪应变;考虑了振动次数和初始剪应力比等对变形规律的影响。计算中采用的非线性模型参数由等效线性粘弹性模型参数坝体及地基主要采用三维八结点六面体等参单元来模拟,在边界不规则处采用三棱柱六结点等参单元和四面体四结点单元来填充。计算中采用了一种三维有厚度薄单元来模拟接触面特性对于孔隙压力的处理,在结点等价体积和三维结点等价流量的概念基础上结合Biot固结理论44.1顺河下游加速度反应在设计地震作用下,坝体加速度反应在顺河向最为强烈,顺河向加速度反应在河床中部最大。坝体顺河向最大加速度为4.94m/s4.2砂层振动孔压坝体典型横剖面单元抗震安全系数分布情况如图2所示。坝体中单元抗震安全系数均大于1,不会产生动力剪切破坏。覆盖层地基砂层中出现了单元抗震安全系数小于1的区域,主要分布在上下游坡脚下的砂层上层3～7m范围。砂层振动孔压最大值为158.3kPa,最大孔压比为0.348,该区域虽然不会液化,但可能发生局部动力剪切破坏。计算中并未考虑上下游镇压层的作用,而且通过动力剪切破坏砂层的可能滑动面的安全系数比坝坡浅层滑动面的安全系数大,通过动力剪切破坏砂层的可能滑动面并非是控制坝体稳定安全的滑动面,因此可以不对这部分区域的砂层进行专门处理。4.3沥青混凝土强度沥青混凝土心墙中的最大动剪应力为221kPa,沥青混凝土的强度指标ϕ=26.1°,4.4坝轴最大动压应力防渗墙竖向最大动压应力为1.34MPa,竖向最大动拉应力为1.17MPa;顺河向最大动压应力为0.92MPa,顺河向最大动拉应力为0.80MPa;坝轴向最大动压应力为1.55MPa,坝轴向最大动拉应力为1.27MPa。静动力叠加后防渗墙在靠近岸坡处出现较大范围内拉应力区,最大轴向拉应力为1.53MPa,见图3。4.5坝体残余位移坝体最大顺河向残余位移中,向下游最大,为20.4cm,向上游的最大水平残余位移12.8cm;最大坝轴向残余位移中,右岸11.4cm,左岸10.9cm;最大竖向残余位移(沉降)为38.3cm,发生在坝顶处。坝体地震沉陷量为坝高(含覆盖层厚度)的0.18%。沿坝轴线纵剖面竖向残余变形见图4。4.6结构稳定性分析设计地震作用下,地震过程中按动力时程线法算得大坝上下游坝坡抗震稳定安全系数时程曲线最小值分别为1.20和1.13,按动力等效值法算得的最小安全系数分别为1.32和1.26,最危险滑动面均位于坝体中上部的坝体表层,上下游坝坡基本上是稳定的。5坝体动力相互作用本文针对深厚覆盖层上土石坝的特点,引入所建立的土石料的三维真非线性动力本构模型,应用新型三维各向异性接触面薄层单元,更好地模拟坝体—覆盖层地基—防渗体等的动力相互作用,并通过比奥(Biot)固结理论来考虑土体