基于有限元法FLAC5.0程式在重力坝地震作用的位移分析
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坝长 ２ ３ ５ ｍ ，顶 宽 １ ０ ｍ。
２ ． 分 析 方 法 步骤
系 ，因此 除了可 以利 用应力分布做稳 定性 分析外 。另外 ，根
据 节 点 位 移 可 进 行 变 形 量 分 析 ，对 重 力 坝 的 安 全 评 估 提 供 了
更多 的资 讯 。因此近年 来 国内多 次采 用有限元素程 式分析 坝
能 ，集 水 面 积 ５ ３ ． ４ ５ ｋ ｍ０ ，总 蓄 水 量 为 １ ２ ６百 万立 方 米 。水
、
研 究 方 法
有 限 元 素 法 的 分 析 过 程 中主 要 是 根 据 土 壤 应 力 应 变 关
库大坝于 ８ １年 １ １月竣工 ，水库大坝坝高为 ９ ６ ｍ 之 中央直 立式 心层滚压重力坝 ， 满水位标 高 ３ ０ ０ ｍ， 坝顶标高 ３ ０ ６ ｍ，
１ ． 工 程 概 况
且为 了贯 彻一贯化之 分析方法 ，所以选用可进行 土壤 静态分
析 、 渗 流分 析 与 动 态 分 析 之有 限元 数 值 分析 工具 Ｆ Ｌ ＡＣ５ ． ０ 。
一
， Ｔ 水 库 主 要 目标 供 应 苗 栗 县 及 大 台 中地 区 的公 共 给
水 、工业 用水 ，同时具有观光、灌溉 、防洪、发 电等 四大功
Ｍｏ ｄ ｅ ｌ进 行 分析 。首 先进 行 分 析 案 例 之 坝 体 做 网格 之 建 立 ， 为 了呈现 出筑 坝 过 程之 工 程 特性 ，所 以模 拟 现场 坝 体 施 工 中分
层堆填之工作特性 ，当每堆填一层时，则输入该土层之土壤材 料参数 ，并对该新增土层作一次静力平衡计算，以模拟分析筑
经济部水 利署 中区水资源局为 了解大 坝于 蓄水运转期 间
之 坝 体 力 学行 为 ，持 续 监 测 大 坝 及 附属 结 构 物 埋 设 之 监 测 仪 器 ，如 坝 体 孔 隙水 压 、 土 压 上 升 情 形 、坝 体 之 垂直 与 水 平 之
贯化 分 析 方 法 ，则 须依 不 同分 析 阶 段 结合 不 同 的分 析 软体 ，
对重力坝进行变 形分析是可行 的。
关 键 词 ：重 力 坝 ；有 限 元 法 ；地 震
中 图分 类号 ：Ｔ Ｖ ３ １ ２ 文 献 标 识 码 ：Ａ 文章编号 ：１ ０ ０ ６ － ７ ９ ７ ３（ ２ ０ １ ３ ）１ ２ － ０ ２ ８ ９ — ０ ２
地 震 近 几 年 在 四川 地 区频 繁发 生 ， 因水库 之蓄 水 量 甚大 ， 且 加 上地 震 加 速 度作 用下 ，很 有可 能 造 成 水库 坝 体 之 溃 坝 ，进 而 造 成 下游 区域 之 重 大 灾 害与 财 产 损 失 ，如 “ ５ ｌ ２ ” 大地 震 ， 许 多建 筑 物 发 生 倾倒 、 众 多公 共 设 施与 重 力 坝亦 受 到 波及 损 坏 。
一
本研究分析乃针对水库大坝进行 “ ５ １ ２ ”大地震 ，坝体 受
地 震 力与 坝 体受 地 震 力 后 ，所 产 生之 加速 度 及 变位 沉 陷 等现 象
进行模拟 ，并确 定模拟出来结果与现地符合 ，所以本研究分析
方 法 分别 进 行水 库监 测 数 据整 理 、 Ｍａ ｋ ｄ ｉ ｓ ｉ ａ ｎ ｄ Ｓ ｅ ｅ ｄ 法分 析 。 （ １ ） 水库 监测 数据 整 理
第 １ ３卷 第 １ ２期
２ ０１ ３笠
中 国
水
运
ＶｏＩ ．１ ３
Ｎ ｏ．１ ２
１ ２ 月
Ｃ ｈ ｉ ｎ ａ Ｗａ ｔｅｒ Ｔｒ ａｎｓ ｐ ｏｒ ｔ
Ｄｅ ｃｅ ｍｂ ｅｒ
２ ０１ ３
基 于有限 元法 Ｆ Ｌ ＡＣ ５ ． ０程 式在重 力
坝 地 震 作 用 的 位 移 分 析
甚 至 需 利 用人 工 手 算 方 式 加 以修 正 ，如 以分等 ，以确保水库 蓄水及运转期
