邱鵬

【摘? 要】地震的作用讓面板堆石壩表現(xiàn)出了很強的加速度效應(yīng)，它們在這種加速度反應(yīng)之下出現(xiàn)了變形、崩塌以及殘存物的變形和崩塌等現(xiàn)象。這些現(xiàn)象是對其進行有效分析的關(guān)鍵內(nèi)容。針對容易發(fā)生地震的部分狹窄河谷地區(qū)的面板堆石壩，論文制作了相關(guān)的結(jié)構(gòu)型式試驗材料，該試驗材料高1m，可以有效地模擬出面板堆石壩的實體的形狀，然后再運用相關(guān)的試驗方式和工具在地震作用下進行模擬試驗。

【Abstract】The effect of earthquake makes the face rockfill dam show strong acceleration effect， and deformation， collapse and residual deformation and collapse appear under this acceleration response. These phenomena are the key content to carry on the effective analysis. In view of some narrow valley areas prone to earthquake， this paper has made the relevant structure type test material. The test material is 1m high， which can effectively simulate the solid shape of the face rockfill dam， and then use the relevant test methods and tools to conduct the simulation test under the earthquake action.

【關(guān)鍵詞】地震作用;面板堆石壩;錯臺模型;試驗研究

【Keywords】earthquake action; face rockfill dam; staggered platform model; experimental study

【中圖分類號】TV641.4+3? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?【文獻標(biāo)志碼】A? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?【文章編號】1673-1069（2021）05-0161-02

1 總體性概述

工程龐大的猴子巖水電站在裝機容量上達到了1700MW，它是整個大渡河干流里面的第九級別水電站，可以說，猴子巖水電站在整個大渡河流域的水電開發(fā)當(dāng)中都占有極其重要的地位，它的最大壩高是223.5m。但是由于該水電站的建造位置選擇在了河流的轉(zhuǎn)彎處，河谷狹窄，而且二者地形差異很大，這使得兩邊的結(jié)構(gòu)差異十分明顯：左岸的坡是先陡后緩，然后插入大壩之中，右岸的邊坡雖然在坡度上變化不大，但是總體而言卻十分陡峭。另外，河流轉(zhuǎn)彎處的河谷十分狹窄，這使得整個大壩在結(jié)構(gòu)的寬度和高度比方面較小，所以該水電站的開關(guān)站點就只能布置在該大壩下游的平臺上。而面板堆石壩在地震作用下其加速度反應(yīng)和殘余變形特性會出現(xiàn)極為劇烈的波動。一旦地震較為強烈，總管整個大壩的開關(guān)站很容易失去保護，從而遭到毀滅[1]。

我國是幅員遼闊的國家，但是地震帶總體而言偏少，這導(dǎo)致我國總體上經(jīng)歷過較強地震的高土石壩比較少。同樣的，我國對于高土石壩以及面板堆石壩在強烈地震中遭受嚴(yán)重破壞的報道也是罕見的，而正是這種罕見的存在導(dǎo)致了面板堆石壩所遭受的地震災(zāi)害的實際資料大大缺乏，所以直到目前為止，相關(guān)研究者對于堆石壩面板所遭受的地震影響的觀察和研究依然基于各類試驗。

