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深厚覆盖层上某核电护岸结构地震响应及稳定性分析

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白秋红+赵杰+王桂萱

摘要：以某深厚覆盖层上核电护岸工程为研究对象，介绍了护岸抗震稳定分析的原理和分析方法。采用等价线性法对代表性断面进行有限元动力时程分析，得到SL1和SL2地震动作用下护岸结构的加速度响应、安全系数、液化区分布状况以及震后残余变形。通过分析地基不同土层交界面加速度响应变化来研究深厚覆盖层对加速度峰值的动力放大效应影响。

关键词：深厚覆盖层；等价线性；动力响应；残余变形

：TU311：A：1000-0666（2017）01-0052-07

0引言

随着资源的日益匮乏，核电能源成为一种新型能源，凭借安全、清洁且经济高效的优势为我国的能源缺口和环境问题提供了一条重要解决途径（郭勇，郑砚国2008）。随着我国核电的快速发展，沿海地区符合核电厂标准设计的岩质地基厂址资源日益减少，导致新建核电厂的选址往往无法规避软土地基，为此国内很多规划新建的核电海工护岸结构均坐落于深厚覆盖土场地上。考虑到深厚覆盖层的形成条件不同，地质环境相差较大，且存在分布不规律等因素，造成其结构和级配变化大、物理力学性质不均匀的特点，土性在水平和垂直两个方向存在较大差异。因此，位于深厚覆盖层地基上的核电结构设施必须考虑深厚覆盖层地基对结构抗震性能的影响。

孙锋（2013）利用深厚覆盖层地基具有较强的压缩性以及较小渗透性，会使得结构沉降较大的特点，根据实际地质情况建立模型进行计算分析，得到深厚覆盖软土地基的沉降规律。费康等（2008）等认为采用常规的拟静力方法不能真实反映深厚覆盖层上土石坝的动力特性，应从坝体材料的动力稳定性、永久变形和安全系数时程变化等方面综合评价大坝的稳定性。党发宁和胡再强（2005）通过对深厚覆盖层上土石坝的三维有限元模型进行动力计算分析，得到土石坝在地震作用下的稳定性以及安全性。赵剑明和温彦锋（2010）在三维非线性有效应力地震反应分析的基础上，针对深厚覆盖层上高土石坝的特点，提出从稳定、变形、防渗体安全等方面对深厚覆盖层上高心墙堆石坝的极限抗震能力的研究方法，对堆石坝进行抗震研究。

本文以坐落在深厚覆盖层上的某沿海核电海工护岸结构为工程背景，采用等价线性法，在SL1和SL2地震动作用下进行核电护岸的动力响应、地下砂土层的液化、残余变形等分析，得出深厚覆盖层上护岸结构动力响应和抗震稳定性等方面的规律。通过分析护岸内部加速度的放大过程研究深厚覆盖层厚度以及复杂土层对加速度峰值的动力放大效应影响。

1计算分析方法

11等价线性法

护岸结构在深厚覆盖层条件下的地震响应以及稳定性与土的动力特征密切相关。土体复杂的非线性特征随着地震振幅的增大而增大。采用传统的非线性时程分析方法计算复杂、费时较长而且分析参数较多且不容易掌握，因此，本文排除传统方法采用等价线性法（宋建希等，2016）。等价线性法最大的优点是可以考虑土体在地震作用下的复杂非线性变化，而且也极大的提高了计算效率。等价线性法中剪切模量和阻尼比是由等效剪应变振幅来确定，但是等效剪应变振幅在初始计算中是未知的，因此需要通过不断迭代来确定等效剪应变幅值，具体步骤如图1所示。

地震研究40卷第1期白秋红等：深厚覆盖层上某核电护岸结构地震响应及稳定性分析12液化及残余变形分析

在地震反应分析中有效应力法能够求出地震过程中孔隙水壓力的增长规律和液化随时间的发展过程，Finn（1981）等人首先提出在粘弹性模型的基础上进行动力分析，但分析具有局限性，仅适用于一维分析，沈珠江和徐志英（1981）把它推广用于二维问题的分析。有效应力动力分析方法的计算结果更为合理更能真实反映出土的特性。本文将整个动力作用过程等分成若干时间段，每个时间段按WILSON-θ法动力计算，按经验公式得到该时段内各单元的残余变形，将结果以初应变或初应力的形式进行静力计算，从而得到结点位移、单元应变的变化。将计算得到的每个时段的应力应变进行叠加从而得到整个过程中的动应力应变和残余变形。

13有限元动力时程分析

考虑地震过程中护岸结构应力的瞬时变化计算出每一时刻护岸结构抗滑稳定安全系数称之为有限元动力时程分析方法，该法考虑了岩土体材料的不均匀性和非线性。目前我国《核电厂抗震设计规范》（GB50267—97）和《核电厂海工构筑物设计规范》（NB/T25002-2011）均要求针对核电海工构筑物这类核安全物项必须采用动力时程分析方法进行抗震稳定性评。因此，在护岸结构动力反应分析中，利用动力有限元法（田贵川，何江达，2010）通过计算护岸结构在地震过程中每个单元节点的应力分布以及变形状况，运用每一单元叠加的应力以及变形来评价护岸结构的动力稳定性。并且以最小安全系数作为评价护岸稳定性的标准。

2算例分析21工程概况某核电厂海工构筑物护岸结构，顶部高程145