王 偉 ，梁 輝，周蘭生，董翌為，郭勝山

(1.中國(guó)電建集團(tuán)西北勘測(cè)設(shè)計(jì)研究院有限公司,西安 710065;2.中國(guó)水利水電科學(xué)研究院，北京 100048)

0 前 言

自20世紀(jì)80年代以來(lái)，碾壓混凝土(Roller compacted concrete dam，RCC)已經(jīng)被世界各地廣泛應(yīng)用于大壩建設(shè)中，它已成為大壩建設(shè)的普遍首選材料。RCC壩因其成本低、施工速度快、能更好地控制混凝土的發(fā)熱等優(yōu)點(diǎn)而備受關(guān)注。隨著強(qiáng)震區(qū)RCC壩的建設(shè)，RCC壩的抗震安全性對(duì)所在國(guó)家來(lái)說(shuō)極為重要，一旦大壩發(fā)生破壞，可能會(huì)導(dǎo)致潛在的生命損失和巨大的經(jīng)濟(jì)損失。

李德玉等[1]考慮地基輻射阻尼作用和壩體橫縫接觸非線性，開(kāi)展了碾壓混凝土重力壩整體三維非線性有限元地震響應(yīng)分析，研究了橫河向地震動(dòng)對(duì)大壩-地基體系相應(yīng)的影響，比較分析了分倉(cāng)橫縫采取不同的工程措施對(duì)大壩抗震性能加強(qiáng)的影響。徐金英等[2]分別考慮壩體材料損傷非線性模型和接觸非線性模型對(duì)強(qiáng)震區(qū)碾壓混凝土重力壩開(kāi)展了非線性地震響應(yīng)對(duì)比分析研究，研究表明，以壩體頭部裂縫貫穿為“破壞”準(zhǔn)則時(shí)，兩種模型所得重力壩極限抗震能力相近。陳建葉等[3]基于三維地質(zhì)力學(xué)模型試驗(yàn)方法系統(tǒng)地開(kāi)展了武都碾壓混凝土重力壩深層抗滑穩(wěn)定試驗(yàn)研究，對(duì)壩體和地基整體失穩(wěn)破壞過(guò)程、破壞形態(tài)和破壞機(jī)制進(jìn)行了深入探討，揭示了影響壩基穩(wěn)定的控制性因素，同時(shí)對(duì)壩基加固措施也進(jìn)行了討論和分析。常曉林等[4]依據(jù)DL5073-2000《水工建筑物抗震設(shè)計(jì)規(guī)范》中的標(biāo)準(zhǔn)和方法，開(kāi)展了金安橋碾壓混凝土重力壩三維有限元?jiǎng)恿Ψ治?，基于承載能力極限狀態(tài)對(duì)其強(qiáng)度和穩(wěn)定安全進(jìn)行了校核。范書(shū)立等[5]基于塑性損傷力學(xué)開(kāi)展了重力壩非線性動(dòng)力分析，通過(guò)對(duì)塑性損傷本構(gòu)中滯回曲線的特點(diǎn)以及地震中重力壩裂縫發(fā)展特征和結(jié)構(gòu)能量耗散機(jī)理進(jìn)行研究和分析，構(gòu)建了包含能量特性的大壩整體損傷評(píng)價(jià)指標(biāo)。Sema Melek Yilmazturk等[6]開(kāi)展了考慮碾壓重力壩壩體-地基-庫(kù)水相互作用的三維有限元抗震安全評(píng)估，對(duì)比分析研究了地基與結(jié)構(gòu)模量比、材料阻尼、庫(kù)水可壓縮性和底部反射系數(shù)對(duì)大壩抗震性能的影響。賴國(guó)偉等[7]采用彈塑性有限云和不等比例降強(qiáng)方法，開(kāi)展了高碾壓混凝土重力壩的破壞過(guò)程、破壞機(jī)理和極限承載能力研究，結(jié)果表明，大壩失穩(wěn)破壞模式表現(xiàn)為沿RCC層面和建基面的滑移，或者表現(xiàn)為從壩體下部下游側(cè)RCC本體開(kāi)始的大面積壓剪屈服為主的與沿RCC 層面剪切滑移的組合。

