地震波倾斜入射对土石坝动力反应的影响.pdf

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1、第32卷第8期水电能源科学Vo1．32No．82014年8月WaterResourcesandPowerAug．2014文章编号：i000—7709(2014)08—0072—05地震波倾斜入射对土石坝动力反应的影响张树茂，周晨光。，邹德高，孔宪京(1．大连理工大学水利工程学院，辽宁大连11602432．大连理工大学海岸和近海工程国家重点实验室，辽宁大连116024)摘要：为研究土石坝在地震波倾斜入射时的动力反应，采用粘性人工边界及其对应的等效荷载地震动输入方法，对某典型土石坝有限元模型，分别计算了sV波和P波以不同角度、不同方向入射时的坝体动力反应，探

2、讨了坝顶加速度放大系数随入射角度的变化规律。结果表明，随地震波入射角度的变化，坝顶加速度反应存在明显的差异，且在入射角度较大时表现得更加显著，说明行波效应的影响增强；此外，地震波自上、下游两侧入射时的结果截然不同。因此，在土石坝抗震设计及安全评价中，考虑地震波倾斜入射以及行波效应的影响是十分必要的。关键词：土石坝；倾斜入射；粘性人工边界；等效荷载中图分类号：TV641．1；TU435文献标志码：A2．1粘性人工边界及其地震动输入方法1引言本文采用粘性人工边界，退化的等效粘弹性在土石坝动力反应分析时通常假设地震波垂人工边界界面单元见图1。图1中，尼、忌分别

3、直入射，这在多数情况下是合理的，但对于近场浅源地震或复杂场地条件下地震波到达近地表时入射方向并不垂直向上[1]，而是以某一角度传播到地表，表现出明显的行波效应，对大型结构的地震反应就会有很大影响_2]。此外，在分析地震波倾斜入射时假定波动自上游侧入射_3考虑不够全Fig．1Viscousartificialboundaryelement面，因有一些震源恰好位于大坝下游_4]。一般来为单位面积上法向和切向的弹簧系数，在粘性人说，大坝与震中的相对位置决定了地震波是自坝工边界单元中，弹簧系数均取0；c、c分别为单位体上游或下游中的某一侧入射。因此，研究土石面积

4、上法向和切向的阻尼系数，其计算公式为：坝在地震波倾斜入射条件下的动力反应特性，对c一pcp(1)土石坝抗震设计以及安全评价具有重要意义。鉴ct—pc。(2)此，本文采用粘性人工边界及地震动输入方法来式中，p为边界处材料的质量密度；c。、c。分别为P模拟地震波倾斜入射，先通过半圆形山谷散射问波和S波的波速。题算例对实现该方法的程序进行准确性验证，然地震动输入采用等效节点荷载_5来实现，该后针对某典型二维粘土心墙坝有限元模型，计算方法同时考虑了地基辐射阻尼作用和行波效应，了SV波和P波按不同角度分别自坝体上、下游从而实现了对坝体与地基之间相互作用的模拟。侧入

5、射情况下坝体的动力反应，探讨了地震波倾既可以考虑波动垂直入射情况，又可以模拟近场斜入射对土石坝动力反应的影响。区地震时波动倾斜入射下的波场分布。在用于模拟实际波场的应力边界条件时，等效节点荷载向2地震动输入方法及算例验证量的计算表达式为：F6一R；+“；(3)收稿日期：2013-12-10，修回日期：2014—01—10基金项目：地震行业科研专项项目(201208013)；国家自然科学基金项目(51279025，51379028，91215301)；新世纪优秀人才支持计划资助项目(NCET一12—0083)作者简介：张树茂(1987一)，男，硕士研究生，

6、研究方向为土石坝抗震设计及安全评价，E-mail：zhshmer@163．eom·74·水电能源科学一。)＼1O0OOO1、2，不同坝料的归一化等效动剪切模量／()和等效阻尼比h与动剪应变幅y的关系曲线见图5土石坝动力反应分析8。基岩的弹性模量为30GPa，泊松比为0．25，密度为2650kg／m3。5．1SV波入射情况表1静力模型参数图1O为SV波以不同角度分别自坝体上、下Tab．1Parametersofstaticmodel游侧入射时坝顶水平向加速度放大系数和入射角之间的关系曲线。图10中加速度放大系数定义为SV波以同一角度入射情况下坝顶水平向最大

7、加速度与自由场地表水平向最大加速度的比值。由图10可看出：①当SV波由上游侧入射时，随注：Pd为材料的干密度，kg／m。；。为一个大气压下的内摩擦角；入射角度的增大，坝顶的水平向加速度放大系数△为相对内摩擦角；C为材料的粘聚力；Rf、、n、kb、m均为邓肯张E—B模型参数。在整体上呈先减小后增大的趋势。入射角为10。表2动力模型参数时，加速度放大系数达到最小值，而后逐渐增大，Tab．2Parametersofdynamicmodel在入射角为30。时，其加速度放大系数较垂直入材料Kl材料K射时大16左右。其中，入射角在0。～20。时的心墙料16090．5

8、25【1过渡料47220．423反滤料l1170．578Il堆石料46650．4