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金沙江下游梯级水电站区域地质稳定与高坝抗震安全分析

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发表于 2011-8-27 16:01:14 | 显示全部楼层 |阅读模式
公元2008 年5 月12 日,中国四川汶川里氏 8.0 级大地震震惊全世界。突如其来的特大灾难, 使中国人民瞬间陷入空前的悲痛之中。然而就在 全国人民奋力抗震救灾时,由地震诱发的堰塞湖 等次生灾害接踵而至。面对地震灾区近百座水库 可能溃坝的危险,人们把关切担忧的目光投向了 位于四川省境内的金沙江下游的四座梯级水电站 上,这四座水电站的坝址地壳稳定性、抗震安全 性究竟如何?这场大地震对在建的水电工程有无 影响?人们期待着一个权威的答案。为此《中国 三峡》杂志社特别邀请了中国三峡总公司总工程 师张超然等人对此进行了全面而系统的分析。
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金沙江下游梯级水电站概况

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    金沙江水电基地是我国十二个水电基地 中最大的一个,是“西电东送”的重要能源 基地。金沙江下游河段( 攀枝花市至宜宾市) 全长782 km,落差729 m,规划分四级开发, 从上至下依次为乌东德、白鹤滩、溪洛渡、 向家坝,规划总装机容量43 210 MW,年发电 量1 897 亿kW•h。! Y8 J4 c( {3 T

+ }/ c% T- g- I6 x( F    乌东德水电站位于四川省会东县与云南 省禄劝县境内,其开发任务以发电为主,兼 顾防洪和拦沙。大坝坝高265 m,水库总库容 54.6 亿m3,电站装机容量8 700 MW,多年平均 年发电量392 亿kW•h。工程计划2011 年正式 开工建设。
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    白鹤滩水电站位于四川省宁南县和云南 省巧家县境内,是一座以发电为主,兼有防 洪、拦沙等综合效益的特大型水电站。大坝 坝高284 m,水库总库容190.0 亿m3,调节库 容104.4 亿m3,具有不完全年调节性能。电 站装机容量14 000 MW,多年平均年发电量 602 亿kW•h。工程计划2010 年正式开工建设。 溪洛渡水电站地处四川省雷波县与云南永 善县接壤的溪洛渡峡谷段,是一座以发电为主, 兼有防洪、拦沙及改善下游河段通航条件等综 合利用效益的巨型水电站。大坝坝高278 m,水 库总库容126.7 亿m3, 调节库容64.6 亿m3, 具有不完全年调节能力。电站总装机容量 12 600 MW,多年平均年发电量约610 亿kW•h。 工程施工总工期为12 年2 个月,已于2005 年 12 月26 日正式开工建设,计划2013 年7 月首 批机组投产发电。4 q* ~" Z2 v* W' L
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    向家坝水电站是金沙江梯级开发中的最末 一个梯级,坝址左岸是四川省宜宾县,右岸是 云南省水富县。其开发任务以发电为主,同时 改善上、下游通航条件,兼顾灌溉、防洪、拦沙, 具有为上游梯级进行反调节的作? 谩4蟀影痈?162 m,水库总库容51.85 亿m3,调节库容9.03 亿m3。电站总装机容量6 400 MW,多年平均发 电量约330 亿kW•h。工程施工总工期为9 年, 已于2006 年11 月26 日正式开工建设,计划 2012 年10 月首批机组投产发电。) W" {) i# P& v* d7 ^, E" m8 t
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区域及坝址地质构造稳定性评价

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    金沙江下游河段四个梯级水电站在区域地 貌上位于青藏高原和云贵高原向四川盆地过渡 的斜坡地带,地势总体上西高东低,在地质构 造单元上属于扬子准地台范畴。在地质历史上, 长期受西部地槽强烈活动的影响,区域构造基 本特征总体上以断裂构造为主,褶皱特征处于 次要地位。区域内主干断裂发育,是主要的发 震特征,地震活动较频繁。但选定的四个坝址 均避开发震断层,一般与活动断层相距25 km以上,坝址区均处于一个相对稳定地块,即在 不稳定的大地质背景下坝址位于一个安全的地 质岛上。
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    四个水电站区域及坝址地质构造稳定性评 价分述如下:
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乌东德水电站

