兩種非線性模型下重力壩強(qiáng)震破壞機(jī)理研究

閆春麗，涂 勁，李德玉，郭勝山，梁 輝

(中國水利水電科學(xué)研究院，北京 100048)

0 引 言

我國水能資源豐富，但時空分布極不均衡，其中大部分的水能資源集中在區(qū)域構(gòu)造穩(wěn)定性能較差的西部強(qiáng)震區(qū)。眾所周知，地震是一種具有突發(fā)性、不確定性且有較強(qiáng)破壞性的自然災(zāi)害，其發(fā)生的時間、地點和強(qiáng)度都難以確定。如果蓄有億萬噸庫水的水庫大壩潰壩，將造成“不堪設(shè)想”的災(zāi)難性后果[1-2]。因此，為了確保大壩抗震安全，需要進(jìn)一步深化強(qiáng)震區(qū)高壩強(qiáng)震響應(yīng)分析和破壞機(jī)理的研究工作。我國西部強(qiáng)震區(qū)的高壩建設(shè)主要以混凝土壩為主，在強(qiáng)震作用下，當(dāng)混凝土的應(yīng)力超過其強(qiáng)度后就會發(fā)生損傷開裂或壓潰，應(yīng)力將會重新分布，此時材料為線彈性的假定已經(jīng)不再適用，應(yīng)考慮材料非線性的情況才能更加符合實際情況[3]。目前，較為常用的模擬材料非線性的模型是由Lubliner等[4]提出，Lee和Fenves[5- 6]進(jìn)行改進(jìn)和發(fā)展的結(jié)合塑性力學(xué)和損傷力學(xué)的塑性損傷模型。除此之外，對于有深層滑動問題的重力壩、壩體內(nèi)部有局部開裂的薄弱部位、以及強(qiáng)震時可能開裂滑移的壩基面等[7]可設(shè)置一條具有一定初始強(qiáng)度的接觸縫面，采用接觸模型進(jìn)行模擬。結(jié)合眾多的重力壩震害實例和一些研究成果可知，壩體頭部折坡處為重力壩抗震薄弱部位，在強(qiáng)震作用下容易形成上下游貫通的宏觀裂縫[8]，如Koyna重力壩、新豐江大壩、Sefid Rud大壩等，雖然在強(qiáng)震作用下沒有發(fā)生整體失穩(wěn)，但是在壩體頭部折坡處都出現(xiàn)了上下游貫穿的裂縫[9]，因此在抗震設(shè)計中對這些抗震薄弱部位要重點關(guān)注和分析。……