2 試驗設(shè)計

模式試驗的展開是在具有6m×6m的大型地震模擬振動臺上進行的，該試驗的模擬是基于重力場中面板堆石壩的動力規(guī)律展開的，而同時所要開展面板堆石壩的錯臺模型試驗也是如此。整個過程包括模型的設(shè)計、工程情況的構(gòu)筑和試驗結(jié)果的分析3個部分。整個模型石壩為1m高，有壩段和整體模型各1個。對壩段模型的錯臺控制是根據(jù)原型大壩自身的最大橫截面進行按比例縮小所得到的。而整體的面板堆石壩則是在將原型大壩的共10個斷面進行按比例縮小之后所建成的。接著又用鋼筋混凝土模擬河谷，把原型堆石料的縮小版作為模型大壩的填充建筑材料，在這個過程當(dāng)中，我們將通過人工手段來有效地讓模型大壩的面板得到制作，鋼絲網(wǎng)則充當(dāng)了模擬的鋼筋，大壩總體的填充建筑堆積石料最多擁有20mm的粒子直徑。同時，為讓原型大壩的堆積石料依然可以在模型大壩中發(fā)揮其最大現(xiàn)實作用，我們通過等量代換等方式對模型大壩中的堆積石料進行有效配置。其主要原料是水泥、沙子、珍珠巖石和水，比例按照8%、67%、5%以及20%進行調(diào)配。最終，整個建筑而成的三位縮小版立體大壩模型經(jīng)過7層配料以及逐層敲擊加固得以完成。而三維河谷模型則是通過計算機進行輔助設(shè)計，最終使得大壩模型整體得到完整的填充澆筑[2]。

我們在有效結(jié)合當(dāng)?shù)貙嶋H振動情況的差異上，有效地把整個試驗分成數(shù)種方案，不同的方案代表不同的實際地震情況。在整體的模型試驗過程當(dāng)中，一共有20個方案和37個小工況，而在水庫沒有水的情況下，大壩段模型會涉及16個方案共計28個小工況的地震試驗。如果面板堆石壩是滿水狀態(tài)，那么其會進行18個方案，總共會有40個小工況的地震試驗。從總體上來看，工況的設(shè)置要求符合這樣一個關(guān)鍵原則，即地震強度從小到大，地震波的傳遞方向要從單方向逐漸變?yōu)槎喾较?，而在每一次地震之前和地震之后，都必須要把幅度很低的白色噪音輸入進去，讓面板堆石壩能夠得到自振測試。在輸入地震波的加速度值時，一般最高為0.8，最低不低于0.1。

這次試驗測試內(nèi)容包括了對整個面板堆石壩的加速度情況的反應(yīng)測試，針對面板堆石壩的錯臺模型在經(jīng)過地震時所出現(xiàn)的變形現(xiàn)象以及針對大壩整體的動力形變測試等。大壩自身的震動在其加速度變化和反應(yīng)方面的表現(xiàn)和反饋會通過預(yù)先設(shè)置在面板堆石壩面板錯臺模型內(nèi)部關(guān)鍵區(qū)域的加速度傳感器來進行測量反饋。該壩段模型在測試斷面的設(shè)計上采用的是從中間開始的斷面，之所以如此建造，是考慮到了原來的大壩本身是修建在河谷河道轉(zhuǎn)彎處的，因為河谷兩旁的山體坡度不一致且有落差，故在本次試驗中，我們選擇了2個距離比較接近的控制斷面，然后再選擇主要用于測試的斷面兩旁的3個控制斷面為用來輔助的測試斷面（分別為3、5、7）。而傳感器就被安裝在主要的測試斷面里頭，這種傳感器可以有效地感應(yīng)到加速度的變化。后來，我們又通過在大壩表面安裝位移觀測點以及在模型箱上有效安裝和固定相應(yīng)基準(zhǔn)線來保證大壩整體的表面都可以受到地震的均勻殘余變形的力量，而通過運用肉眼觀察和專業(yè)儀器拍攝的方式，我們可以更好地認識到大壩在地震時所出現(xiàn)的反應(yīng)及其所遭受到的外力和形變狀況。最后，大壩在地震結(jié)束之后，會出現(xiàn)一定程度的滑坡，這時用人工方式來對滑坡深度和所遭受的破壞類型進行深刻觀察和記錄分析。

3 反應(yīng)情況

面板堆石壩在模型試驗方面和作為原型的大壩來說是相同的，無論是在加速度的反應(yīng)水平上，還是在加速度的反應(yīng)分布上，都和原型大壩一樣，因此，在結(jié)束該試驗之后，我們能夠有效地認識到作為原型大壩的面板堆石壩在加速度反應(yīng)之中所表現(xiàn)出來的特性，尤其是運用錯臺模型的針對面板堆石壩的試驗。