綜上所述，已有研究通過(guò)考慮不同的有限元計(jì)算模型和方法針對(duì)RCC重力壩開(kāi)展了地震響應(yīng)分析研究，然而從實(shí)際工程設(shè)計(jì)角度出發(fā)考慮地震動(dòng)離散性對(duì)RCC重力壩的抗震性能影響的研究相對(duì)較少。本文為準(zhǔn)確把握下庫(kù)RCC重力壩地震作用下的動(dòng)力反應(yīng)和工作狀態(tài)，基于對(duì)大壩的設(shè)計(jì)研究和現(xiàn)有分析方法，考慮地震動(dòng)離散性的影響，開(kāi)展5組最大可信地震(MCE)作用下的非線性動(dòng)力響應(yīng)分析，對(duì)其抗震安全進(jìn)行合理評(píng)估，為工程設(shè)計(jì)提供科學(xué)依據(jù)。

1 應(yīng)用方法和分析內(nèi)容

1.1 應(yīng)用方法

應(yīng)用于有限元數(shù)值模擬計(jì)算的程序及方法眾多[8-9]，本文采用中國(guó)水利水電科學(xué)研究院自主研發(fā)的PSDAP(Parallel Seismic Damage Analysis Program of Concrete Dams)大型混凝土壩體-地基體系地震損傷破壞分析并行程序開(kāi)展研究。軟件程序以粘彈性人工邊界模擬無(wú)限地基的輻射阻尼效應(yīng)，以動(dòng)接觸力模型模擬各類接觸縫面的動(dòng)力接觸非線性影響，并可模擬混凝土及基礎(chǔ)巖體的材料動(dòng)態(tài)損傷非線性的影響。

1.1.1粘彈性人工邊界及地震動(dòng)輸入

有限元方法模擬無(wú)限域的波動(dòng)問(wèn)題中，應(yīng)盡量減小底邊界和側(cè)邊界的地震波反射。Lysmer and Kuhlemeyer[10]提出粘性邊界的方法來(lái)吸收反射到邊界上的地震波。對(duì)于粘性邊界可能引起相對(duì)較大的誤差和低頻失穩(wěn)問(wèn)題，文獻(xiàn)[11-12]提出了粘彈性人工邊界。在有限元方法中，底邊界和側(cè)邊界設(shè)為粘彈性人工邊界，底邊界和側(cè)邊界的節(jié)點(diǎn)上施加彈簧和阻尼器，如圖1所示。

1.1.2動(dòng)接觸力模型

接觸問(wèn)題物理概念明確，接觸界面約束條件容易確定，其關(guān)鍵是對(duì)于這種不連續(xù)非線性問(wèn)題的數(shù)值求解方法。許多模型[13-16]已被用于解決接觸非線性問(wèn)題，但由于引入罰函數(shù)或力和撓度之間的指數(shù)關(guān)系約束條件，這些模型大多不能嚴(yán)格滿足法向不侵入和切向粘滯的位移約束條件。

基于邊界條件的接觸非線性模型，以Lagrange乘子法為代表，引入Lagrange乘子代表界面上的未知接觸力。接觸力模型[17]以在界面上施加作為未知量的接觸力來(lái)滿足界面約束條件，不存在人為假定剛度的問(wèn)題，對(duì)界面的處理更符合實(shí)際。本文將采用基于Lagrange乘子法的動(dòng)接觸力模型[18]，開(kāi)展重力壩三維全壩段-地基體系抗震安全研究。

1.2 分析內(nèi)容

為合理地評(píng)估地震作用下大壩的抗震性能，本文依據(jù)設(shè)計(jì)相關(guān)資料，構(gòu)建了大壩-地基體系三維全壩段有限元模型，開(kāi)展了大壩-地基體系三維全壩段有限元?jiǎng)恿Ψ治?。?jì)算中按照現(xiàn)行的美國(guó)規(guī)范[19-20]的規(guī)定和要求，需要開(kāi)展OBE和MCE兩種工況下，RCC重力壩抗震安全評(píng)估。具體工況如下：

(1) 壩體自重+正常蓄水位+下游最低尾水位+揚(yáng)壓力+泥沙壓力+OBE。此工況計(jì)算中，大壩按整體線彈性考慮，地基按無(wú)質(zhì)量地基模擬，按振型分解反應(yīng)譜法求解大壩動(dòng)力響應(yīng)。