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1 Z% O5 W: j+ X4 |    乌东德水电站库坝区在大地构造上处于扬 子准地台三级构造单元落雪断拱,处于川滇菱 形地块内部。落雪断拱夹于南北向小江断裂和 磨盘山-绿汁江断裂间,北界为北东向菜园子 (糖房?瓦厂田)断裂,南界为近东西向通安- 落雪断裂,呈一近东西向的三角形块体,是一 个长期上升为主,相对稳定的地块。外围活动 断裂分布在离坝址45 km 以远,7 级以上地震震 中离坝址50 km 以远,影响至乌东德坝址的烈 度均不超过7 度。- u: U, d6 y  l6 e6 D' c3 \' q. P

3 a) Q5 @" Z3 T; g  K    坝址区5 km 范围内地震活动微弱,历史上 未发生过5 级以上破坏性地震,仪器仅记录到 9 次小于4 级的零散地震,无小地震集中现象。 坝址近场区发生过5 级以上地震3 次,最大为 1947 年淌塘5.5 级地震,离坝址最近距离约 10 km,影响至坝址地震烈度为6 度,6 级以上 地震距坝址均大于40 km。
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0 T6 t! H3 ~& w4 _( |    历史地震对坝址的最大影响烈度为7 度, 是1733 年东川7.75 级地震( 距坝址50 km)。 其余外围几次强震对坝址产生的地震烈度均未 超过6 度。对坝址区影响最大的东侧小江断裂 和普渡河断裂所构成的构造活动带,极值分析 100 年内小江断裂带有发生7 级左右地震的可 能,普渡河断裂带有发生6.5 级左右地震的可 能,影响至乌东德坝址的烈度不超过7 度。
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    中国地震局对《乌东德水利枢纽工程场 地地震安全性评价补充论证报告》进行了批 复,坝址区地震基本烈度为7 度,相应的基 岩水平峰值加速度为0.127 g。按100 年超 越概? ?.02 设防, 相应设计地震加速度为 0.270 g(265 gal)。
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白鹤滩水电站

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    工程所在区域位于康滇地轴与上扬子台褶 带两个二级构造单元的过渡带,地质条件较为 复杂。区域内断裂构造发育,其中全新世?晚 更新世活动断裂较为发育。1 ]' N! B; `; d; W3 Q

( V1 S# Y; O1 U0 |4 j: M  `) ?    近场区内西南侧的则木河断裂带、小江断 裂带距工程坝址区约25 km。全新世虽有活动, 但则木河断裂带松新以南、小江断裂带蒙姑以 北,活动性相对较弱。9 n7 d9 A$ N& E& A( F

* C& o6 B5 `& B0 f; R/ g    坝址区位于凉山构造带东侧与莲峰-巧家 构造带相夹持的三角形区域内,区内断裂规模 普遍较小,且最新活动时间均在中更新世及以 前,对区域地壳稳定性不构成影响。坝址区地 壳稳定性条件总体较好。
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+ t& h# q6 F( }1 i+ b7 Q' m. t" u0 T: x    根据区域地震地质条件和地震活动特征分 析,工程区40 km 范围内,无6 级以上地震发生, 但中小地震记录频繁,表明坝址区地震危险性主要来自外围强震影响,历史地震对坝址的最 大影响烈度为8 度,为1733 年东川7.75 级地 震(距坝址104 km)和1850 年西昌7.5 级地震(距 坝址73 km)。其余外围几次强震对坝址产生的 地震烈度都未超过7 度。对坝址区影响最大的 则木河断裂和小江断裂所构成的构造活动带, 极值分析未来百年对坝址的影响不会超过8 度 水平。# }" H# @& D. u! x. M* B; {
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    中国地震局分析预报中心进行了坝址设计 地震动参数分析研究,经国家地震安全性评定 委员会审定,坝址区地震基本烈度为8 度,相 应的基岩水平峰值加速度为0.168 g。按l00 年 超越概率0.02 设防,相应设计地震加速度为 0.331 g(325 gal)。  ~. e; g% H! U4 S/ G: _

