某核電廠熱水回流溝銜接段結構抗震分析

摘要：本文運用動力時程反應分析方法，針對某百萬千瓦級核電廠，利用FLAC3D對其取水隧洞與熱水回流溝銜接段結構進行了抗震分析。針對該結構的受力特點，開展具體的地震響應分析，繪制襯砌內力包絡圖。計算得出的規律可為類似工程抗震分析提供依據。

關鍵詞：隧洞 加速度 抗震分析 內力 包絡圖

文獻標識碼：A

1、引言

近年來，隨著地下結構震害的頻繁發生，地下結構抗震問題日益受到世界各國地震工作者的高度重視。隨著計算機和計算理論的發展，以動力有限元法為代表的數值方法應運而生，它避免了以上理論的缺陷，為各種復雜情況下地下結構抗震特性的全面深入研究提供了有力武器。

筆者采用功能強大的非線性有限差分軟件FLAC3D進行數值模擬，在不同地質和回填條件下針對某百萬千瓦級核電廠取水隧洞和熱水回流溝銜接段作了三維地震反應分析，在此基礎上繪制襯砌內力包絡圖，并研究銜接段混凝土結構的內力變化規律，為結構抗震設計提供依據。

2、工程概況

該核電廠核電機組一期工程采用“一機一洞”的取水方式，根據工程需要，需在隧洞出口與PX泵房間前池閘門井間增加一道熱水回流溝。用來融化冰屑的熱水通過熱水回流溝，經隧洞頂部預留孔進入取水隧洞，隨后進入PX泵房前池閘門井。鑒于取水隧洞為核安全相關的Ⅰ類抗震物項，熱水回流溝與隧洞銜接段又位于隧洞出口部位，一部分位于原狀巖體內，一部分位于回填土內，而且在洞頂預留了2m×2m的洞，需專門對該段取水隧洞進行抗震分析。

3、銜接段抗震分析模型的建立

3.1模型的建立

在三維分析模型中，左右取5倍隧洞洞徑，基巖深度自隧洞底部向下取50m作為計算范圍。模型寬135m，長76m，高82m。計算時模型底部設為粘性邊界，兩側采用能量透射邊界。

模型中巖體和混凝土采用六面體單元，本構模型采用摩爾-庫侖彈塑性模型，采用空單元模型模擬隧洞的開挖。采用FLAC提供的CABLE單元模擬系統錨索和錨釘。

3.2地震波和計算參數的選取

場地基巖輸入采用核電地震安評廠址地震波，地震動持時25秒，地震動時程曲線如圖1。

圖1場址地震波時程曲線

圖2截面控制點部位布置圖

根據該核電廠《地震安全性評價復核報告》以及中國地震局審核批準文件，對應零周期的場地基巖極限安全水平地震動參數SL-2取值為0.18g。取水隧洞與熱水回流溝銜接段抗震分析計算參數根據該核電廠《施工圖設計階段地質詳勘報告》取值。C35混凝土彈性模量取用31.5GPa。

4、地震響應分析

由于本項目計算工況較多，給出圍巖為片麻巖時，考慮在實測地應力下和SL1地震動作用下，銜接段結構的內力分布。選取控制截面如圖2所示。需要指明的是在地震響應分析結果中給出的為各個控制點內力時程的峰值，以此作為基礎，繪制襯砌內力包絡圖。

工況1：高外水壓力＋內水壓力

從圖3中可以看出，控制截面最大彎矩267.8kNm，最大軸力4833kN，最大剪力693.6kN；

圖3控制截面內力包絡圖

工況2：高外水壓力＋內水壓力+溫度荷載(內外溫差度)

從圖4中可以看出，控制截面最大彎矩485.4kNm，最大軸力5348.2kN，最大剪力823.8kN；

圖4控制截面內力包絡圖

從以上圖的對比情況可以看出：在相同的荷載效應組合情況下，溫度的改變對內力的影響較為顯著，隨著隧洞內水溫的升高，銜接段內力顯著增大；溫度荷載不僅顯著改變了隧洞和熱水回流溝銜接段的內力大小，而且改變了某些部位的內力方向。

5、結語

利用FLAC3D對某核電廠取水隧洞與熱水回流溝銜接段結構進行了抗震分析，詳細討論了利用FLAC3D進行隧洞動力分析的關鍵性問題，針對該場地的巖質特征和該結構的受力特點，開展具體的地震響應分析，繪制襯砌內力包絡圖。結果表明在相同的荷載效應組合情況下，溫度的改變對內力的影響較為顯著；溫度荷載不僅顯著改變了隧洞和熱水回流溝銜接段的內力大小，而且改變了某些部位的內力方向。該成果對類似地下工程抗震設計具有一定的參考價值和指導意義。

參考文獻：

[1]核電廠抗震設計規范[M].北京：國家地震局，1997.