王富強(qiáng)，劉超，周建平，楊澤艷

（1.水電水利規(guī)劃設(shè)計(jì)總院，北京市西城區(qū) 100120；2.中國(guó)電力建設(shè)集團(tuán)有限公司，北京市海淀區(qū) 100048）

我國(guó)高土石壩抗震安全研究進(jìn)展

王富強(qiáng)1，劉超1，周建平2，楊澤艷1

（1.水電水利規(guī)劃設(shè)計(jì)總院，北京市西城區(qū) 100120；2.中國(guó)電力建設(shè)集團(tuán)有限公司，北京市海淀區(qū) 100048）

土石壩在我國(guó)水利水電工程中被廣泛采用，近年來(lái)建成了一批高土石壩工程，不少位于高地震烈度區(qū)，其抗震安全一直是社會(huì)和業(yè)界關(guān)注的重點(diǎn)。由于地震傳播和土石材料的復(fù)雜性，高土石壩抗震安全也是科學(xué)研究的難點(diǎn)和熱點(diǎn)。通過(guò)大量研究和工程實(shí)踐，我國(guó)在高土石壩抗震安全及工程措施方面取得了一系列研究成果。本文著重從高土石壩抗震研究和建設(shè)實(shí)踐出發(fā)，概要總結(jié)我國(guó)高土石壩的抗震設(shè)防標(biāo)準(zhǔn)、安全評(píng)價(jià)準(zhǔn)則及計(jì)算分析方法、抗震工程措施等方面的研究成果和技術(shù)進(jìn)展。

高土石壩；抗震安全；抗震工程措施；技術(shù)進(jìn)展

0 引言

土石壩因其就地取材、適應(yīng)性好等優(yōu)點(diǎn)，在我國(guó)水利水電工程中被廣泛采用。近年來(lái)，隨著水利水電行業(yè)的快速發(fā)展，我國(guó)土石壩建設(shè)也取得了很大成就。根據(jù)我國(guó)《碾壓式土石壩設(shè)計(jì)規(guī)范》（DL/T 5395—2007）的定義，壩高超過(guò)100m的土石壩可稱為高土石壩。我國(guó)高土石壩工程一般為采用現(xiàn)代碾壓技術(shù)的分區(qū)土石壩，防滲體可分為土心墻、混凝土面板、瀝青混凝土心墻或?yàn)r青混凝土面板等，壩殼料一般為堆石料或砂礫石料。據(jù)不完全統(tǒng)計(jì)，截至2015年底，我國(guó)已建成壩高超過(guò)100m的高土石壩工程84座，其中面板堆石壩68座，土心墻堆石壩15座，瀝青混凝土心墻堆石壩1座。我國(guó)已建最高的面板堆石壩為水布埡壩，壩高233m，也是世界最高的面板堆石壩；最高的土心墻堆石壩為糯扎渡壩，壩高261.5m；最高的瀝青混凝土心墻壩為冶勒壩，壩高125.5m。

由于水資源配置需求，我國(guó)尚需在西部地區(qū)建設(shè)一批高壩大庫(kù)工程，其中有不少擋水建筑物為高土石壩。比如，2016年底蓄水的猴子巖面板堆石壩和長(zhǎng)河壩心墻堆石壩，以及正在建設(shè)的兩河口和雙江口心墻堆石壩壩高分別為223.5m、240m、295m和314m；規(guī)劃建設(shè)的如美心墻堆石壩、古水面板堆石壩、茨哈峽面板堆石壩等超高壩工程分別高達(dá)315m、242m和257.5m。這些工程有不少建設(shè)于高地震烈度區(qū)，其抗震安全性一直是社會(huì)以及水利水電行業(yè)關(guān)注的重點(diǎn)問(wèn)題。由于地震動(dòng)、土石材料的復(fù)雜性，高土石壩的抗震安全也一直是行業(yè)關(guān)注的難點(diǎn)問(wèn)題和科學(xué)研究的熱點(diǎn)問(wèn)題，也取得了大量研究成果[1-3]。

本文對(duì)抗震設(shè)防標(biāo)準(zhǔn)、安全評(píng)價(jià)準(zhǔn)則及計(jì)算分析方法、抗震工程措施等方面的主要成果進(jìn)行簡(jiǎn)要總結(jié)，以期為高土石壩抗震設(shè)計(jì)研究和建設(shè)實(shí)踐提供參考。