(2) 壩體自重+正常蓄水位+下游最低尾水位+揚(yáng)壓力+泥沙壓力+ MCE(5組地震波)。對(duì)于結(jié)構(gòu)體系非線性發(fā)展顯著的MCE工況，根據(jù)當(dāng)前大壩抗震理論發(fā)展?fàn)顩r和實(shí)際工程的震情檢驗(yàn)，普遍認(rèn)為計(jì)入大壩無(wú)限地基輻射阻尼效應(yīng)影響的有質(zhì)量地基模型較無(wú)質(zhì)量地基模型能更好反映地震作用下地基對(duì)大壩的動(dòng)力影響。計(jì)算中壩體自重荷載采用分縫自重方式，使各壩段獨(dú)自承受自重，并采用數(shù)值方法使壩體僅發(fā)生豎直沉降以反映實(shí)際施工中的自重荷載施加情況；在自重荷載計(jì)算穩(wěn)定后，再施加其他靜力荷載，并考慮各壩段通過(guò)橫縫接觸的相互作用。

2 工程實(shí)例

2.1 工程概況

某抽水蓄能電站位于印度尼西亞雅加達(dá)東南部150 km處芝塔龍河上游，該項(xiàng)目規(guī)劃于20世紀(jì)80年代中期，2007年之前由日本某公司完成了項(xiàng)目的可行性研究、最終設(shè)計(jì)及詳細(xì)設(shè)計(jì)階段的工作。該工程包括上庫(kù)和下庫(kù)兩座RCC重力壩。上庫(kù)大壩最大壩高75.5 m，壩頂長(zhǎng)度375 m；下庫(kù)大壩最大壩高98 m，壩頂長(zhǎng)度294 m。下庫(kù)RCC重力壩共分為14個(gè)壩段。其中位于河床的7號(hào)和8號(hào)壩段為溢流壩段，寬度分別為20 m和25 m。1～6號(hào)壩段位于左岸，寬度均為20 m。9～14號(hào)壩段位于右岸，除14號(hào)壩段寬度為23 m外，其它均為20 m。壩段之間設(shè)置橫縫，上游側(cè)設(shè)銅止水和PVC止水各一道，下游側(cè)設(shè)PVC止水一道。大壩標(biāo)準(zhǔn)斷面下游坡比在高程500.00～ 485.00 m之間為1∶0.35，高程485.00 m以下為1∶0.78；上游坡比在高程475.00 m以下為1∶0.2。連接上下庫(kù)的是2個(gè)進(jìn)水口，2條長(zhǎng)1.2 km的引水隧洞，2個(gè)調(diào)壓井，2條斜的鋼襯壓力隧道和4條尾水渠。地下廠房?jī)?nèi)安裝4臺(tái)單機(jī)容量為260 MW的機(jī)組，總裝機(jī)容量1 040 MW。

2.2 大壩建模

圖2(a)給出了三維壩體有限元計(jì)算模型，共有14個(gè)壩段。圖2(b)描述了壩段間橫縫、壩基交界面接縫以及壩體上、下游折坡處對(duì)應(yīng)的高程475.00 m、高程485.00 m水平層間縫模型。計(jì)算中，地基范圍沿橫河向、順河向及豎向延伸至2倍最大壩高。有限元模型節(jié)點(diǎn)總數(shù)603 230，單元總數(shù)558 201，總自由度數(shù)約180萬(wàn)。

2.3 分區(qū)設(shè)置

2.3.1設(shè)計(jì)條件

(1) 地震動(dòng)參數(shù)及洪水條件

本工程處于高地震烈度區(qū)，前期設(shè)計(jì)中，地震基巖水平峰值加速度采用OBE=0.15g。根據(jù)世行特咨團(tuán)會(huì)議意見(jiàn)，地震基巖水平峰值加速度采用OBE=0.17g，增加了MCE= 0.43g，后又調(diào)整至0.48g。對(duì)于洪水標(biāo)準(zhǔn)，10 000年一遇的洪水由1 100 m3/s調(diào)整為1 430 m3/s，PMF由1 350 m3/s 調(diào)整為2 430 m3/s。

