水垫塘底板稳定性动位移响应识别方法优化

一般而言，衬砌后的水垫塘依靠一定厚度的与基岩锚固在一起的混凝土板块抵抗泄洪水流产生的巨大的时均和脉动荷载。要全面评价水垫塘衬砌防护结构的稳定性需要从水动力和结构动力两方面的耦合作用来综合研究。

大量试验资料表明[5 10]水垫塘防护结构的失稳破坏过程主要经历三个阶段，对应不同的破坏阶段，其与水流的耦合动力作用表现出不同的动位移响应特性：

（1）止水完好时[图5.1（a）]，底板与基岩固结良好，锚固钢筋基本不受力，板块在水动力荷载作用下，带动板块上表面水体做微幅振动，板块的动位移响应特性主要是线弹性的微幅振动。(www.xing528.com)

（2）在水垫塘内射流水舌的冲击和来流挟带砂石颗粒碰撞下，造成板块间接缝处的止水部分或全部被破坏[图5.1（b）]，由射流冲击区所产生的脉动压力通过破坏的止水缝隙进入板块底面原生缝隙层中，并沿缝隙迅速传播开来，使板块上受到强大的上举力。在长时间射流水舌的作用下，板块底面缝隙层不断地被扩张和贯通，最终导致板块和基岩分割开来。这个过程发展比较缓慢，需要同时克服板块与基岩的固结和锚固钢筋的作用，板块动位移响应的非线性特征逐渐明显，其特征表现为高频小振幅与低频大振幅的混合振动，随着破坏进程的发展，低频大振幅振动的能量越来越大。

（3）缝隙完全贯通、锚固钢筋屈服后，与基岩脱离的板块在水流脉动上举力作用下，其失稳出穴过程是一个变幅变频的随机振动过程，一般板块在座穴内振动的时间较长，而真正拔出的时间较短。

由此可见，由底板、锚固钢筋、基岩（边坡）组成的水垫塘防护结构与水动力荷载的耦合作用的机理虽然复杂，但在底板块失稳破坏的各个阶段却表现出不同的动位移响应特性。因此，通过分析水垫塘底板块动位移响应特性，就可以识别出水垫塘防护结构的运行性态。用动位移响应特性识别底板的稳定性，其关键就是从底板可能出现的各种极限状态入手，找出在不同破坏状态下各控制点的极限动位移，以此作为底板稳定性的识别标准。从技术方法上来说，可以利用水垫塘防护结构动位移响应原型观测成果，通过建立水垫塘底板、水体、基岩、锚固钢筋的耦合有限元模型，计算不同破坏状态下板块的极限动位移，进行水垫塘防护结构的动位移响应特性的分析，从而对水垫塘底板的稳定性进行识别[11]。