1 高土石壩抗震設(shè)防標(biāo)準(zhǔn)

1.1 我國(guó)現(xiàn)行抗震規(guī)范及相關(guān)規(guī)定

我國(guó)現(xiàn)行《水電工程水工建筑物抗震設(shè)計(jì)規(guī)范》（NB/T 35047—2015）規(guī)定，一般水工建筑物采用場(chǎng)地地震基本烈度設(shè)防，即基準(zhǔn)期50年超越概率10%的地震動(dòng)參數(shù)作為設(shè)計(jì)地震動(dòng)參數(shù)；而設(shè)防類別為甲類的壅水建筑物以基準(zhǔn)期100年超越概率2%的地震動(dòng)參數(shù)作為設(shè)計(jì)地震動(dòng)參數(shù)。相應(yīng)的性能目標(biāo)為，容許局部損壞，經(jīng)一般修復(fù)后仍可正常運(yùn)行。

2008年汶川特大地震后，我國(guó)更加重視水電工程的抗震安全評(píng)價(jià)工作，水電水利規(guī)劃設(shè)計(jì)總院2008年制定的《水電工程防震抗震研究設(shè)計(jì)及專題報(bào)告編制暫行規(guī)定》，對(duì)水電工程抗震專題設(shè)計(jì)和專題審查進(jìn)行了規(guī)定，并要求不僅在設(shè)計(jì)地震工況下需保證結(jié)構(gòu)強(qiáng)度安全性和整體穩(wěn)定性，對(duì)1級(jí)擋水建筑物和復(fù)雜地震地質(zhì)條件的2級(jí)擋水建筑物，還應(yīng)考慮抵御超設(shè)計(jì)地震情況下的結(jié)構(gòu)整體安全性，即分析校核地震工況下的結(jié)構(gòu)整體穩(wěn)定性。甲類建筑物采用基準(zhǔn)期100年超越概率1%或MCE的地震動(dòng)參數(shù)進(jìn)行校核，相應(yīng)的性能目標(biāo)為“不潰壩”。對(duì)特別重要的擋水建筑物，還應(yīng)研究極限抗震能力和地震破壞模式。

1.2 國(guó)內(nèi)外高壩抗震標(biāo)準(zhǔn)對(duì)比分析

高壩抗震設(shè)防標(biāo)準(zhǔn)主要受以下幾個(gè)因素影響：工程重要性、地區(qū)經(jīng)濟(jì)發(fā)展程度，工程區(qū)地震強(qiáng)烈性和地震的不確定性等。工程越重要，失事造成后果越嚴(yán)重，則設(shè)防標(biāo)準(zhǔn)越高，重現(xiàn)期也越長(zhǎng)；工程影響區(qū)域經(jīng)濟(jì)越發(fā)達(dá)，一般采用的地震重現(xiàn)期也越長(zhǎng)；地震活動(dòng)性強(qiáng)的國(guó)家和地區(qū)，設(shè)計(jì)重現(xiàn)期可能適當(dāng)縮短，反之在弱震國(guó)家和地區(qū)，則設(shè)計(jì)重現(xiàn)期可能適當(dāng)加長(zhǎng)。

據(jù)統(tǒng)計(jì)，國(guó)外各國(guó)主要采用不同重現(xiàn)期地震參數(shù)進(jìn)行抗震設(shè)防，例如，智利地震活動(dòng)性強(qiáng)烈，重現(xiàn)期800年的地震峰值加速度（PGA）大于0.5g；意大利重現(xiàn)期2500年的PGA為0.6g；英國(guó)地震活動(dòng)性較弱，重現(xiàn)期30000年的PGA為0.375g；瑞士重現(xiàn)期10000年的PGA約為0.5g。我國(guó)多數(shù)高壩所在的西南地區(qū)，重現(xiàn)期5000年地震PGA一般為0.3～0.4g，重現(xiàn)期10000年可達(dá)0.4～0.5g，有的甚至超過(guò)0.6g。