(2)地形地質(zhì)條件

從地形上看，下庫(kù)壩址左岸上游約150 m處有一條較大的溪流，右岸下游約200 m處發(fā)育有一處滑坡陡坎?；滤槭w在陡坎下部密集而廣泛地分布，巖性包括凝灰質(zhì)角礫巖和頁(yè)巖/砂巖，大部分由風(fēng)化凝灰角礫巖組成，說(shuō)明滑坡是由巖石風(fēng)化造成的。

大壩基礎(chǔ)出露巖性主要為凝灰質(zhì)角礫巖、安山巖和頁(yè)巖/砂巖，角礫巖為硬質(zhì)塊狀結(jié)構(gòu)，安山巖產(chǎn)狀幾乎與河道平行，位于高程500.00～600.00 m處的頁(yè)巖/砂巖層理面產(chǎn)狀為N50°～60°W/45°～60°SW，頁(yè)巖/砂巖互層為薄層狀，以頁(yè)巖為主。一般來(lái)說(shuō)，基巖上大多覆蓋著沉積層。壩基勘測(cè)到2條斷層(f-1和 f-2)，具有以下特征：f-1走向與頁(yè)巖/砂巖層平行，f-2產(chǎn)狀N5°W/60°NE，延伸范圍有限。另外，大壩基礎(chǔ)將會(huì)遇到兩處破碎帶。除上述斷層和破碎帶外，壩基基本為微風(fēng)化至新鮮巖體，屬于Ⅱ、Ⅲ類巖體范疇，可見(jiàn)大壩基礎(chǔ)地質(zhì)條件尚好。

2.3.2大壩布置

(1) 主要設(shè)計(jì)調(diào)整

根據(jù)筑壩技術(shù)及設(shè)計(jì)條件，對(duì)原設(shè)計(jì)的下庫(kù)RCC壩主要作了如下調(diào)整。

1) 通過(guò)靜力穩(wěn)定及三維有限元?jiǎng)恿Ψ治觯瑢?duì)大壩典型斷面結(jié)構(gòu)尺寸進(jìn)行了調(diào)整。根據(jù)碾壓混凝土壩技術(shù)的發(fā)展[21-23]，調(diào)整了原設(shè)計(jì)典型斷面的混凝土分區(qū)，取消了上游面常規(guī)混凝土防滲層，將典型斷面改為“全面碾壓混凝土”。

2) 通過(guò)溫控分析成果，將橫縫的間距從32～35 m 調(diào)整到20～25 m。

3) 取消了壩踵灌漿平臺(tái)的混凝土，并將灌漿帷幕移至廊道，后期運(yùn)行維護(hù)會(huì)更加便利。

(2) 壩體斷面及分區(qū)

大壩標(biāo)準(zhǔn)斷面下游坡比在高程485.00～500.00 m之間為1:0.35，高程485.00 m以下為1∶0.78；上游坡比在高程475.00 m 以下為1∶0.2。壩段之間設(shè)置橫縫，上游側(cè)設(shè)銅止水和PVC止水各一道，下游側(cè)設(shè)PVC止水一道。

(3) 壩段布置

大壩溫控計(jì)算結(jié)果表明，強(qiáng)約束區(qū)中部壩體穩(wěn)定溫度為28.5 ℃，非約束區(qū)為27℃。如果不采取溫控措施，其最大溫差、最大溫度和最大應(yīng)力都不能滿足設(shè)計(jì)要求。非約束區(qū)混凝土的最高溫度和應(yīng)力基本滿足設(shè)計(jì)要求。降低澆筑溫度、初期通水冷卻、延長(zhǎng)初期冷卻時(shí)間可以有效地降低混凝土的最高溫度和最大應(yīng)力。另外，在計(jì)算條件和溫控措施相同的情況下，單獨(dú)將壩體橫縫間距由32 m調(diào)整為25 m，施工期壩體混凝土最高溫度基本不變，但大面積地基順河向溫差應(yīng)力下降約0.12～0.19 MPa (6%～10%) ，表明壩體橫縫間距為25～32 m 是可行的，以25 m為宜。根據(jù)工程實(shí)踐和對(duì)水工建筑物的荷載及裂縫控制和施工溫度控制措施，將橫縫間距控制在20～25 m。

