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1、水利学报2009年1月SHUILIXUEBAO第40卷第1期文章编号:0559-9350(2009)01-0010-09混凝土高坝强震震例分析和启迪陈厚群(中国水利水电科学研究院工程抗震研究中心,北京100044)摘要:强震作用下的高坝抗震安全性广受关注。但迄今坝址的地震动输入却仍有较多不确定因素,且高坝的地震响应也相当复杂。对经受强震作用的高坝震害的现场详尽调查和深入分析研究,对改进现行抗震设计理念和推动高坝抗震安全的研究极为重要。本文对全球经受过度以上强震的百米以上混凝土高
2、坝的震害实例进行了较详尽的分析研究,其中包括在中国发生的汶川大地震中对沙牌碾压混凝土拱坝和宝珠寺混凝土重力坝震害的初步调研分析,探讨了从这些震害实例中得到的启迪。关键词:震害;高混凝土坝;强地震;实例分析;启迪中图分类号:TU3521文献标识码:A1研究背景实践是检验真理的唯一标准,水工混凝土结构抗震安全的理论和理念、分析和试验结果、设计和工程措施也都要在震例,特别是强震震害实例中受到检验、得到启发、探求依据。混凝土坝的地震响应十分复杂,其抗震性态的主要特点也需要首先从调研和总结其震害实例中得
3、到启迪。由于迄今为止,混凝土坝,特别是高坝,遭受强震的震害实例很少,对混凝土坝的抗震性态仍有待不断深入探索。但就已有的少量经受强震的百米级混凝土坝的震害看,虽然有一定程度的局部开裂等损坏,至少还尚未有溃坝的事例,说明总体而言,经过按规范要求认真进行抗震设计和切实保证施工质量的混凝土坝,具有相当的抗震能力。实际上,在日本、伊朗、土耳其、意大利、美国、智利、墨西哥等地震较多的国家,都修建了不少高混凝土坝。因此,依据国内外已有的工程实践和震害实例,只要重视抗震安全,精心设计和精心施工,在强震区是可以修建高坝
4、的。以下分别从重力坝和拱坝这两类水工混凝土结构主体工程已有的强震震例进行剖析。2重力坝对重力坝而言,包括以重力维持稳定的大头坝等在内,比较典型的是下列3个坝高超过百米、经受过6级以上强震、坝址烈度在度以上并都有显著震害的实例。[1]21印度的柯依那(Koyna)重力坝柯依那重力坝位于印度马哈拉施特拉(Maharashtra)邦的戈伊纳河上。大坝坝高103m,坝顶高程66446m,河床部位为溢流坝段,其余为挡水坝段。坝型为块石混凝土重力坝,1967年建成。设计中仅考虑了005g的水平地震动
5、加速度作用。坝址地质主要是块状玄武岩并有凝灰角砾岩和黏土夹层。蓄水后频发地震,1967年12月10日在大坝下游的3km处发生63级主震,计算的不同震源深度为91~209km间。在右岸高30m的1A坝段离坝基10m高度的廊道内,实测收稿日期:2008-09-03作者简介:陈厚群(1932-),男,江苏无锡人,中国工程院院士,主要从事水工结构抗震研究。E-mail:chenhq@iwhr.com10的地震动峰值加速度为:横河向066g,顺河向051g,竖向036g。震后查明大坝多个坝段的下
6、游面高程62789m坝坡突变处都出现水平裂缝。上游面高程62027m~62941m处出现的水平裂缝更明显多于下游面。震前大坝的渗漏量为500Lmin,强震后渗漏量增加到1500Lmin,最高达7000Lmin,以后逐渐降低,至1998年恢复到震前水平。强震后扬压力变化不大,基础廊道内钻孔取得的岩芯表明块石混凝土和基岩间粘结良好,量测的扬压力也都小于设计值,说明坝基未被强震剪切脱开。3值得指出的是,该坝原设计分两期施工,首期坝高83m,总库容102亿m,10年后再加高20m,总库3容扩至2
7、77亿m。1954年开工后至1958年才又决定一期施工到顶,因而其挡水坝段的断面似较为特殊。由于当时并不认为该坝区是地震活动区,因而没有考虑到在地震作用下,把坝顶加宽到148m将增加顶部惯性作用,以及在距坝顶366m处下游突然折坡,将导致应力集中,这些都是对抗震不利因素。[2]22我国的新丰江大头坝我国新丰江大坝位于广东省东江支流新丰江上,为下游开敞的大头坝,坝高105m。由每个坝段为18m的共19个支墩组成,两岸连接重力坝段。大坝中部河床处为溢流坝段。坝顶高程为124m。坝基岩性是侏罗纪
8、-白垩系花岗岩。在水库开始蓄水后不久就频繁发生地震,震源深度一般为3~6km。约二年半后于1962年3月19日发生震级为61级的主震。震中在坝址东北约11km处。震中烈度为度。主震后,坝体在右岸第13~18坝段高程108m附近发现延伸约82m的水平裂缝,在左岸2、5、10坝段的大致相同高程,也有较小的不连续裂缝,这些裂缝大多是上下游贯穿的。应当指出,裂缝部位正是大头坝腹腔顶部坝体断面显著突变处。大坝在1961年3月至1962年初,即因蓄水后频繁发震