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溪洛渡水电站

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+ x- J' V/ j3 w2 A' H2 T    溪洛渡水电站在大地构造上属于扬子准地 台西部的二级构造单元扬子台褶带范畴,区域 外围受三江和龙门山断裂带控制,均属发震断 裂带,但距坝址均在140 km 以外,地震活动对 工程影响不大。! {7 M" ]8 }5 y+ r+ ]0 N
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    区域内的主要断裂构造为北东向的莲峰― 华莹山断裂,南北向的凉山断裂束和北西向 的马边―盐津隐伏断裂带。莲峰断裂距坝址南 25 km,该断裂在新生代早中期有过多次活动,自晚更新世末以来活动很弱,具有较好的稳定 性。凉山断裂束呈南北向等间距分布,最东侧 的峨边-金阳断裂距坝址西20 km,该断裂带 晚更新世以来活动较弱,显示良好的稳定性。 马边-盐津隐伏断裂带晚第四纪以来曾发生一 系列强震和群集的弱震,是区域内的一条活动 断裂。
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5 T5 t0 |9 J/ ~% ?+ }: h+ g    坝址区位于莲峰断裂、峨边-金阳断裂和 马边-盐津隐伏断裂三条断裂所围限的雷波― 永善三角形块体之中南部(见? ?)。块体南北 长80 km,东西宽40 km,内部构造破坏微弱, 地表未见大的断层分布。深部地球物理场显示 无深大断裂反映,块体内地震活动微弱,不具 备发生6 级以上强震的地震地质背景。区域新 构造活动以大面积整体性、间歇性抬升为主, 表现为边界断裂的相对活动和断块内部的相对 稳定。坝区所在的雷波-永善块体为一个相对 完整、稳定的块体。
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$ M" ^$ l* h2 t3 e: A$ A! t5 \0 @    溪洛渡坝区的地震危险性主要来自块体东 侧马边地震带的波及影响。历史上曾发生过大 于6 级的强震5 次,波及到坝址的地震烈度为 6 度左右。据对该带的未来地震危险性分析, 马边地震带为6.75 ? 7 级危险区。7 w# l6 j4 O  o

: l7 b+ k% C% O; X8 C; Z8 [8 e    中国地震局对溪洛渡水电站进行了地震基本烈度复核和地震危险性分析工作,坝址区地 震基本烈度为8 度,相应的基岩水平峰值加速 度为0.18 g。按l00 年超越概率0.02 设防,相 应设计地震加速度为0.321 g。
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% I6 z; I; V, ]3 m- @" e, }    2008 年5 月12 日汶川发生8.0 级特大地震, 溪洛渡工程坝区距震中304 km,实测溪洛渡坝 址附近最大峰值加速度0.0114 g,影响烈度仅 3 ? 4 度。汶川地震位于龙门山断裂带上,据 历史地震记载该带于1897 年在武都南曾发生 8 级地震(距坝址200 km),可研阶段分析结论 认为该地震影响到坝址区的最大烈度小于6 度, 由此可见可研阶段的分析成果留有较大安全余 地。, b  `3 P: @2 ~2 g
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向家坝水电站

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+ n$ |& Y$ P. T( v% B    向家坝水电站区域大地构造单元西部为松 潘印支地槽,东部为扬子准地台。坝址东南侧 距华莹山断裂带约20 km,西距马边-昭通SN 向断裂带约60 km。坝址区位于四川内陆盆地 盖层褶皱滑脱构造稳定区内的自贡至宜宾构造 地震活动基本稳定带,无活动断层通过,区域 构造稳定性较好。
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& I% C0 t+ V4 Z* F: y: }' t    坝址区外围地震活动主要集中在2 个地震 带,即西部马边-大关强震活动带和东部宜 宾中强震活动带。马边-大关强震带的发震构 造是马边-昭通SN 向断裂带的组成部分,自 1216 年雷波马湖发生7 级地震以来,至1988 年共记载有6 级以上地震8 次,7 级以上地震 2 次,其中最大地震强度7.1 级,于1974 年5 月11 日发生在永善县钟家坪。宜宾地震带主 要受华莹山断裂控制,历史上该断裂上发生的 最大地震为公元前26 年宜宾5.5 级和1610 年 高县庆符5.5 级地震,近代弱震活动也较频繁。 坝址区无发生中强地震的地震地质背景,历史 外围地震对坝址区影响烈度为5 ? 6 度。 中国地震局对向家坝水电站进行了地震基 本烈度复核和地震危险性分析工作,坝址区的 地震基本烈度为7 度,相  应的基岩水平峰值加 速度为0.120 g。按100 年超越概率0.02 设防, 相应设计地震加速度为0.222 g。' l6 ]  N7 x, e3 I. j

