重力坝与坝基体系地震损伤破坏分析

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1、重力坝与坝基体系地震损伤破坏分析郭胜山陈厚群李德玉熊堃摘要：为了揭示重力坝坝基体系地震破坏过程，需要同时考虑坝体和地基的损伤破坏。本文建立了较为完整的重力坝-地基-库水非线性动力分析模型，同时利用笔者开发的程序模拟了重力坝地基体系的地震破坏。结合印度Koyna坝震害，研究了坝体和地基岩体均采用损伤模型重力坝地基体系的地震破坏过程。作为比较分析，对坝体采用损伤模型、地基采用Drucker-Prager弹塑性模型进行了重力坝地基体系的地震破坏研究。计算结果表明，地基分别采用损伤模型和Drucker-Prager弹塑性模型，得到不同的破

2、坏模式。坝体地基均采用损伤模型模拟的结果与实际震害接近，能更好反映重力坝地震损伤破坏。关键词：重力坝；地基；地震；损伤模型；Drucker-Prager弹塑性模型中图分类号：TV642.3文献标识码：ASeismicdamageandfailureanalysisofgravitydamandfoundationsystemGUOSheng-shan，CHENHou-qun，LIDe-yu，XIONGKunAbstract：Inordertorevealseismicdamageandfailureprocessofgravity

3、dam-foundationsystem，bothofdamandfoundationdamageshouldbeconsidered.Arelativelycompletenonlineardynamicanalysismodelofgravitydam-foundation-waterreservoirsystemhasbeendeveloped，whileseismicdamageandfailureofgravitydam-foundationsystemissimulatedbytheprogrampresentedin

4、thispaper.AccordingtothestudyofKoynadamsubjectedtotheactualearthquake，theseismicdamageprocessofdam-foundationsystemisinvestigatedbyusingdamagemodelappliedtodam-foundationsystem.Asacomparativestudy，theseismicfailureofdam-foundationsystemisinvestigatedbyusingdamagemodel

5、fordamandusingDrucker-Pragerelastoplasticmodelforfoundationrock.TheresultshowsthatdifferentfailuremodesaregotbyusingdamagemodelandDrucker-Pragermodelforfoundation，andthedamageofdam-foundationsystemwhichhasbeensimulatedbyusingdamagemodelfordamandfoundationisclosetothea

6、ctualdamage.Keywords：gravitydam；foundation；earthquake；damagemodel；Drucker-Pragerelastoplasticmodel1研究背景以典型重力坝震害Koyna坝为例，众多学者采用了多种方法对其震害进行了模拟研究，常用的方法有边界元和离散元方法［1-2］、断裂力学方法［3］、流行元方法［4］、塑性损伤模型的有限元方法［5］以及扩展有限元法［6-7］。这些研究工作基本再现了Koyna大坝折坡处上、下游裂缝的发展过程，但是由于未考虑地基的破坏，不可避免在坝踵位置产

7、生了沿坝基交界面的裂缝，并且开裂深度已经危及帷幕位置。震后Koyna坝在廊道位置钻孔取芯发现坝基胶结良好，并且坝基渗流量并未显著增加，说明并未出现沿坝基交界面的裂缝。这就给研究者提出了新的要求，必须同时考虑坝体与坝基的破坏才能较好地揭示重力坝体系的地震破坏过程。于沭等［8］、段庆喜等［9］将弹塑性模型应用到重力坝坝体和地基破坏分析中，应用强度折减法对重力坝抗滑稳定问题进行了研究，但未考虑坝体与地基材料的损伤破坏。混凝土、岩体类非均质准脆性材料的破坏，是由于其中的微裂缝在荷载作用下继续萌生和拓展，形成宏观裂缝的不断发展最终导致结构失

8、效破坏。宏观力学参数演化表征为随着微裂缝的发展，其强度和刚度逐渐降低，最终形成宏观裂缝。因此，采用损伤力学模型来表征混凝土、岩体的破坏较为切合实际。本文在已有研究［10-11］基础上，探讨地基岩体材料非线性对重力坝及其坝基体系地震破坏分析的影响。通