紫坪铺面板堆石坝地震反应计算研究及施工优化

在设计施工期间，有3 所大学和科研院所对紫坪铺坝进行了地震反应研究计算。兹简要介绍赵剑明、刘小生、汪小刚等2001～2004 年期间的研究计算成果（见文献[7]）。

堆石坝的静力动力计算方法与本书7.2 节基本一致，赵剑明等论文的优点是各种坝料的静力计算参数和动力计算参数试验工作做得很细致很充分（参阅《面板坝大型振动台模型试验与动力分析》第7 章和第8 章），本书不再重复。该书采用的残余剪应变和残余体应变的计算方法，与本书第5 章介绍的沈珠江方法不同，故介绍于下。

根据中国水利水电科学研究院的试验研究成果，动剪应力与残余剪应变的关系为

式中 Vτ——动剪应力，kPa，即本书第5 章中的qd；

γp——残余剪应变，即本书第5 章中的γr；

a、b——与循环加荷次数和应力状态有关，根据试验得到紫坪铺堆石坝的参数见表8.6。

残余体应变与动剪应力的关系（非饱和坝体）为

式中 εdv——残余体应变，%，即本书第5 章中的εvr；

k1——系数；(www.xing528.com)

n1——指数。

以上参数与围压σ′3有关，见表8.6。

表8.6　紫坪铺面板堆石坝材料残余变形参数

将残余应变换算成直角坐标系下的应变，并求出等效结点力，将等效结点力作用于坝体，便可求得坝体残余变形。

赵剑明等对紫坪铺坝进行了静力动力计算分析，动力分析时输入人工合成加速度过程线，其峰值为0.26g，卓越周期TP＝0.17s，地震历时20s，如图8.18 所示。求得各部位的加速度反应值、动应力反应值，并求得永久变形。

图8.18　输入的基岩地震加速度时程曲线

计算结果：在坝轴线中部，坝顶顺河向 （y 向）最大加速度为7.92m/s2，加速度放大倍数为3.05；接近坝顶的下游面最大竖向 （z 向）加速度为3.95m/s2，加速度放大倍数为2.28；坝轴向 （x 向）加速度为1.87m/s2，8.5.2.2 节汶川地震时坝上的强震监测台阵实测资料推算的各部位加速度放大倍数与本节计算值趋势一致。

永久变形的计算成果为：在0＋350 剖面坝顶竖向永久位移为23.1cm，下游坝坡在坝高3/4 处向上游永久位移14cm，上游坝坡向下游永久位移15.5cm。

此计算输入地震过程线的峰值加速度为0.26g，地震历时20s，计算得到坝顶竖向永久位移为23.1cm。而汶川地震在坝址基岩地震加速度估计为0.6g，地震历时80s，实际发生坝顶竖向永久位移为87～92cm。可见，计算值与实测值在规律上有较好的可比性，计算采用的力学模型和参数较为可信。