Page 105 - 2022年第53卷第9期

杨会臣等 ［３１］ 在关于混凝土重力坝极限抗震能力的研究中，计算了混凝土开裂后不同形状脱离体在
地震作用下的失稳过程，随着地震动放大倍数的增加，脱离体滑动位移增加最终落入下游。结合高拱
坝的数值及振动台试验结果，可以看出高拱坝中上部受损破坏产生贯穿的裂缝后，混凝土块体与重力
坝脱离体具有相似的失稳过程，因此层间抗滑安全系数及其持时可作为安全评价指标，探讨拱冠梁中
上部的破坏规律与潜在危险层面。
本文以白鹤滩拱坝为例，建立了高拱坝 － 地基有限元模型，采用地震动峰值加速度（ｐｅａｋｇｒｏｕｎｄ
ａｃｃｅｌｅｒａｔｉｏｎ ，ＰＧＡ）作为地震动强度参数，将 １０条人工合成地震波分别调幅为 １２个 ＰＧＡ强度等级输入
有限元模型进行有限元计算。结合振动台试验与数值仿真试验的结果，针对坝体中上部可能产生严重
破坏的情况，以拱冠梁中上部为研究对象，考虑混凝土损伤引起的材料参数变化，逐层计算了拱冠梁
中上部的层间抗滑安全系数及层间抗滑安全系数持时作为局部安全评价指标。绘制了两种指标随 ＰＧＡ
强度变化的发展曲线，以及在不同 ＰＧＡ下沿高程的分布图，研究了其随 ＰＧＡ变化的发展规律。并分
别统计了层间抗滑安全系数最小值和层间抗滑安全系数持时最大值所在的坝高位置，根据统计结果确
定了拱冠梁中上部的潜在抗震薄弱面位置。本文计算结果与高拱坝振动台地震破坏试验结果相近，说
明将该评价指标用于拱冠梁中上部抗震安全评价的效果良好，可为高拱坝抗震薄弱部位的定位以及大
坝安全监测提供参考。

２ 计算模型和计算条件

本文以 ２８９ｍ高的白鹤滩拱坝为例，建立了拱坝有限元模型，并进行了动力分析。图 ２（ａ）为大
坝－ 地基有限元模型。结合实际情况，对 ３０条坝体横缝进行了模拟，如图 ２（ｂ）所示。其中 Ｘ方向为
横河向方向，Ｙ方向为顺河向方向，Ｚ方向为竖直方向。

图 ２ 坝体有限元模型 图 ３ 人工合成地震波反应谱

模型的材料参数主要来源于白鹤滩拱坝的设计资料，坝体混凝土 表 １ 材料参数
和坝基参数见表 １，其中混凝土强度与弹性模量均为静态取值。 材料参数 坝体混凝土 基岩
对正常水位下的拱坝模型进行了地震动力分析。坝体 － 库水作用 密度?（ｋｇ?ｍ ） ２４００ ２８００
３
采用 Ｗｅｓｔｅｒｇａａｒｄ附加质量法 ［３２］ 施加到大坝上游表面的节点上，采用
泊松比 ０．１６７ ０．２４
杜修力等 ［３３］ 提出的黏弹性人工边界来模拟无限地基的辐射阻尼，坝
弹性模量?ＧＰａ ２４ ２６
体部分采用混凝土塑性损伤本构。考虑到地震波的随机性，根据地震
抗拉强度?ＭＰａ ２．２
动危险性分析确定贡献最大的潜源地震区，采用有限断层法得到设定
抗压强度?ＭＰａ ２３．４
场地谱，并人工合成 １０条三向地震波，其反应谱如图 ３所示，三向
地震记录如图 ４所示。将每条地震波均以 ０．１ｇ的强度间隔调整到 １２个 ＰＧＡ强度，从 ０．１ｇ到 １．２ｇ，即
总共有 １２０条三向地震波被输入模型进行模型的动力响应分析。
— １ １ ８ —
１