通過(guò)國(guó)外與我國(guó)的高壩抗震設(shè)防標(biāo)準(zhǔn)對(duì)比發(fā)現(xiàn)，國(guó)外主要采用運(yùn)行期基本地震（OBE）和安全設(shè)防地震（SEE）兩級(jí)設(shè)防，而我國(guó)高壩則在安全設(shè)防地震（SEE）分設(shè)計(jì)安全設(shè)防地震和校核安全設(shè)防地震兩級(jí)，對(duì)運(yùn)行期基本地震（OBE）則不予控制。高壩大庫(kù)一旦受震失事，次生災(zāi)害對(duì)社會(huì)造成的損失遠(yuǎn)大于工程本身，嚴(yán)重威脅公共安全，而我國(guó)既是一個(gè)地震多發(fā)國(guó)家，又是世界上修建大壩最多的國(guó)家。因此，我國(guó)抗震規(guī)范對(duì)重要大壩地震設(shè)防水準(zhǔn)的要求相對(duì)比較嚴(yán)格，甲類設(shè)防的大壩接近于國(guó)外多數(shù)國(guó)家最大可信地震（MCE）的水平，而其性能目標(biāo)又和國(guó)外運(yùn)行期基本地震（OBE）的要求接近。

綜上，我國(guó)建立大壩抗震設(shè)防水準(zhǔn)的原則與國(guó)外基本一致，但甲類設(shè)防高壩的抗震設(shè)防水準(zhǔn)和性能目標(biāo)要求相對(duì)較為嚴(yán)格。我國(guó)大壩抗震設(shè)防標(biāo)準(zhǔn)是基于震害實(shí)際、工程實(shí)踐和科研成果等綜合確定的，符合我國(guó)高壩數(shù)量大且多分布于強(qiáng)震區(qū)的實(shí)際情況。

2 高土石壩抗震安全評(píng)價(jià)準(zhǔn)則及分析方法

2.1 抗震安全評(píng)價(jià)內(nèi)容

根據(jù)大量水電工程震損調(diào)查及分析[4]，高土石壩抗震安全需重點(diǎn)關(guān)注下列震害現(xiàn)象：

（1）滑動(dòng)失穩(wěn)，主要指地震作用下壩坡整體或局部失穩(wěn)滑動(dòng)。

（2）地震永久變形，即土石壩在地震作用下的沉降與水平位移。

（3）地震裂縫，即土石壩在地震作用下產(chǎn)生的縱向、橫向或其他形狀的裂縫，從土石壩抗震安全角度來(lái)看，應(yīng)重點(diǎn)關(guān)注滑動(dòng)裂縫（滑裂面）、貫穿土質(zhì)防滲體或混凝土面板的裂縫等。

（4）壩基土層地震液化及其引起的滑動(dòng)、坍塌等。

（5）防滲體系功能的損壞，包括土質(zhì)防滲體貫穿裂縫（滑裂面）、混凝土面板裂縫或損壞、接縫止水結(jié)構(gòu)變形過(guò)大或損壞等。

2.2 安全評(píng)價(jià)準(zhǔn)則及計(jì)算分析方法

針對(duì)高土石壩抗震安全評(píng)價(jià)的主要內(nèi)容，簡(jiǎn)要總結(jié)了地震作用下的壩坡穩(wěn)定、壩體變形、壩基土層地震液化、防滲體斷裂、極限抗震能力等的評(píng)價(jià)準(zhǔn)則，并簡(jiǎn)要介紹了常用的計(jì)算分析方法。

2.2.1 壩坡穩(wěn)定分析方法及安全判斷標(biāo)準(zhǔn)

擬靜力法壩坡穩(wěn)定分析是現(xiàn)行抗震規(guī)范規(guī)定的基本方法，其安全判斷標(biāo)準(zhǔn)為：壩坡抗震穩(wěn)定的作用效應(yīng)不大于抗力效應(yīng)。擬靜力法概念簡(jiǎn)單，在我國(guó)土石壩抗震設(shè)計(jì)中得到廣泛采用，但對(duì)于高地震烈度區(qū)的高土石壩，在進(jìn)行擬靜力法計(jì)算的同時(shí)應(yīng)進(jìn)行動(dòng)力計(jì)算，以便對(duì)工程抗震的安全性做出綜合判斷。

