黑泉水库面板坝大型振动台模型试验

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1、科研与管理水利规划与设计2007年第5期黑泉水库面板坝大型振动台模型试验木刘小生刘启旺王钟宁陈宁赵剑明王宏(中国水利水电科学研究院北京100044)【摘要】进行面板坝大型振动台模型试验．可以得到模型坝的自振频率、阻尼比和振型等动力特性以及加速度放大倍数的分布、面板的应变和应力、坝体残余变形等动力反应性状。一方面可以作为验证和改进面板坝地震动力反应计算模式、分析方法及计算程序的基本资料，另一方面可以通过研究面板坝振动台模型相似律，探讨将模型试验结果推广到原坝型上的原理和方法，进而研究面板坝的动力特性、地震动力反

2、应性状及破坏机理，讨论面板坝的抗震性能。在此介绍黑泉水库面板坝大刊振动台模型试验中所采用的试验方法和进行的技术探索情况。【关键词】面板坝振动台模型试验相似律试验方法【中图分类号】1V64I．4【文献标识码】B【文章编号】l魄一2469(20叩)晒一o∞o一05台为大型三向六自由度宽频域电液式模拟地震振动l黑泉水库面板堆石(砂砾石)坝设计概况台。大型振动台的主要特性参数如下：台面尺寸，黑泉水库工程位于青海省大通县境内湟水支流北5．O×5．O“；最大载重，20‘；台面自重，23‘；最大位川河上游的宝库河上，距省会

3、西宁市75h，是一座移，水平向±4oc⋯；竖向±3．ocm；最大速度，水平以灌溉、城市生活及工业用水为主，兼顾防洪和发电向40cm／s；竖向30cm／8；最大加速度，水平向的综合性大型水利枢纽工程。坝体主体部分用漂卵砂1．09；竖向。冶；工作频段，0．1一120}1z；最大水平砾石料填筑，坝体内设烟囱式排水体，下游次堆石区偏心距，100cm；最大重心I笥度，100c“；最大倾覆力利用开挖的石渣料填筑。上游坝坡坡比1：1．55，下矩，35t—m。游坝坡设三级马道，分月0宽3m，坝坡从上至下坡比该试验采用输入台面

4、加速度运动控制方式，输入分别为l：1．50、1：1．40、l：1．40和l：1．40。最大的振动波形包括白噪声、人工合成波、压缩人工合成坝高123．5m，坝顶宽120IIl，长423m。面板厚度采波及压缩松潘波(1976年8月16日松潘7．2级地震用随坝高渐变，按公式r=n3+0．0035H计算，日为的s60E水平向分量SP)。坝顶至计算截面的高度(m)，面板混凝土动杨氏模量E3面板坝振动台土石料模型试验相似律=26x104蛐Pa。由于工程的重要性及失事后的危害性，曾对坝址面板坝振动模型试验的重要目标之一，是

5、将原型进行了地震危险性分析，给出了坝区50年超越概率坝在静、动力荷载作用下的力学现象，在模型坝上进为63．2％、10％和2％时的地震动参数和相应坝址基行相似模拟，测量模型坝中的应力、位移和加速度等岩加速度地震反应谱。明确黑泉水库地区地震基本烈物理量．再通过一定的相似关系推算到原型坝上，这度为7度，工程设防在基本烈度基础上提高一度，即种相似关系就是模型的相似律。相似律一方面规定了表中超越概率氏为2％的地震烈度，地震动水平峰值将模型试验数据和结果推算到原型上的法则，另一方加速度为硒．59al。该次试验根据地震动参

6、数和相应面又规定了原型和模型之间相似必须满足的条件。坝址基岩加速度地震反应谱，人工合成了加速度时程根据相似理论第三定律，原型坝和模型坝动力相曲线。似的充分必要条件是这两个动力学物理过程的单值性2大型振动台主要特性参数及设备性能简介·基金项目：国家自然科学摹金蕾点项目(50639060)。试验在中国水科院的大型振动台上进行。该振动作者简介：刘小生(1啦年一)，男，教授级高级工程师。·30·科研与管理水利规划与设计2007年第5期条件相似，并使单值量组成的相似准则相等。对于面因此，在面板坝堆石体中，土体的应力状态

7、、应力水板坝，假定原型和模型均满足在地震动力作用下的如平主要由自重及埋深位置决定，在整个坝体的不同下基本单值l生条件，包括几何条件、运动条件、物理埋深和位置，土体有不同的模量和强度。显然，在土条件、动力平衡条件及边界条件。石料面板坝中，忽略重力影响的相似律是不适用的。由于面板坝堆石体是一个半弹性的散粒体结构，由于难以找到模量满足巳=ecJ要求的材其材料的静、动工程力学特性十分复杂，在应变水平料，因此，表中理想模型相似律亦是不适用的。采用i科氐(y≤1．0×】o。)即开始出现非线性，土体骨土石料作为模型材料，有

8、c；=q”cl”e，t=架不稳定，在剪切作用下，将出现胀(缩)性及变形c。”c，”c。～，而非理想相似律要求的c．=1，由此的滞变性。这些性质随土石料的矿物成分、颗粒形将引起试验相似误差，相似误差将随土石料模型变状、粒径、密度、饱和状态、应力状态、加荷水平和形增大而增大。在模型变形较小时，c．≠l引起的荷载频率、历时眨历史等的不同而变化。目前还缺乏相似误差是可以忽略的，这在混凝土结构动力模型能全面考