李向东
（ 淮河水利水 电开发总公 司，安徽 蚌埠 ２ ３ ３ ０ ０ ０ ） 摘 要 ：本研 究以有限元法 Ｆ Ｌ Ａ Ｃ５ ． ０ 程 式进 行 Ｌ Ｙ Ｔ 水库重力坝受到地震作用之动态反应分析 。鲤鱼潭之坝高为
９ ６ ｍ 。坝 顶 位 移 变 化 量 结 果 与 现 地 监 测 数 据 相 近 ，其 差 异值 在合 理 范 围 。 这 说 明基 于 Ｆ Ｌ Ａ Ｃ５ ． ０ 软 件 运 用 有 限元 法
坝 过 程 之滚 压 动 作 ， 依 序 堆 填至 坝体 完 成 为止 。 这 分析 过 程 中 ， 所选 用之 土 壤 模 式 为 莫 尔 一 库 伦 ，其 所 需 输 入 之参 数包 括 有 土
有鉴于此 ，再加上 目前 重力坝乃最常 被利用于水 库之坝
体 ， 因此 才会 针 对 重 力 坝 进行 数值 分 析 。 目前 台湾 之 重 力 坝 ，
体 的 应 力 分 布 ，虽 然 有 限 元 素 法 分 析 坝体 的 程 式 有 很 多 ，但 基 本 运 算 的步 骤 大 同小 异 。 有 限元 法在 应 用 上 的 优 点 主 要 有 ： （ １ ） 应 用 简 单 ，使 用 上 较 为 方 便 ； （ ２） 对 于 非 均 质 介 质 （ ｎ ｏ ｎ ｈ ｏ ｍｏ ｇ ｅ ｎ ｏ ｕｓ ｍａ ｔ ｅ ｒ ｉ ａ １ ） ， 可 分 为 多 层 ，计 算 各 层 之 材 料 参 数 ；（ ３ ） 直 接 以控 制 方程 式 在 时 间域 求 解 ，对 非线 性 问题亦可计算 。 利 用有 限元 素 分 析 方 法来 分 析 ， 且 欲 达 到 本 研 究所 期 望 之
则以水库之重力坝体颇值得进一步探讨其地震动态反应 ，因为 其监测数据最为齐全 ，尤其刚好在 “ ５ １ ２ ”大地震地震来 临之
前 完 成 装设 强地 动 仪 ，也 因如 此 以 ， Ｔ水 坝进 行 数 值 之 分 析 。
壤单位重、凝聚力、摩擦角、剪力模数、体积模数等资料。
三 、工 程 实例
２ ． 分 析 方 法 步骤
系 ，因此 除了可 以利 用应力分布做稳 定性 分析外 。另外 ，根
据 节 点 位 移 可 进 行 变 形 量 分 析 ，对 重 力 坝 的 安 全 评 估 提 供 了
更多 的资 讯 。因此近年 来 国内多 次采 用有限元素程 式分析 坝
能 ，集 水 面 积 ５ ３ ． ４ ５ ｋ ｍ０ ，总 蓄 水 量 为 １ ２ ６百 万立 方 米 。水
、
研 究 方 法
有 限 元 素 法 的 分 析 过 程 中主 要 是 根 据 土 壤 应 力 应 变 关
库大坝于 ８ １年 １ １月竣工 ，水库大坝坝高为 ９ ６ ｍ 之 中央直 立式 心层滚压重力坝 ， 满水位标 高 ３ ０ ０ ｍ， 坝顶标高 ３ ０ ６ ｍ，
１ ． 工 程 概 况
且为 了贯 彻一贯化之 分析方法 ，所以选用可进行 土壤 静态分
析 、 渗 流分 析 与 动 态 分 析 之有 限元 数 值 分析 工具 Ｆ Ｌ ＡＣ５ ． ０ 。
一
， Ｔ 水 库 主 要 目标 供 应 苗 栗 县 及 大 台 中地 区 的公 共 给
水 、工业 用水 ，同时具有观光、灌溉 、防洪、发 电等 四大功
Ｍｏ ｄ ｅ ｌ进 行 分析 。首 先进 行 分 析 案 例 之 坝 体 做 网格 之 建 立 ， 为 了呈现 出筑 坝 过 程之 工 程 特性 ，所 以模 拟 现场 坝 体 施 工 中分
层堆填之工作特性 ，当每堆填一层时，则输入该土层之土壤材 料参数 ，并对该新增土层作一次静力平衡计算，以模拟分析筑
经济部水 利署 中区水资源局为 了解大 坝于 蓄水运转期 间
之 坝 体 力 学行 为 ，持 续 监 测 大 坝 及 附属 结 构 物 埋 设 之 监 测 仪 器 ，如 坝 体 孔 隙水 压 、 土 压 上 升 情 形 、坝 体 之 垂直 与 水 平 之