壩坡動(dòng)力穩(wěn)定分析，即利用各個(gè)時(shí)刻的動(dòng)應(yīng)力和加速度進(jìn)行瞬時(shí)穩(wěn)定分析，得出各滑動(dòng)面安全系數(shù)隨時(shí)間的變化規(guī)律，并取其極小值是否小于某一標(biāo)準(zhǔn)來(lái)評(píng)價(jià)滑動(dòng)破壞的安全度。安全評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)為：（Fs）min＞[Fs]，其中[Fs]為安全系數(shù)的允許值，安全系數(shù)極小值（Fs）min可利用數(shù)學(xué)規(guī)劃法來(lái)求解。

Newmark滑塊分析法可用于計(jì)算土石壩在地震作用下產(chǎn)生的永久滑動(dòng)位移，據(jù)此評(píng)價(jià)壩坡的動(dòng)力穩(wěn)定性。該方法的思路是：將可能出現(xiàn)滑動(dòng)的土體類比于平面剛性滑塊，塊體和平面之間采用剛塑性接觸；滑塊受到的地震慣性力與加速度相關(guān)，而滑動(dòng)面上抵抗力則采用臨界加速度或屈服加速度表示，當(dāng)滑塊加速度超過(guò)該臨界值時(shí)，滑塊開始滑動(dòng)，直至慣性力反向后運(yùn)動(dòng)停止；對(duì)加速度超過(guò)屈服加速度的部分進(jìn)行二次積分就可計(jì)算出滑塊的位移。

數(shù)值分析方法包括有限元法、差分法和離散單元法等，其中最為常用是有限元法。有限元法計(jì)算可以根據(jù)邊坡的位移場(chǎng)、應(yīng)力場(chǎng)、塑性區(qū)等結(jié)果來(lái)間接評(píng)價(jià)壩坡穩(wěn)定性，或根據(jù)應(yīng)力場(chǎng)利用極限平衡方法計(jì)算穩(wěn)定安全系數(shù)。

此外，地震作用下壩坡穩(wěn)定分析還可采用地震滑動(dòng)危險(xiǎn)度法和臨界滑動(dòng)面法。

2.2.2 壩體變形評(píng)價(jià)準(zhǔn)則及分析方法

在地震作用下，除壩頂一定區(qū)域的壩坡表面出現(xiàn)鼓脹、松動(dòng)現(xiàn)象外，高土石壩宏觀上呈現(xiàn)“震縮”現(xiàn)象，即整體上產(chǎn)生震陷。地震作用導(dǎo)致的大壩變形主要有2個(gè)影響，一是造成壩頂高程降低，增加庫(kù)水漫頂?shù)娘L(fēng)險(xiǎn)，二是過(guò)大變形導(dǎo)致防滲體開裂引起嚴(yán)重滲漏、滲透破壞或沖刷破壞的風(fēng)險(xiǎn)。根據(jù)工程經(jīng)驗(yàn)和實(shí)際震害資料總結(jié)分析，對(duì)于采用重型碾壓機(jī)械壓實(shí)的現(xiàn)代土石壩和堆石壩，允許震陷率一般不應(yīng)超過(guò)1%～2%，壩高100m以下可以取高限，壩高100m以上的高土石壩一般取低限值1%。

常用的土石壩動(dòng)力反應(yīng)分析方法主要有：簡(jiǎn)化分析方法（剪切楔法）、集中質(zhì)量法和數(shù)值分析方法（以有限元、有限差分為主），其中數(shù)值分析方法最為常用。根據(jù)計(jì)算中對(duì)動(dòng)荷載的處理方式，土石壩地震反應(yīng)分析可分為擬靜力分析和動(dòng)力反應(yīng)分析。根據(jù)動(dòng)力本構(gòu)模型不同，可分為基于等價(jià)黏彈性模型的等效線性分析方法和基于彈塑性模型的真非線性分析方法等。從是否考慮孔隙水壓力的角度可分為總應(yīng)力法和有效應(yīng)力法，而有效應(yīng)力法又可分為排水有效應(yīng)力法和不排水有效應(yīng)力法。

