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我国是一个水能资源丰富的国家,随着水能资源的进一步开发和西部大开发战略的实施,大批水电站修建于西部高山峻岭中,其中不少高坝修建于西部高地震烈度区,且坝基地质条件较为复杂。因此,复杂坝基条件下大坝的地震响应分析与抗震设计成为当前西部能源开发中亟待解决的重大关键技术问题。
本文以ANSYS有限元软件为研究工具,采用振型分解反应谱法分别研究了横观各向同性层状岩基、含断层岩基对混凝土重力坝地震响应的影响,得到了以下几点结论:
1)混凝土重力坝地震响应动力分析结果表明,将坝基分别假设为均质各向同性与横观各向同性时,二者的坝踵应力计算结果有一定差异。因此,在混凝土重力坝地震响应动力分析中,特别是当层状岩基的平行层面与垂直层面方向的弹性模量差异较大时,不宜忽略的横观各向同性,否则导致坝踵应力计算结果误差偏大的问题。
2)横观各向同性岩基平行层面与垂直层面方向弹性模量比值及层理面倾角对混凝土重力坝的地震响应影响显著,特别是层理面倾角在60°至135°之间的横观各项层状岩基对坝踵应力分布有不利影响。
3)对于含断层的坝基,在断层倾角、断层离坝踵距离、断层厚度、断层弹性模量及断层泊松比五个因素中,影响混凝土重力坝地震响应的强弱次序由高至低依次为:断层倾角、断层离坝踵距离、断层弹性模量、断层厚度及断层泊松比。
4)处于坝基附近的断层与坝体的相对位置对混凝土重力坝地震响应有着一定影响。从断层分别处于坝基上游、下方和下游三种不同位置来比较,处于坝基下方的断层对坝体地震响应最不利,而处于坝基上游的断层对坝体地震响应的不利影响最小。
最后,在上述研究基础上,以百色水利枢纽6AB重力坝段为工程背景开展工程应用研究,提出了若干抗震优化措施,使坝体地震响应得到显著改善,为类似工程的抗震设计提供了有益借鉴。