考慮河谷場地效應(yīng)的拱壩-地基地震響應(yīng)分析方法研究

宋貞霞

（中國地震局工程力學(xué)研究所，哈爾濱150080）

考慮河谷場地效應(yīng)的拱壩-地基地震響應(yīng)分析方法研究

宋貞霞

（中國地震局工程力學(xué)研究所，哈爾濱150080）

河谷地形對場地地震響應(yīng)有很大影響，但一般進(jìn)行拱壩-地基體系動力分析時(shí)為方便計(jì)算，常常將三維拱壩-地基模型的河谷四周側(cè)邊界簡化為水平成層半空間來求解自由場（本文稱為自由場近似解），這與拱壩-地基體系實(shí)際受到的地震作用差別是顯而易見的。在拱壩-地基動力相互作用地震反應(yīng)分析中，包括自由場在內(nèi)的波動輸入處理的合理與否，將直接影響到計(jì)算結(jié)果的精度和可信度。本文以小灣拱壩為例，進(jìn)行了有關(guān)不規(guī)則河谷場地?cái)?shù)值模擬方法、河谷場地對拱壩結(jié)構(gòu)地震響應(yīng)的影響、拱壩-地基體系時(shí)程分析的地震動輸入等一系列工作。主要成果如下：

（1）給出了三維不規(guī)則場地的自由場計(jì)算方法。采用有限元結(jié)合透射邊界求解二維不規(guī)則場地地震響應(yīng)（本文稱為自由場有限元解），并以此作為三維計(jì)算模型的自由場輸入。通過對小灣拱壩壩址三維河谷場地的地震響應(yīng)模擬，比較了側(cè)邊界自由場的有限元解和近似解，以及它們對河谷內(nèi)部場點(diǎn)地震響應(yīng)的影響。結(jié)果表明，河谷地形的自由場有限元解和近似解對場地地震響應(yīng)有顯著影響。

（2）提出了考慮河谷場地效應(yīng)的三維拱壩-地基體系的地震響應(yīng)分析方法。分別以考慮河谷地形的自由場有限元解和簡化為水平單一介質(zhì)的自由場近似解作為輸入，比較了三維拱壩-地基體系的地震響應(yīng)。結(jié)果表明，考慮河谷地形影響計(jì)算的拱壩-地基地震響應(yīng)與近似方法的計(jì)算結(jié)果存在很大差異，拱壩及壩基位移響應(yīng)變化不大，但是應(yīng)力響應(yīng)出現(xiàn)大幅度的增大。

（3）提出了地震波傾斜入射情形下考慮河谷場地效應(yīng)的三維拱壩-地基體系的地震響應(yīng)分析方法。采用有限元結(jié)合人工透射邊界的方法，求解地震波傾斜入射情形下河谷地形側(cè)邊界的自由場，并以此作為三維拱壩-地基模型地震波的輸入，求解拱壩-地基體系在地震波傾斜入射條件下的三維地震響應(yīng)。計(jì)算結(jié)果表明，地震波傾斜入射對拱壩壩體和壩基的應(yīng)力響應(yīng)影響顯著。

（4）提出了雙向地震波不同振動方向輸入情形下，考慮河谷場地效應(yīng)的自由場簡化計(jì)算方法。并以此作為三維拱壩-地基模型地震波的輸入，求解拱壩-地基體系在入射地震波不同振動方向時(shí)的三維地震響應(yīng)。計(jì)算結(jié)果表明，在單向地震波輸入情形下，拱壩-地基最大地震響應(yīng)一般發(fā)生在橫河向或順河向；但在雙向地震波輸入情形下，拱壩及壩基的最大位移、應(yīng)力響應(yīng)振動方向與輸入地震波相關(guān)。

最后，對全文工作進(jìn)行總結(jié)，并對今后的工作做出展望。

拱壩；河谷地形；三維地震響應(yīng)；傾斜入射；振動方向

（作者電子信箱，宋貞霞：zx＿song＠163．com）

P315．9；

A；

10．3969／j．issn．0235-4975．2014．04．015