2.2.3 液化破壞標(biāo)準(zhǔn)及分析方法

高土石壩的壩殼材料主要為堆石料或砂礫石料，一般為非液化土。若大壩建基于深厚覆蓋層上，覆蓋層中可能存在可液化土層，液化區(qū)位置或液化區(qū)達(dá)到一定范圍時(shí)則會(huì)發(fā)生液化破壞。常見(jiàn)的液化破壞判別方法有動(dòng)孔隙水壓力判別法、抗液化剪應(yīng)力比判別法和動(dòng)抗剪強(qiáng)度判別法。

（1）動(dòng)孔隙水壓力判別法：根據(jù)地震產(chǎn)生的動(dòng)孔隙水壓力與該部位的上覆壓力比值[即孔隙壓力水平D1，見(jiàn)式（1）]進(jìn)行判斷。一般認(rèn)為，D1≥0.9為液化區(qū)，0.5＜D1＜0.9 為可能液化區(qū)。

（2）抗液化剪應(yīng)力比判別法：即Seed和Idriss提出的估計(jì)砂土液化勢(shì)的方法，可在土石壩壩基土層液化的初步評(píng)價(jià)時(shí)采用。該方法將地基土的抗液化剪應(yīng)力比與該部位地震引起的最大動(dòng)剪應(yīng)力比的比值，定義為抗液化安全系數(shù)。若抗液化安全系數(shù)大于1，則該部位不會(huì)液化，反之則發(fā)生液化。

（3）動(dòng)抗剪強(qiáng)度判別法：定義抗震液化安全系數(shù)Fe是材料動(dòng)強(qiáng)度τf與地震時(shí)潛在破壞面上總剪應(yīng)力τ的比值，若Fe＞1.0，則該部位不會(huì)發(fā)生動(dòng)力失效或地震液化。

2.2.4 防滲體斷裂

土石壩的破壞多是由于防滲體失效而引起，面板、土質(zhì)防滲體的斷裂是地震破壞的主要類型之一。斷裂破壞可采用應(yīng)力判斷和變形判斷。應(yīng)力判斷時(shí)分別采用壓應(yīng)力和拉應(yīng)力進(jìn)行評(píng)價(jià)，包括拉裂與壓裂兩種破壞模式。采用變形判斷時(shí)，則根據(jù)永久變形計(jì)算結(jié)果并采用“傾度法”等經(jīng)驗(yàn)方法分析產(chǎn)生裂縫的可能，多用于土質(zhì)心墻堆石壩中。

2.2.5 高土石壩極限抗震能力分析

高土石壩地震破壞模式包括壩坡失穩(wěn)、基礎(chǔ)覆蓋層中砂層液化導(dǎo)致壩體失穩(wěn)、震陷量過(guò)大以致庫(kù)水漫頂、防滲結(jié)構(gòu)嚴(yán)重破壞以致滲透失穩(wěn)等。目前，高土石壩極限抗震能力尚未形成統(tǒng)一的評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)。一般認(rèn)為，可針對(duì)上述幾種破壞模式進(jìn)行分析評(píng)價(jià)：

（1）壩坡穩(wěn)定抗震極限分析。

采用擬靜力法時(shí)如果壩坡整體穩(wěn)定安全系數(shù)Fs＜1.0，則可認(rèn)為壩坡失穩(wěn)；采用有限元時(shí)程分析法時(shí)，地震過(guò)程中如果Fs＜1.0時(shí)間累加起來(lái)超過(guò)一定時(shí)間，比如2s，則壩坡失穩(wěn)。

（2）壩基砂層液化。

根據(jù)上文所述，可采用孔壓法、抗液化剪應(yīng)力比判別法等來(lái)評(píng)價(jià)壩基覆蓋層液化土層判斷的液化可能性，并分析土層液化是否導(dǎo)致壩坡整體失穩(wěn)。

（3）壩體震陷率。

壩體震陷可能導(dǎo)致壩體和防滲結(jié)構(gòu)裂縫，以及壩頂超高不足而帶來(lái)庫(kù)水漫壩失事。大量震害資料及分析表明，高土石壩抗震極限分析時(shí)取震陷率破壞標(biāo)準(zhǔn)為不大于1%基本合適，但該標(biāo)準(zhǔn)尚需進(jìn)一步研究。

3 高土石壩抗震工程措施

3.1 高土石壩抗震薄弱部位與薄弱環(huán)節(jié)