根據(jù)溫控計(jì)算成果，將大壩橫縫的間距從32～35 m 調(diào)整到20～25 m，共分為14個(gè)壩段，其中位于河床的7號(hào)和8號(hào)壩段為溢流壩段，長(zhǎng)度分別為20 m和25 m。1～6號(hào)壩段位于左岸為左副壩段，長(zhǎng)度均為20 m。9號(hào)壩段為底孔壩段，長(zhǎng)度為20 m。10～14號(hào)壩段位于右岸為右副壩段，除14號(hào)壩段長(zhǎng)度為23 m外，其它均為20 m。

(4) 其它結(jié)構(gòu)

根據(jù)水力學(xué)計(jì)算結(jié)果，原有的兩個(gè)常規(guī)溢流表孔改變不大，中墩寬度由2 m調(diào)整為3 m，堰頂高程由490.00 m調(diào)整為488.00 m，滿足了泄洪要求。對(duì)原底孔方案進(jìn)行了調(diào)整，封堵閘門(mén)下放的操作性更加可靠，同時(shí)滿足了生態(tài)放水和小機(jī)發(fā)電引水的要求。

2.4 計(jì)算參數(shù)

2.4.1材料參數(shù)

混凝土及地基巖體物理力學(xué)參數(shù)見(jiàn)表1，縫面強(qiáng)度參數(shù)見(jiàn)表2。無(wú)質(zhì)量地基模型地基巖體的質(zhì)量密度取為0。壩體的阻尼比為5%，地基巖體阻尼比為0。計(jì)算中當(dāng)縫面出現(xiàn)抗拉或抗剪破壞后，則在后續(xù)計(jì)算中初始抗拉強(qiáng)度和凝聚力均取為0。

表1 混凝土及地基巖體物理力學(xué)參數(shù)

表2 縫面強(qiáng)度參數(shù)

2.4.2靜、動(dòng)力荷載

靜態(tài)荷載包括壩體自重和正常水位上、下游淤沙和靜水壓力，以及接觸縫面揚(yáng)壓力。根據(jù)大壩場(chǎng)址地震危險(xiǎn)性分析成果，大壩OBE的水平向基巖峰值加速度為0.17g，MCE的水平向基巖峰值加速度為0.48g，相應(yīng)的豎向基巖峰值加速度取為水平向的2/3。以場(chǎng)地反應(yīng)譜為目標(biāo)譜人工擬合了5條地震加速度時(shí)程曲線(編號(hào)為286、879、994、1165和1529)，見(jiàn)圖3～7。

3 結(jié)果分析

本文首先對(duì)壩體自振特性、靜態(tài)荷載和OBE作用下壩體響應(yīng)研究成果進(jìn)行簡(jiǎn)單概括和總結(jié)，著重于開(kāi)展MCE作用下，重力壩-地基體系三維全壩段抗震安全評(píng)估。

3.1 壩體自振特性、靜態(tài)和OBE響應(yīng)

(1) 大壩斷面厚實(shí)，壩體整體剛度較大，自振頻率相對(duì)較高。大壩總體上表現(xiàn)為順河向振動(dòng)為主的振動(dòng)形態(tài)。大壩第一階振型為正對(duì)稱振型，自振頻率為3.05 Hz。

(2) 大壩在靜態(tài)荷載下的位移及應(yīng)力分布符合一般規(guī)律。大壩最大順河向位移為1.05 cm，發(fā)生于最大壩高的8號(hào)壩段。各壩段整體上處于受壓狀態(tài)，最大壓應(yīng)力約4 MPa。

(3) OBE作用下，大壩豎向拉應(yīng)力最大值為1.17 MPa，小于混凝土層面的抗拉強(qiáng)度1.4 MPa，大壩整體上處于線彈性工作狀態(tài)，滿足設(shè)防要求。

(4) 最高壩段7～8號(hào)壩段靜力工況下的大壩壩基抗滑穩(wěn)定安全系數(shù)為3.7，運(yùn)行基準(zhǔn)地震作用下的安全系數(shù)為2.5，抗滑穩(wěn)定安全滿足規(guī)范要求。

3.2 MCE工況壩體橫縫的張開(kāi)和錯(cuò)動(dòng)

表3～7給出了5組地震波作用下，橫縫壩頂上游面張開(kāi)度和錯(cuò)動(dòng)量，可知大壩橫縫最大張開(kāi)度總體上數(shù)值不大，在地震波No.879作用下，5號(hào)橫縫發(fā)生1.31 cm的最大張開(kāi)度外(表4)，其余各組地震波作用下各橫縫的最大張開(kāi)度均小于1.0 cm。大壩橫縫水平向殘余錯(cuò)動(dòng)最大值為3.19 cm，發(fā)生于地震波No.1165作用下11號(hào)橫縫壩頂處(表6)。

