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考虑河谷场地效应的拱坝—地基地震响应分析方法研究

宋贞霞  
【摘要】:河谷地形对场地地震响应有很大影响,但一般进行拱坝-地基体系动力分析时为方便计算,常常将三维拱坝-地基模型的河谷四周侧边界简化为水平成层半空间来求解自由场(本文称为自由场近似解),这与拱坝-地基体系实际受到的地震作用差别是显而易见的。在拱坝-地基动力相互作用地震反应分析中,包括自由场在内的波动输入处理的合理与否,将直接影响到计算结果的精度和可信度。本文以小湾拱坝为例,进行了有关不规则河谷场地数值模拟方法、河谷场地对拱坝结构地震响应的影响、拱坝-地基体系时程分析的地震动输入等一系列工作,主要成果如下: 第一,给出了三维不规则场地的自由场计算方法。采用有限元结合透射边界求解二维不规则场地地震响应(本文称为自由场有限元解),并以此作为三维计算模型的自由场输入。通过对小湾拱坝坝址三维河谷场地的地震响应模拟,比较了侧边界自由场的有限元解和近似解,以及它们对河谷内部场点地震响应的影响,结果表明:河谷地形的自由场有限元解和近似解对场地地震响应有显著影响。 第二,提出了考虑河谷场地效应的三维拱坝-地基体系的地震响应分析方法。分别以考虑河谷地形的自由场有限元解和简化为水平单一介质的自由场近似解作为输入,比较了三维拱坝-地基体系的地震响应。结果表明:考虑河谷地形影响计算的拱坝-地基地震响应与近似方法的计算结果存在很大差异,拱坝及坝基位移响应变化不大,但是应力响应出现大幅度的增大。 第三,提出了地震波倾斜入射情形下考虑河谷场地效应的三维拱坝-地基体系的地震响应分析方法。采用有限元结合人工透射边界的方法,求解地震波倾斜入射情形下河谷地形侧边界的自由场,并以此作为三维拱坝-地基模型地震波的输入,求解拱坝-地基体系在地震波倾斜入射条件下三维地震响应。计算结果表明:地震波倾斜入射对拱坝坝体和坝基的应力响应影响显著。 第四,提出了双向地震波不同振动方向输入情形下,考虑河谷场地效应的自由场简化计算方法。并以此作为三维拱坝-地基模型地震波的输入,求解拱坝-地基体系在入射地震波不同振动方向时三维地震响应。计算结果表明:在单向地震波输入情形下拱坝-地基最大地震响应一般发生在横河向或顺河向,但在双向地震波输入情形下拱坝及坝基的最大位移、应力响应振动方向与输入地震波相关。 最后,对全文工作进行总结,并对今后的工作作出展望。


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