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混凝土高拱坝抗震安全度

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# }" P: `0 P! y/ T1 @    金沙江下游四座水电站中乌东德、白鹤滩 和溪洛渡均为混凝土高拱坝,向家坝为混凝土 重力坝,其场区基本地震烈度分别为7 度、8 度、8 度和7 度。经地震危险性研究分析,按100 年超越概率0.02 设防,相应的地 震动峰值加速度分别为0.270 g、0.331 g、0.321 g 和0.222 g。, a. V6 t; C' M

: t7 s9 Q7 a5 V" P0 C& \    向家坝为混凝土重力坝,坝高相对较低,设计地震加速度相对数小,抗震安 全度较高。乌东德虽为混凝土高拱坝,但坝高较白鹤滩、溪洛渡相对较小,且设 计地震加速度比白鹤滩和溪洛渡低一个等级。白鹤滩目前还处于可研阶段,因而 本文重点分析溪洛渡拱坝抗震安全性。
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    溪洛渡水电站坝址区地震基本烈度为8 度,拱坝最大坝高278 m,其规模均 超过现行国家规范的控制标准,因而开展了专门的地震危险性分析研究,并在设 计中除按规范规定方法对拱坝进行静力和动力分析外,还开展了一系列科研和模 型试验,为拱坝安全度评价提供了科学依据。
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设计地震荷载
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    基本烈度8 度,相应α = 0.180 g ;设计地震加速度α = 0.321 g ;设计 地震谱采用现行水工抗震规范规定的标准反应谱;设计地震波:①按标准反应谱 生成的人工模拟地震波(人工波);②根据坝址区地震危险性分析得到的场地地 震波(溪洛渡);③参照标准反应谱经过幅值修正的印度柯依纳波大坝坝址基岩 实测地震波(柯依纳波)。考虑顺河向和横河向地震的共同作用,竖向地震力乘 以0.5 的遇合系数。+ I. B- d, v2 o8 a, ]+ o0 g
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拱坝自振特性

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. ]- S4 V' O. Z1 p4 e    根据坝面几何形状和材料特性,采用动力拱梁分载法及有限元进行大坝自振 特性分析:
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; M( T( B4 W: B% k, Y2 ~" {    (1) 正常蓄水位时,大坝第一阶振型呈反对称,第二、三阶振型呈正对称, 大坝基频1.18 ? 1.25 Hz,基本周期0.80 ? 0.85 s;(2) 水库低水位(死水位)时, 振形相同,大坝基频1.35 ? 1.39 Hz,基本周期0.72 ? 0.74 s。 动力分析计算成果
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    (1) 拱梁分载法动力反应最大值(应力MPa,位移cm)
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    水位上游面拱应力上游面梁应力下游面拱应力下游面梁应力拱顶动位移
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    正常蓄水位6.93 2.93 4.11 3.22 9.67" r, j2 g. T; C" b9 T% g2 r