在對試驗結(jié)果進行分析之后可以發(fā)現(xiàn)，在大高水平，固定的情況下，板堆石壩面板的錯臺模型在加速度反應(yīng)水平方面整體上比較弱，由于石壩面板錯臺模型的相關(guān)保護作用，加上河谷轉(zhuǎn)彎處地形呈現(xiàn)的是一個狹窄和不對稱的狀態(tài)，所以該面板堆石壩的加速度反應(yīng)分布規(guī)律是比較均勻的。

另外，水平方向上的加速度反應(yīng)和高度成正比。但是在遭遇幅度較低的一般地震波時，大壩頂部的“鞭梢”效應(yīng)是比較弱的，這應(yīng)該算是由于石壩面板錯臺具有較強的保護作用。而隨著地震幅度的加強，石壩面板錯臺模型的保護作用就越發(fā)被減弱，再加上場地波和天然地震波等各類地震波的影響加強，使得該模型大壩主要斷層面的豎直中心線上的水平加速度效應(yīng)成倍增長。

最后，在同等幅度地震水平和不同類型的地震影響之下，整個面板堆石壩面板錯臺模型在各結(jié)構(gòu)方面所表現(xiàn)出來的加速度反應(yīng)會隨著高度和寬度的不同而出現(xiàn)明顯的水平差異。在地震波當(dāng)中的規(guī)范正弦波作用下的大壩在遭受地震影響時，其加速度反應(yīng)是最為強烈的，因為在本次試驗過程當(dāng)中，對正弦波的頻率設(shè)定為40Hz，這十分接近模型大壩結(jié)構(gòu)的共振頻率，所以大壩在近乎共振的情況下，加速度反應(yīng)十分強烈。而在天然地震波的作用下，整個大壩體系在加速度水平的反應(yīng)方面也是比場地地震波要高很多的。所以我們認為：隨著地震強度的不斷增加，大壩整體的加速度反應(yīng)水平也會成倍數(shù)增長，但是加速度的放大倍數(shù)卻是逐漸減弱的。這應(yīng)該是由于面板堆石壩內(nèi)部的堆石體材料經(jīng)過動力變形之后所展現(xiàn)出來的非線性特質(zhì)所導(dǎo)致的結(jié)果[3]。

4 結(jié)論

從總體上來看，面板堆石壩當(dāng)中的鋼筋混凝土面板，以及設(shè)立在狹窄的河道轉(zhuǎn)彎古地形條件下的大型水壩擁有其自己的較為特別的幾何形態(tài)，而正是這種幾何形態(tài)使得在地震來臨時有效地影響了整個大壩所表現(xiàn)出來的加速度反應(yīng)水平和分布情況。不過，石壩面板錯臺模型的存在，讓大壩頂區(qū)的加速度反應(yīng)得以減弱，也有效地保護了上游大壩坡不被高強度的加速度反應(yīng)水平所破壞。

另外，地震的類型和地震的強度都能夠?qū)Υ髩蝺?nèi)部和外部所表現(xiàn)出來的加速度反應(yīng)水平以及分布情況產(chǎn)生重大影響。在規(guī)范的正弦地震波作用下，大壩頂部的加速度反應(yīng)非常明顯，隨著地震所帶來的加速度峰值的不斷增加，大壩內(nèi)部和外部的加速度反應(yīng)在放大倍數(shù)方面得到不斷減小。

【參考文獻】

【1】唐旺.地震作用下混凝土面板堆石壩風(fēng)險等級及風(fēng)險預(yù)警機制研究[D].西安：西安理工大學(xué)，2020.

【2】孔憲京，屈永倩，鄒德高，等.強震作用下面板堆石壩跨尺度面板開裂演化分析[J].巖土工程學(xué)報，2020，351（06）：17-18.

【3】張鷗，戴壽曄，李曉娜.不同模型參數(shù)對面板堆石壩應(yīng)力變形的影響研究[J].水利水電技術(shù)，2019，50（04）：95-101.