根據(jù)國(guó)內(nèi)外高土石壩震害調(diào)查分析，地震危害主要表現(xiàn)為壩頂及壩體沉陷，壩體開裂和壩坡失穩(wěn)。在軟巖地基和覆蓋層地基上的土石壩還表現(xiàn)出地基透水性增加、局部地基滲透破壞和地基失穩(wěn)。高土石壩的地震薄弱部位通常是指壩基地質(zhì)缺陷部位、壩坡以及大壩壩頂建筑物。

研究表明，大壩震后永久變形相對(duì)較大，與主震歷時(shí)長(zhǎng)、等效振次高，以及較小的震中距使得壩址基巖垂直向加速度反應(yīng)偏大密切相關(guān)；堆石體震縮產(chǎn)生的永久變形導(dǎo)致混凝土面板的頂部出現(xiàn)脫空現(xiàn)象，混凝土面板橫縫、水平縫發(fā)生擠壓、拉伸和剪切破壞。壩頂建筑物包括防浪墻，大壩下游壩坡表面出現(xiàn)剪脹效應(yīng)，高高程的潛在危險(xiǎn)滑塊易于震動(dòng)滑落，或出現(xiàn)較大殘余變形?？傮w而言，筑壩堆石料在地震過(guò)程中具有振動(dòng)硬化特性；且現(xiàn)場(chǎng)原級(jí)配堆石體的最大動(dòng)剪模量高于室內(nèi)試驗(yàn)值，其動(dòng)剪模量隨動(dòng)應(yīng)變的衰減程度也有所降低，表明面板壩具有優(yōu)良的抗震性能。

3.2 壩體抗震工程措施

3.2.1 適當(dāng)放緩大壩上部壩坡

對(duì)于強(qiáng)震區(qū)高土石壩工程，一般宜在頂部約1/5～1/4壩高區(qū)域適當(dāng)放緩壩坡，必要時(shí)設(shè)置馬道。

3.2.2 壩料及壓實(shí)度

由于“鞭梢”效應(yīng)，強(qiáng)震時(shí)高土石壩的壩頂區(qū)動(dòng)力響應(yīng)較大。良好的壓實(shí)質(zhì)量是提高其抗震穩(wěn)定的重要措施。此外，在壩頂區(qū)和壩坡表面采用大粒徑填筑料，可增強(qiáng)顆粒間的嵌固作用、提高壩料的抗剪強(qiáng)度，有助于提高壩頂區(qū)抗震性能。我國(guó)高土石壩的壩坡通常采用干砌或漿砌塊石進(jìn)行護(hù)坡。

3.2.3 適當(dāng)加大壩頂寬度

地震時(shí)，壩頂加速度往往有所放大，壩頂區(qū)域有發(fā)生坡面滑動(dòng)的可能，為不危及整個(gè)壩頂區(qū)抗震安全，壩頂應(yīng)具有足夠?qū)挾?，且?qiáng)震區(qū)應(yīng)適當(dāng)加寬。糯扎渡心墻堆石壩和在建的300m級(jí)雙江口、兩河口心墻堆石壩壩頂寬度分別為18m、16m和16m，均在規(guī)范規(guī)定的10～15m基礎(chǔ)上適當(dāng)加寬。

3.2.4 抗震加筋措施

我國(guó)高土石壩建設(shè)中，主要壩坡抗震加筋措施包括埋設(shè)土工格柵、鋪設(shè)鋼筋網(wǎng)等。土工格柵的鋪設(shè)受氣候環(huán)境的影響小，施工簡(jiǎn)捷、快速，對(duì)堆石壩的填筑強(qiáng)度影響較小。冶勒瀝青混凝土心墻堆石壩在約3/4壩高以上的部位采用土工格柵進(jìn)行了加固，其后瀘定、長(zhǎng)河壩、猴子巖、毛爾蓋等多座高土石壩也采用了該加固措施。

糯扎渡心墻堆石壩在壩頂約1/5壩高區(qū)域的上、下游壩殼堆石中埋入順河向不銹鋼錨筋?20@2.0m×2.5m，L=18.0m；并在相應(yīng)區(qū)域上、下游壩面鋪設(shè)扁鋼網(wǎng)與埋入壩殼內(nèi)的不銹鋼錨筋焊接。

