考慮河谷場地效應的拱壩-地基地震響應分析方法研究

宋貞霞

（中國地震局工程力學研究所，哈爾濱150080）

考慮河谷場地效應的拱壩-地基地震響應分析方法研究

宋貞霞

（中國地震局工程力學研究所，哈爾濱150080）

河谷地形對場地地震響應有很大影響，但一般進行拱壩-地基體系動力分析時為方便計算，常常將三維拱壩-地基模型的河谷四周側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分析中，包括自由場在內的波動輸入處理的合理與否，將直接影響到計算結果的精度和可信度。本文以小灣拱壩為例，進行了有關不規(guī)則河谷場地數(shù)值模擬方法、河谷場地對拱壩結構地震響應的影響、拱壩-地基體系時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)則場地的自由場計算方法。采用有限元結合透射邊界求解二維不規(guī)則場地地震響應（本文稱為自由場有限元解），并以此作為三維計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模擬，比較了側邊界自由場的有限元解和近似解，以及它們對河谷內部場點地震響應的影響。結果表明，河谷地形的自由場有限元解和近似解對場地地震響應有顯著影響。

（2）提出了考慮河谷場地效應的三維拱壩-地基體系的地震響應分析方法。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。結果表明，考慮河谷地形影響計算的拱壩-地基地震響應與近似方法的計算結果存在很大差異，拱壩及壩基位移響應變化不大，但是應力響應出現(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的三維拱壩-地基體系的地震響應分析方法。采用有限元結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。計算結果表明，地震波傾斜入射對拱壩壩體和壩基的應力響應影響顯著。

（4）提出了雙向地震波不同振動方向輸入情形下，考慮河谷場地效應的自由場簡化計算方法。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的三維地震響應。計算結果表明，在單向地震波輸入情形下，拱壩-地基最大地震響應一般發(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、應力響應振動方向與輸入地震波相關。

最后，對全文工作進行總結，并對今后的工作做出展望。

拱壩；河谷地形；三維地震響應；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