表3 地震波No.286橫縫壩頂上游面張開(kāi)度和錯(cuò)動(dòng)量 /cm

表4 地震波No.879橫縫壩頂上游面張開(kāi)度和錯(cuò)動(dòng)量 /cm

表5 地震波No.994橫縫壩頂上游面張開(kāi)度和錯(cuò)動(dòng)量 /cm

表6 地震波No.1165橫縫壩頂上游面張開(kāi)度和錯(cuò)動(dòng)量 /cm

圖8～10描述了地震波No.1165作用下，11號(hào)橫縫最大錯(cuò)動(dòng)量、殘余錯(cuò)動(dòng)和最大張開(kāi)度。圖8～10表明橫縫最大及殘余錯(cuò)動(dòng)量在縫面的分布以壩基面和水平層面分割的3個(gè)壩塊向下游滑動(dòng)量呈階梯狀分布，且上部壩塊錯(cuò)動(dòng)量最大。橫縫最大張開(kāi)度沿縫面的分布，呈現(xiàn)出上部高程大于下部高程、上游側(cè)大于下游側(cè)的規(guī)律。

3.3 MCE工況碾壓層面的張開(kāi)和順河向滑移

表8～9分別給出了各個(gè)壩段高程485.00 m和高程475.00 m層面上游面最大張開(kāi)度數(shù)值。除個(gè)別岸坡壩段外，大部分壩段大壩頭部上、下游折坡點(diǎn)的高程485.00 m和高程475.00 m層面出現(xiàn)了不同程度的張開(kāi)現(xiàn)象，最大張開(kāi)均出現(xiàn)在上游面，數(shù)值不大，且地震結(jié)束后均重新恢復(fù)到壓緊狀態(tài)?？傮w上，靠近河床壩段的最大張開(kāi)度大于岸坡壩段的，由于高程475.00 m高程層面壩體自重的預(yù)壓作用大于高程485.00 m層面，除了在高程485.00 m未設(shè)層面縫的7號(hào)壩段和8號(hào)壩段外，其余壩段高程475.00 m層面的張開(kāi)度普遍小于高程485.00 m層面的張開(kāi)度。5組地震波作用下的層面最大張開(kāi)度均小于1 cm，最大值出現(xiàn)在地震波No.879作用下7號(hào)壩段的高程475.00 m層面，其值為0.95 cm。

表7 地震波No.1529橫縫壩頂上游面張開(kāi)度和錯(cuò)動(dòng)量 /cm

表8 各壩段高程485.00 m層面的上游面最大張開(kāi)度 /cm

圖11和圖12分別描述了地震波No.286作用下各壩段沿高程485.00 m和高程475.00 m層面的相對(duì)滑移時(shí)程。大部分壩段兩水平層面均出現(xiàn)了順河向滑動(dòng)，且地震結(jié)束后存在不同程度的殘余滑移。

表9 各壩段高程475.00 m層面的上游面最大張開(kāi)度 /cm

對(duì)于大部分壩段而言，層面出現(xiàn)初始滑移后，隨著地震作用的逐步增強(qiáng)其滑移量也在逐步累積增長(zhǎng)，當(dāng)滑移量達(dá)到最大值后，地震作用的強(qiáng)度開(kāi)始減弱，層面維持穩(wěn)定狀態(tài)新的滑移不再發(fā)生，因此其最大滑移量一般與殘余滑移量基本相同。兩個(gè)層面的殘余滑移量總體上表現(xiàn)出河床壩高較大的壩段大于岸坡壩高較低壩段的分布規(guī)律。盡管兩個(gè)層面出現(xiàn)了殘余滑動(dòng)，但其殘余滑移數(shù)值遠(yuǎn)小于壩體排水孔直徑的10 cm，排水孔排水功能可維持正常。

