混凝土大壩的抗震安全評價（一）
發(fā)布時間：2010-01-14 共2頁
2.2 采用兩級地震設(shè)防標(biāo)準(zhǔn) 以美國為代表的一些國家，采用兩級地震設(shè)防標(biāo)準(zhǔn)。這也是目前許多國家壩工抗震設(shè)計中的一種趨勢。美國墾務(wù)局在1970年以前，大壩設(shè)計地震加速度采用0.1g，1974年以后提出設(shè)計基準(zhǔn)地震DBE與最大可信地震MCE兩級設(shè)防的概念。美國大壩委員會1985年起草并經(jīng)國際大壩委員會1989年公布的《大壩地震系數(shù)選擇導(dǎo)則》，明確了使用安全運行地震動OBE與最大設(shè)計地震動MDE兩級設(shè)防的地震動參數(shù)選擇原則。按照這一準(zhǔn)則，在安全運行地震OBE作用時，大壩應(yīng)能保持運行功能，所受震害易于修復(fù)。故一般可進行彈性分析，并采用容許應(yīng)力準(zhǔn)則。在最大設(shè)計地震MDE作用時，要求大壩至少能保持蓄水能力。這表示可容許大壩出現(xiàn)裂縫，但不影響壩的整體穩(wěn)定，不發(fā)生潰壩。同時，大壩的泄洪設(shè)備可以正常工作，震后能放空水庫。OBE一般選為100年內(nèi)超越概率50%(重現(xiàn)期145年)的地震動水平，以Housner為首的美國大壩安全委員會則建議DBE的重現(xiàn)期為200年，經(jīng)過經(jīng)濟上合理性的論證時，還可適當(dāng)延長。關(guān)于MDE的概率水準(zhǔn)或重現(xiàn)期，沒有作明確規(guī)定。值得注意的是MDE的決定一般都和大壩的失事后果相聯(lián)系，只對特別重要的壩，才令MDE等于MCE。確定MCE，一般有確定性方法(地質(zhì)構(gòu)造法)和概率法等兩種方法，國際大壩委員會的導(dǎo)則認(rèn)為，就目前的認(rèn)識水平而言，不可能明確規(guī)定必須采用哪種方法。建議同時采用兩種方法，并應(yīng)用工程經(jīng)驗進行判斷。
采用兩級設(shè)防水準(zhǔn)有待解決的問題是MDE作用時，如何檢驗大壩的安全性。目前還沒有取得共同的認(rèn)識，但是近年來已受到許多國家的關(guān)注，并且已有了一定的進展。這方面有代表性的是加拿大大壩安全委員會1995年制定的《大壩安全導(dǎo)則》，將大壩按其失事后果區(qū)分為4類：①非常小 無傷亡，除大壩本身外，無經(jīng)濟損失；②小 無預(yù)期傷亡，中等損失；③高 若干傷亡，較大損失；④很高 大量人員傷亡，很高震害損失。最大設(shè)計地震MDE的年超越概率AEF按大壩失事后果確定：①失事后果小的壩：1/100<AEF<1/1000;②失事后果高的壩：1/1000<AEF<1/10000；③失事后果很高的壩：AEF=1/10000.加拿大的BC Hydro公司又將上述準(zhǔn)則進一步具體化，按極端情況下的生命損失(LOL)以及社會經(jīng)濟、財政和環(huán)境損失(SFE)的金額來區(qū)分失事后果的大小：①非常小：LOL<0.01，SFE<10萬加元；②小：0.01<LOL<1,10萬加元<SFE<1000萬加元；③高，1<LOL<100,1000萬加元<SFE<10億加元；④很高：100<LOL<10000，10億加元<SFE<1000億加元；⑤特殊高：LOL>10 000,SFE>1000億加元。關(guān)于MDE的年超越概率，正在進一步制訂便于操作的準(zhǔn)則，但尚未獲得最終結(jié)果。關(guān)于安全評價方法，他們也在研究，認(rèn)為計算應(yīng)力只是一個中間步驟，希望確定壩的地震失效模式，了解開裂后壩的動力特性。
歐洲許多國家大都參照國際大壩委員會制定的準(zhǔn)則進行考慮。例如，法國按近1000年內(nèi)發(fā)生的最大區(qū)域地震在最不利位置處發(fā)生時確定MCE，而DBE則按大壩運行期內(nèi)可能發(fā)生一次的地震規(guī)模確定。意大利基本上以國際大壩委員會的準(zhǔn)則為基礎(chǔ)。南斯拉夫大壩MDE的重現(xiàn)期選為1000至10000年，按失事后果確定。瑞士重要大壩的安全評價按MCE考慮，小壩參照房屋建筑的要求考慮。瑞士電力工程服務(wù)公司為伊朗若干拱壩(壩高100m左右)進行的抗震設(shè)計，MCE的平均重現(xiàn)期定為2000年左右。其地震加速度值約為DBE的兩倍。MCE作用時容許大壩開裂，要求檢驗被裂縫分割的壩體的動態(tài)穩(wěn)定。假設(shè)強震時拱壩的結(jié)構(gòu)縫、水平施工縫以及壩基接觸面上裂縫均張開，按各壩塊為剛體的假設(shè)分析裂后壩的穩(wěn)定性，要求各壩塊的相對變形和轉(zhuǎn)動不使壩喪失穩(wěn)定，不發(fā)生壩塊墜落。按照他們的經(jīng)驗，設(shè)計良好的拱壩，壩的剖面基本上由DBE工況確定。此外，我國臺灣按失事的危險性將大壩分為3類，1類MDE=MCE;2類DBE<MDE<MCE；3類OBE<MDE<DBE.其中DBE的重現(xiàn)期為100年，OBE的重現(xiàn)期為25年。
2.3 我國現(xiàn)行規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)[10] 我國現(xiàn)行的水工建筑物抗震設(shè)計規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)雖然采用了極限狀態(tài)的計算公式，實質(zhì)上仍然是以彈性分析為主的容許應(yīng)力標(biāo)準(zhǔn)，按計算出的最大拉應(yīng)力來控制壩的安全性。采用一級設(shè)防標(biāo)準(zhǔn)，選擇的設(shè)計地震加速度，對基本烈度(50年超越概率10%，重現(xiàn)期475年)為Ⅶ、Ⅷ、Ⅸ度區(qū)的場地，分別取為0.1g，0.2g和0.4g.只是對設(shè)計烈度小于8度，壩高小于70m的2級或3級的混凝土重力壩和拱壩，容許采用擬靜力法分析，引入地震作用效應(yīng)折減系數(shù)ξ=0.25.但對重要大壩，則需將設(shè)計地震加速度的水準(zhǔn)提高到100年超越概率2%(重現(xiàn)期4950年).地震作用采用反應(yīng)譜法進行彈性分析，適當(dāng)提高結(jié)構(gòu)的阻尼比(拱壩3%-5%)，材料強度取值也適當(dāng)提高，混凝土動態(tài)強度較靜態(tài)強度提高30%，動態(tài)抗拉強度取為動態(tài)抗壓強度的10%.計入結(jié)構(gòu)重要性系數(shù)，設(shè)計狀況系數(shù)，結(jié)構(gòu)系數(shù)和材料分項系數(shù)影響后，混凝土的抗拉強度設(shè)計值約為材料抗壓強度標(biāo)準(zhǔn)值的0.132倍。