贯化 分 析 方 法 ，则 须依 不 同分 析 阶 段 结合 不 同 的分 析 软体 ，
对重力坝进行变 形分析是可行 的。
关 键 词 ：重 力 坝 ；有 限 元 法 ；地 震
中 图分 类号 ：Ｔ Ｖ ３ １ ２ 文 献 标 识 码 ：Ａ 文章编号 ：１ ０ ０ ６ － ７ ９ ７ ３（ ２ ０ １ ３ ）１ ２ － ０ ２ ８ ９ — ０ ２
地 震 近 几 年 在 四川 地 区频 繁发 生 ， 因水库 之蓄 水 量 甚大 ， 且 加 上地 震 加 速 度作 用下 ，很 有可 能 造 成 水库 坝 体 之 溃 坝 ，进 而 造 成 下游 区域 之 重 大 灾 害与 财 产 损 失 ，如 “ ５ ｌ ２ ” 大地 震 ， 许 多建 筑 物 发 生 倾倒 、 众 多公 共 设 施与 重 力 坝亦 受 到 波及 损 坏 。
一
本研究分析乃针对水库大坝进行 “ ５ １ ２ ”大地震 ，坝体 受
地 震 力与 坝 体受 地 震 力 后 ，所 产 生之 加速 度 及 变位 沉 陷 等现 象
进行模拟 ，并确 定模拟出来结果与现地符合 ，所以本研究分析
方 法 分别 进 行水 库监 测 数 据整 理 、 Ｍａ ｋ ｄ ｉ ｓ ｉ ａ ｎ ｄ Ｓ ｅ ｅ ｄ 法分 析 。 （ １ ） 水库 监测 数据 整 理
第 １ ３卷 第 １ ２期
２ ０１ ３笠
中 国
水
运
ＶｏＩ ．１ ３
Ｎ ｏ．１ ２
１ ２ 月
Ｃ ｈ ｉ ｎ ａ Ｗａ ｔｅｒ Ｔｒ ａｎｓ ｐ ｏｒ ｔ
Ｄｅ ｃｅ ｍｂ ｅｒ
２ ０１ ３
基 于有限 元法 Ｆ Ｌ ＡＣ ５ ． ０程 式在重 力
坝 地 震 作 用 的 位 移 分 析
甚 至 需 利 用人 工 手 算 方 式 加 以修 正 ，如 以分等 ，以确保水库 蓄水及运转期
李向东
（ 淮河水利水 电开发总公 司，安徽 蚌埠 ２ ３ ３ ０ ０ ０ ） 摘 要 ：本研 究以有限元法 Ｆ Ｌ Ａ Ｃ５ ． ０ 程 式进 行 Ｌ Ｙ Ｔ 水库重力坝受到地震作用之动态反应分析 。鲤鱼潭之坝高为
９ ６ ｍ 。坝 顶 位 移 变 化 量 结 果 与 现 地 监 测 数 据 相 近 ，其 差 异值 在合 理 范 围 。 这 说 明基 于 Ｆ Ｌ Ａ Ｃ５ ． ０ 软 件 运 用 有 限元 法
坝 过 程 之滚 压 动 作 ， 依 序 堆 填至 坝体 完 成 为止 。 这 分析 过 程 中 ， 所选 用之 土 壤 模 式 为 莫 尔 一 库 伦 ，其 所 需 输 入 之参 数包 括 有 土
有鉴于此 ，再加上 目前 重力坝乃最常 被利用于水 库之坝
体 ， 因此 才会 针 对 重 力 坝 进行 数值 分 析 。 目前 台湾 之 重 力 坝 ，
体 的 应 力 分 布 ，虽 然 有 限 元 素 法 分 析 坝体 的 程 式 有 很 多 ，但 基 本 运 算 的步 骤 大 同小 异 。 有 限元 法在 应 用 上 的 优 点 主 要 有 ： （ １ ） 应 用 简 单 ，使 用 上 较 为 方 便 ； （ ２） 对 于 非 均 质 介 质 （ ｎ ｏ ｎ ｈ ｏ ｍｏ ｇ ｅ ｎ ｏ ｕｓ ｍａ ｔ ｅ ｒ ｉ ａ １ ） ， 可 分 为 多 层 ，计 算 各 层 之 材 料 参 数 ；（ ３ ） 直 接 以控 制 方程 式 在 时 间域 求 解 ，对 非线 性 问题亦可计算 。 利 用有 限元 素 分 析 方 法来 分 析 ， 且 欲 达 到 本 研 究所 期 望 之
则以水库之重力坝体颇值得进一步探讨其地震动态反应 ，因为 其监测数据最为齐全 ，尤其刚好在 “ ５ １ ２ ”大地震地震来 临之
前 完 成 装设 强地 动 仪 ，也 因如 此 以 ， Ｔ水 坝进 行 数 值 之 分 析 。
壤单位重、凝聚力、摩擦角、剪力模数、体积模数等资料。
三 、工 程 实例