3.4 MCE工況壩基交界面的張開(kāi)和順河向滑移

表10給出了地震波No.286作用下各壩段壩基交界面壩踵處的最大張開(kāi)度。由表10得到，5組地震波作用下，各壩段大壩壩基交界面出現(xiàn)了不同程度的張開(kāi)現(xiàn)象，最大張開(kāi)均出現(xiàn)在上游側(cè)，數(shù)值不大?？傮w上河床壩段的最大張開(kāi)度大于岸坡壩段的。壩基交界面的最大張開(kāi)度出現(xiàn)在地震波No.879作用下的8號(hào)溢流壩段壩踵處，其值為1.53 cm。

表10 各壩段壩基交界面的壩踵最大張開(kāi)度 /cm

圖13給出了地震波No.286作用下各壩段壩基交界面的順河向相對(duì)滑移時(shí)程。由圖13可知，地震波作用下，壩基交界面出現(xiàn)了順河向滑動(dòng)，且地震結(jié)束后存在不同程度的殘余滑移。與頭部層間縫表現(xiàn)出來(lái)的滑移情況類似，壩基交面的最大滑移量一般與殘余滑移量基本相同。5組地震波中，地震波No.1156作用下的各壩段壩基交面的殘余滑移量總體上大于其他組地震波，其最大值發(fā)生于河床附近的9號(hào)壩段，其值為2.60 cm。地震波No.994作用下的壩基交界面的殘余滑移量最小，其最大值僅為1.17 cm。盡管壩基交接面出現(xiàn)了殘余滑動(dòng)，但其殘余滑移數(shù)值遠(yuǎn)小于排水孔直徑的10 cm，排水孔排水功能可維持正常。

4 結(jié) 論

本文在設(shè)計(jì)過(guò)程中，根據(jù)設(shè)計(jì)條件變化，改變了大壩斷面的結(jié)構(gòu)尺寸及橫縫間距，采用了“全面碾壓混凝土”筑壩技術(shù)，調(diào)整了壩內(nèi)其它一些結(jié)構(gòu)布置。隨后采用中國(guó)水利水電科學(xué)研究院自主研發(fā)的PSDAP大型混凝土壩體—地基體系地震損傷破壞分析并行程序，以粘彈性人工邊界模擬無(wú)限地基輻射阻尼效應(yīng)，以動(dòng)接觸力模型模擬各類接觸縫面的動(dòng)力接觸非線性影響，對(duì)某抽水蓄能水電站下庫(kù)混凝土重力壩三維全壩段的抗震安全進(jìn)行了詳細(xì)地分析和研究，得到結(jié)論如下：

(1) 5組地震波作用下，大壩建基面及碾壓層面均出現(xiàn)了開(kāi)裂和滑移。地震結(jié)束后，各層面存在不可恢復(fù)的殘余滑動(dòng)?？傮w上，大的滑移量?jī)H出現(xiàn)在個(gè)別壩段，大壩非線性位移分布規(guī)律一般表現(xiàn)為河床部位的6～9號(hào)壩段較大、岸坡壩段較小，數(shù)值上有所差異。盡管大壩建基面及層面出現(xiàn)了殘余滑動(dòng)，但遠(yuǎn)小于排水孔直徑的10 cm，震后排水孔的排水功能仍能保證。

(2) 5組地震波作用下，大壩各壩段橫縫縫面出現(xiàn)了張開(kāi)和錯(cuò)動(dòng)現(xiàn)象。各橫縫壩頂處的最大張開(kāi)度為1.31 cm，順河向最大錯(cuò)動(dòng)量為4.83 cm，順河向最大殘余錯(cuò)動(dòng)量為3.19 cm，均小于壩體橫縫止水結(jié)構(gòu)變形的設(shè)計(jì)容許值6 cm，大壩橫縫止水安全可以保證。

(3) 另外需要指出，本大壩MCE的峰值加速度高達(dá)0.48g，且大壩主振頻段內(nèi)相應(yīng)的反應(yīng)譜值也偏高，在如此強(qiáng)烈的地震作用下，不允許大壩發(fā)生局部的損傷破壞是不現(xiàn)實(shí)的，因此，目前國(guó)內(nèi)外對(duì)于MCE作用下的抗震設(shè)防一般規(guī)定需滿足“不潰壩”要求。從分析結(jié)果可見(jiàn)，盡管大壩出現(xiàn)了局部非線性損傷變形，但其震后仍可保持穩(wěn)定安全和正常的擋水功能，不致出現(xiàn)庫(kù)水失控下泄的災(zāi)變風(fēng)險(xiǎn)。