3.2.5 抗震鋼筋混凝土框格梁

抗震梁可有效增加壩頂區(qū)域壩體的整體性，對(duì)壩頂區(qū)域壩坡穩(wěn)定有利。瀘定心墻堆石壩就在壩體和壩坡設(shè)置了抗震鋼筋混凝土梁。

3.3 覆蓋層壩基抗震處理措施

深厚覆蓋層壩基是高土石壩建設(shè)常常面臨的挑戰(zhàn)，近年來(lái)我國(guó)在深厚覆蓋層上建設(shè)了大量高土石壩工程。深厚覆蓋層上的高心墻堆石壩有長(zhǎng)河壩、瀑布溝、毛兒蓋、小浪底、獅子坪、瀘定等，高面板堆石壩有九甸峽、察汗烏蘇、那蘭等，瀝青混凝土心墻堆石壩有冶勒、黃金坪等。

目前已在深厚覆蓋層壩基處理上取得了大量經(jīng)驗(yàn)。對(duì)判定為可能液化的壩基砂層，應(yīng)采取挖除置換法，在挖除比較困難或很不經(jīng)濟(jì)時(shí)，可采取人工加密措施。對(duì)淺層宜用表面振動(dòng)壓密法，對(duì)深層宜用置換振沖、強(qiáng)夯等方法加密，還可結(jié)合振沖處理設(shè)置砂石樁，加強(qiáng)壩基排水，以及采取蓋重等防護(hù)措施。

比如，瀑布溝心墻堆石壩在下游壩腳處增設(shè)了60m長(zhǎng)的棄渣壓重，以提高壩基中砂層透鏡體的抗液化安全性；長(zhǎng)河壩心墻堆石壩將壩基埋深4～30m范圍內(nèi)厚度0.75～12.5m的可能液化砂層全部挖除；獅子坪心墻堆石壩對(duì)心墻與下游堆石下部的含碎礫石粉砂層進(jìn)行了8～15m深的振沖加固處理；龍頭石心墻堆石壩對(duì)壩基砂層采取了振沖碎石樁處理措施；黃金坪瀝青混凝土心墻堆石壩對(duì)壩基可能液化砂層采取了基本挖除及設(shè)置下游壩坡壓重等處理措施。

4 結(jié)束語(yǔ)

我國(guó)高土石壩抗震設(shè)防標(biāo)準(zhǔn)是基于震害調(diào)查分析、工程實(shí)踐和大量科研成果確定的，符合我國(guó)高壩多且多分布于強(qiáng)震區(qū)的實(shí)際情況。對(duì)比國(guó)外主要國(guó)家地震設(shè)防目標(biāo)，我國(guó)高壩工程的抗震設(shè)防標(biāo)準(zhǔn)及性能目標(biāo)要求相對(duì)較為嚴(yán)格。

經(jīng)過(guò)數(shù)十年的工程實(shí)踐和科學(xué)研究，高土石壩抗震安全評(píng)價(jià)體系基本形成，也發(fā)展出多種行之有效的抗震工程措施。抗震安全評(píng)價(jià)主要內(nèi)容包括地震作用下的壩坡穩(wěn)定、壩體變形、壩基土層液化、防滲體系斷裂等。2008年汶川地震的震害調(diào)查分析也表明，按照現(xiàn)代理論和方法以及現(xiàn)行規(guī)程規(guī)范設(shè)計(jì)建設(shè)的高土石壩是安全可靠的。

由于地震動(dòng)和土石材料的復(fù)雜性，高土石壩計(jì)算分析和抗震安全評(píng)價(jià)中仍需大量借助經(jīng)驗(yàn)判斷，如何合理提出定量的評(píng)價(jià)指標(biāo)仍是研究難點(diǎn)。比如，目前壩體震動(dòng)變形安全評(píng)價(jià)仍主要采用經(jīng)驗(yàn)的震陷率；大壩地震永久變形分析仍主要采用等效線性分析加經(jīng)驗(yàn)公式的方法。因此，進(jìn)一步研究合理實(shí)用的本構(gòu)模型、永久變形計(jì)算模式、接觸面模擬方法、地震動(dòng)輸入、庫(kù)水—壩體—地基等的動(dòng)力相互作用和耦合效應(yīng)，發(fā)展實(shí)用的非線性動(dòng)力分析方法，分析高土石壩地震破壞模式及機(jī)理，進(jìn)而提出定量指標(biāo)，仍是未來(lái)高土石壩抗震安全的研究重點(diǎn)。

[1] 沈珠江，酈能惠。高土石壩動(dòng)力分析及抗震工程措施研究[R].“八五”國(guó)家科技攻關(guān)研究報(bào)告，南京水利科學(xué)研究院，1995，1-25.