% j9 Y: n9 F; R" w! J; o" |    死水位
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    (运行低水位) 6.01 2.42 3.85 2.63 8.64
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4 p4 w6 @4 s$ A    两种水位情况下,地震动应力均以拱向应力为主,拱向高应力区分布在上部 高程? 肮诹焊浇?,最大值可达6 ? 7 MPa。坝体周边拱面应力较小。两种水位情况, 上游面梁向动应力均为拱向动应力的40%? 50%,下游面梁向动应力约为拱向 动应力的70%。梁向高应力区主要分布在中部高拱冠梁附近,最大值为3.0 MPa 左右。静力叠加的最大主压应力由正常蓄水位情况控制,最大值为12.5 MPa,出 现在坝体下游面。坝体下游面高压应力主要分布于两岸拱端附近,主压应力满足 应力控制标准,具有较大安全程度。静力叠加后,坝体的高拉应力区集中出现在 上游面顶部拱冠梁附近,主要由地震时的拱向拉应力产生,正常蓄水位主拉应力 最大值3.8 MPa ;运行低水位主拉应力最大值5.6 MPa,最大值由运行低水位情况 控制。正常蓄水位情况下,拉应力大于控制标准的坝面面积占总面积的0.4%以 下,运行低水位情况下,拉应力大于控制标准的坝体面积占总面积的5%以下。7 h6 h7 ~) v- P0 Z# R; \% E# E

1 ~3 Y7 Q3 L) o) H    (2) 线弹性有限元坝体动力分析
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    线弹性有限元动应力最大值(MPa) 水位 上游面下游面 拱向应力梁向应力拱向应力梁向应力 正常蓄水位7.15 4.35 4.93 3.77 死水位5.73 4.04 4.22 3.08
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; t6 C- M) @. [$ W3 Q' |    地震动力反应同拱梁分载法结算结果一致。静动叠加的最大压应力由正常 蓄水位情况控制。拱向及梁向压应力均满足应力控制标准。静动叠加后,除坝踵 局部应力集中外,坝体的高拉应力集中出现在坝顶拱冠梁附近,主要由地震时的 拱向压应力产生。不计坝踵局部应力集中影响,在正常蓄水位情况下,拉应力大 于控制标准的坝体面积占总面积的0.4% 以下;在运行低水位时,拉应力大于控 制标准的坝体面积占总面积的5% 以下。上述计算成果,没有考虑实际地质地形、地基的辐射阻尼以及横缝张开的非线性影响。4 S7 o' [4 m. ^/ d: w. _+ s9 e
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    (3) 考虑地基辐射阻尼、横缝张开和材料非线性影响的8 s4 l1 \8 q; `  o% y

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拱坝动力反应分析成果

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2 I8 |! w+ F. I, |5 Y. X    ①静动叠加的最大压应力由正常蓄水位情况控制,主压 应力最大值9.0 MPa,出现在坝体下游面,高压应力区主要 分布于两岸拱端附近。压应力满足要求,且具有较大安全裕 度。②静动叠加的最大拉应力由运行低水位情况控制(运行 低水位时横缝张开最大值8.12 mm,发生在右1/4 拱圈的横 缝上游面。横缝张开自顶拱最大,向下逐渐减小,扩展范围 大约50 ? 90 m,横缝的最大张开不会在同一时刻出现),主 拉应力最大值2.0 MPa,出现在顶拱拱冠梁附近。由于考虑 材料的非线性开裂情况,上游坝踵的局部高拉应力释放,坝 体最大主拉应力满足应力控制标准。③设计地震作用下,坝 踵? 鱿志植靠?眩???逊段?喽员冉闲。?扑愕目?焉疃?不超过5 m,裂缝相对稳定,继续扩张的可能性较小,大坝 整体稳定能够得到保证。
2 Y' x/ s% l* g9 y
( o6 B9 s$ U2 ?% W# y0 y9 r" {" p    (4) 大型三向六自由度振动台――大坝、坝基和库水系 统振动动力模型试验
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    ①模型试验基本情况:模型长度比尺300、弹模比尺 135,台面尺寸5 m×5 m,最大载重量20 t。为模拟在强地震 作用的拱坝响应,在拱坝坝体上设7 条横缝,以观测在其强 地震作用下的开闭过程。在试验中,通过模型试验与数值分 析两种手段相互补充、互为验证,对溪洛渡拱坝抗震安全性 作出合理可靠的评价。
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' B$ e/ R( x: c+ I* t. f+ V+ |% G    ②坝体应力、横缝响应及超载试验成果:地震作用下 坝体动应力最大值为3 MPa 左右,与静态应力叠加,不超过 坝体材料强度控制标准。在正常蓄水位时,动态拉压应力 最大值比较接近,坝体整体性好,横缝基本没有张开。在低 水位条件下,动态拉应力最大值较压应力最大值小,反映在 低水位工况下坝体横缝张开的影响(横缝张开最大值约为 4.46 mm)。
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( G% s" u4 D4 k6 B: Y) b    ③超载条件下坝体动力响应:模型在2.6 倍设计地震时, 坝顶位移与加速度基本保持线性关系,坝体无损伤发生;在 3.9 倍设计地震时,坝顶位移与加速度发生显著变化,坝体 变形增速大于坝体荷载增速,坝体横缝张开,使得坝体整体 性下降,坝体内发生损伤,自振频率下降,反映坝体损伤对 整体刚度的影响。但是,由于损伤非常微小,试验过程中目 视检查并未发现可见损伤。在5.2 倍设计地震动时,发现左 右坝肩附近有显著开裂迹象,其他部位仍无可见损伤。坝体发生明显损伤迹象之后,其震后静承载能力未 见异常,表明溪洛渡拱坝具有较为优异的抗震 性能。
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坝肩动力稳定分析

