基于黏彈性人工邊界的拱壩動力響應分析

陳 江

(中國水電顧問集團昆明勘測設計研究院科學研究分院,云南 昆明650033)

近年來,我國已建、在建和近期擬建的大型水電工程,大多都采用200 m～300 m級的高拱壩方案。我國是一個多地震國家,高地震烈度區大多集中在西部地區,很多高拱壩都位于設計峰值加速度達0.2 g～0.3 g的強震區,如位于大渡河的大崗山拱壩,高210 m,設計地震峰值加速度更是高達0.557 g[1]。動水壓力是地震產生的附加荷載,是危害大壩安全的主要因素之一。自韋斯特伽特(H.M.Westergaard)發表其著名論文《地震時作用于壩面上的動水壓力》[2]以來,已經過去了70多年,由于這個問題在實際工程中的重要性,長期以來受到世界各國學者的關注。影響動水壓力的因素很多,主要有:庫水的壓縮性、庫底吸收性、地震波的行波效應、壩基的輻射阻尼等[3]。

大型水壩、大型核電站、地鐵及超高層建筑等具有剛度、重量、跨度都很大而地基則往往相對較為柔性的特點,剛性地基的假設不再合理,必須考慮結構一地基動力相互作用的影響。無限地基的模擬是結構-地基動力相互作用分析中的核心問題之一[4]。對無限邊界的處理主要有:疊加邊界[5]、黏性邊界[6]、黏彈性邊界[4,7,8]和人工透射邊界[9,10]。其中黏彈性人工邊界具有較高的計算精度和較好的穩定性,同時程序容易實現,計算效率較高。

本文基于黏彈性人工邊界的基本原理,以Ansys為計算平臺,在壩基截斷處添加彈簧-阻尼單元以實現無限邊界的處理,并以錦屏一級高拱壩為算例,驗證該邊界的吸能效果。……