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上、下游面坡度对重力坝抗震性能的影响 李兴印 辛全才 摘要：采用振型分解反应谱法，分析了不同上、下游坡度的某重力坝在8 度地震设计烈度下的地震响应，得到了地震作用下大坝不同坡度顺流向和竖向的最大位移响应、坝踵最大拉应力响应和坝址最大压应力响应。通过对比分析，得到地震作用下上、下游坡率变化对重力坝抗震性能的影响。 关键词：抗震性能，坡度；有限元；重力坝 Impacts of Upstream and Downstream Surface Slope on Seismic Performance of Gravity Dam LI Xingyin, XIN Quancai Abstract: The mode-decomposition response spectrum method is used to analyze the seismic responses of gravity dam with different upstream and downstream surface slopes and under 8-degree design seismic intensity. The maximum displacements along the river direction and the vertical direction, the maximum tensile stresses at dam heel and the maximum compressive stresses at dam site in different slopes of upstream and downstream surfaces are obtained. The impacts of upstream and downstream surface slopes on seismic performance of gravity dam are understood by comparing the calculation results. Key Words: seismic performance; slope; finite element; gravity dam 中图分类号：TV642.3； TU352.1 文献标识码：A 文章编号：0559-9342（2013）01-0044-02 重力坝是水利工程中最常见的坝型。因此，有关重力坝地震动力的研究众多。文献[1]基于时域分析法分析了重力坝地震反应；文献[2]则通过二维时域显式有限元模型分析了重力坝-库水-淤沙-地基系统的动力反应，主要研究了淤沙对大坝动力反应的影响。这些都基于时程分析方法对大坝进行动力分析。文献[3]基于振型分解反应谱法对大坝进行动力反应分析。文献[4]通过其提出的二维随机地震动输入模型对重力坝进行了随机地震动力响应分析。 本文采用振型分解反应谱法对重力坝进行抗震分析。对于重力坝地震反应，振型叠加反应谱法可给出足够的精度用于其抗震设计[5]，采用谱分析时只需取有限个低阶振型就可以得到令人满意的结果，计算工作量小。文中分别分析了上、下游坡面不同坡度时的动力响应。 1 有限元计算模型 1.1 基本假定 坝体材料为线弹性，地基为线弹性体，库水为不可压缩流体。库水对坝体的作用采用Westergaard附加质量记入。 1.2 计算参数 坝体采用C25 混凝土，弹性模量为2.8 GPa，并根据DL 5073—2000 《水工建筑物抗震设计规范》，动态弹性模量标准值较其静态标准值提高30%。泊松比为0.167，容重为24.0 kN/m3。坝高H=100 m，上游水位100 m，下游水位20 m。坝顶宽b=10 m，坝底宽B 根据上、下游坡度确定，上游面坡度n，下游面坡度为m。根据SL 319—2005 《混凝土重力坝设计规范》，实体重力坝上游坝坡宜采用1∶0～1∶0.2，下游坝坡宜采用1∶0.6～1∶0.8。因此，本文主要讨论n=0、0.05、0.1、0.15、0.2 与m=0.6、0.65、0.7、0.75、0.8 的工况。坝基弹性模量为3.0GPa，泊松比为0.2，容重为26.0 kN/m3。基础分析时向上游延伸3H，向下游延伸2H，竖直向下延伸1.5H。 1.3 结构网格剖分 本文分析的重力坝比较简单，采用Ansys 有限元软件中的二维模型对其进行分析。其中，顺流向为x 向，竖直向为y 向。有限元网格剖分见图1。 2 有限元分析 采用振型分解反应谱法对大坝结构进行地震动力分析，设计反应谱图参考DL 5073—2000 《水工建筑物抗震设计规范》。 对于本文重力坝地震设计烈度为8 度的Ⅰ类场地，根据规范，反应谱代表值βmax=2.0，特征周期Tg=0.2 s，