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# y7 T( G1 u; c    采用刚体极限平衡法及刚体弹簧之法,进 行坝肩动力稳定分析。
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    (1) 刚体极限平衡法成果:按波输入法, 即地震惯性力按某一方向达最大值时采用,分 别输入人工波和溪洛渡波。坝肩稳定最小安全 系数1.73 和1.67。按遇合系数计入滑动面作 用的地震惯性力,即作用在滑块上的竖向地震 惯性力最大值与水平向地震惯性力最大值遇合 系数按0.5 计入,两个水平向地震惯性力最大 的遇合系数按以下三种情况考虑:工况1 :横 河X 向及顺河Y 向遇合系数均取1.0 ;
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    工况2:横河X 向取1.0,顺河Y 向取0.5; 工况3 :横河X 向取0.5,顺河Y 向取1.0。坝 肩稳定最小安全系数1.43,大于规范要求大于 1.20 稳定安全系数。
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    (2) 刚体弹簧之法坝肩动力稳定分析成? ?: 基本思路:把结构划分为一些由分布在接触面 的弹簧系统连接在一起的刚性单元的集合,刚 体元本身不发生弹性变形,可方便地用于模型 岩层错动。计算工况:正常蓄水位+自重+淤沙+温降+渗流体力+设计地震波输入。计算成果:采用人工波、柯 依纳波、溪洛渡场地波作用下,计算出的最小动安全系数分别为1.43、 2.03、1.27。参照刚体极限平衡法稳定控制标准,坝肩动力稳定满足 规范要求。+ T2 F+ y3 h! v5 W
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    综上所述可见,溪洛渡拱坝强度及稳定均能满足抗震规范要求, 且具有较高的安全裕度。
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    白鹤滩拱坝根据现阶段动力分析成果表明,抗震安全度与溪洛渡 拱坝基本上处在一个水平,目前正进行充分析计算和开展相关试验研 究。7 q# {1 M$ k8 G# t' D
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国内外高拱坝抗强地震实例
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    据有关资料,国内外经受过7 度以上强震的拱坝共有13 座,除 部分拱坝发生局部损坏外,均未出现大坝失事,也未发生重大损伤。 本文介绍美国帕柯伊玛拱坝和台湾德基拱坝等发生强震后的坝体情况 的典型事例。" S' W2 V4 I' E# }