[2] 水電水利規(guī)劃設(shè)計(jì)總院等. 高土石壩抗震性能及抗震安全研究[R]，2012.

[3] 周建平，陳觀福，黨林才．我國(guó)高壩抗震安全評(píng)價(jià)的現(xiàn)狀與挑戰(zhàn)[J].水利學(xué)報(bào)，2007（增刊）：54-59.ZHOU Jianping，CHEN Guanfu，DANG Lincai. Review on Anti-seismic Safety Evaluation for High Dams in China[J]. Journal of Hydraulic Engineering，2007（s）： 54-59.

[4] 晏志勇，王斌，周建平。汶川地震中大中型水電工程震損調(diào)查與分析[M].北京：中國(guó)水利水電出版社，2009.

[5] 楊澤艷，張建民，高希章．汶川地震中紫坪鋪面板壩抗震特性初步分析[J].水力發(fā)電，2009，35（7）：30-33.YANG Zeyan，ZHANG Jianmin，GAO Xizhang. A Primary Analysis of Seismic Behavior and Damage for Zipingpu CFRD during Wenchuan Earthquake[J]. Water Power，2009，35（7）：30-33.

[6] 王富強(qiáng)，張建民，馬立秋，張雷. 紫坪鋪大壩壩頂護(hù)欄震損情況及啟示[J].水力發(fā)電學(xué)報(bào)，2009，28（5）： 47-50.WANG Fuqiang，ZHANG Jianmin，MA Liqiu，ZHANG Lei.Damage of Guardrails on Crest of Zipingpu CFRD in Wenchuan Earthquake and its Enlightenment[J]. Journal of Hydroelectric Engineering，2009，28（5）： 47-50

[7] Seed. H. B.，Idriss，I. M. Simplified Procedure For Evaluating Soil Liquefaction Potential[J]. Journal of the Soil Mechanics and Foundations Division，1971，97（9）： 1248-1273.

Review of Seismic Safety Study on High Earth-rockfill Dam in China

WANG Fuqiang1，LIU Chao1，ZHOU Jianping2，YANG Zeyan1
（1. China Renewable Energy Engineering Institute，Beijing 100120，China；2. Power Construction Cooperation of China，Beijing 100048，China）

Earth-rockfill dam was wildly used in hydraulic and hydropower engineering. Many of high earth-rockfill dams been built recent years were located in high earthquake intensity areas. And their seismic safety was the focus of the community and industry，as well as the difficulties and hotspots because of the complexity of earthquake and rockfill materials. Through a lot of studies and practice，China achieved series of research results about seismic safety and engineering measures of high earth-rockfill dams. Based on studies and construction practice，this paper briefly summarized the research results and technology progress of seismic standards，safety evaluation criteria，calculation analysis method and seismic engineering measures，etc.

high earth-rockfill dam，seismic safety，engineering measures，technical progress

TV641.1

A

570.25

10.3969/j.issn.2096-093X.2017.02.004

2016-11-12

2017-03-13

王富強(qiáng)（1983—），男，山東單縣人，博士，高級(jí)工程師，主要研究方向：水電工程技術(shù)研究與設(shè)計(jì)、咨詢、審查、驗(yàn)收。E-mail： wfq@creei.org.

劉 超（1986—），男，四川綿陽(yáng)人，博士，工程師，主要研究方向：水電工程技術(shù)研究與設(shè)計(jì)、咨詢、審查、驗(yàn)收。

周建平（1962—），男，湖南常德人，教授級(jí)高級(jí)工程師，總工程師，主要研究方向：水電工程技術(shù)研究及建設(shè)管理。

楊澤艷（1962—），男，湖北老河口人，教授級(jí)高級(jí)工程師，全國(guó)工程勘察設(shè)計(jì)大師，副總工程師，主要研究方向：水電工程技術(shù)研究與設(shè)計(jì)、咨詢。