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美国帕柯伊玛拱坝
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! f7 E9 O, Z9 m% F# k    帕柯伊玛(Pacoima)拱坝位于美国加洲洛杉矶东北方向约7 km 处, 于1929 年建成,坝高110 m,是当时美国最高坝,设计时未考虑地 震作用。帕柯伊玛拱坝是经历强烈地震遭受局部损伤并获得较完整地 震记录的极少拱坝震害实例。Pacoima 拱坝分别遭遇了1971 年2 月9 日San Fernando 和1994 年1 月17 日Northridge 两次强烈地震。9 x" u+ f/ x' n9 U
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    1971 年发生6.6 级San Fernando 地震,震中距坝趾8 km,地震 时水位距坝顶45 m。左坝肩距离坝顶15m 处得到水平1.25 g,竖向0.7 g 的最大加速度记录。地震造成左坝肩下游处的岩体错动多达20 cm。 1976 年为提高左岸坝肩岩体的稳定性打设了35 根后张式锚索。
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* S1 f# k* b* A" U9 x' S    1994 年发生6.8 级Northridge 地震,震中距坝址17.7 km。坝 体的损伤较1971 年严重。左岸支墩岩体错动近50 cm,通过35 根锚 索即限制了岩体的进一步滑动。左岸邻近坝肩的一条构造横缝因下游 推力墩的错动而产生了约5 cm 残留张开,缝的底部约为0.5 cm。坝 体的其它横缝在地震中张开,但地震后均自然闭合。右岸基本没有明 显损伤。9 ?5 j( }5 `; K1 T2 T

: d3 K. K: _% c    地震中坝顶上的所有测点的强烈震动均超出了强震仪的量程,但 在坝基、左坝肩得到了完整的记录。左坝肩记录到的最大地震加速度 水平向1.58 g,竖向1.2 g。坝基的最大水平加速度0.43 g。
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台湾德基拱坝

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3 U, ^* G4 [# g    1999 年9 月21 日台? 寮??卣穑?.3 级)有三座拱坝上获得了 较强的地震记录,但拱坝均无严重损伤。德基双曲拱坝位于台中县和 平乡梨山村,1974 年建成,坝高181 m,坝顶弧长290 m,顶拱拱冠 厚4.5 m,坝底拱冠厚20 m,厚高比仅为0.11,坝顶高程1 411 m,正常蓄水位1 408 m,地震时库水高程1 394.5 m。 地震时在拱顶附近(高程1 395 m)记录到 最大水平径向最大加速度0.877 g,切向最大加 速度0.593 g。地震之后检查,坝顶道路良好, 未发现裂缝及错动,女儿墙及栏杆也完好,大 坝下游面未发现新裂缝,老裂缝也无恶化现象, 在坝体廊道内检查,接缝处也未发现明显错动 或变位,两岸大坝下游面混凝土与基岩接触带 未发现岩块崩落、剪裂与渗水等现象,坝顶边 坡也无明显滑落现象。总之,地震后大坝总体 状态良好,只是坝基、左斜廊道、坝肩廊道的 渗水局部增加,但之后渗水量持续下降。 德基拱坝按0.15 g 拟静力法进行的抗震校 核,地震时没有记录到坝基的地震动记录。距 坝址约2 km 的台湾气象局达见观测站(高程为 1 510 m)的地震记录,最大水平(东西向)加 速度0.53 g。
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    从这些经历过强震的高拱坝实例可见,混 凝土拱坝抗震超载能力很大。( m4 E2 r- Q; Y# E4 a1 p2 j
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    结论: p, c7 m+ w9 ]. Z
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    (1)金沙江下游河段所处地区断裂构造发 育,地震活动较频繁,但选定的四座水电站的 坝址,均避开了区域主干断裂和活动断层,位 于地质构造相对稳定的地块,处在一个地质相 对稳定的安全岛。
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3 R) h& f- i, F6 K; T/ Z# ]  y    (2)金沙江下游四座梯级水电站均采用多 种手段和方法进行了拱坝静、动力结构分析计 算,其中溪洛渡高拱坝还进行了地质力学模型 试验和大型振动台动力模型试验。计算分析和 模型试验成果表明,高拱坝抗震安全满足国家 和行业有关规程规范要求,且具有较高的安全 裕度。
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    (3)据统计,国内外经受7 度以上强震作 用的拱坝共有13 座,均没有发生失事事故,仅 部分出现坝体局部开裂等损伤,说明混凝土拱 坝具有较高的抗地震能力和良好的超载潜力。
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