汶川地震对映秀湾水电站地下厂房的震害影响及动力响应分析_张雨霆

收稿日期：2009–07–01 ；修回日期：2009–08–31 基金项目：国家自然科学基金重大研究计划(90715042)；国家杰出青年科学基金资助项目(50725931)；“十一五”国家科技支撑计划(2008BAB29B01)； 武汉大学优秀博士学位论文培育基金(2008–17) 作者简介：张雨霆(1984–)，男，2006 年毕业于武汉大学水利水电学院水利水电工程专业，现为博士研究生，主要从事地下工程和管道结构方 面的研究工作。E-mail：magicdonkey@
ZHANG Yuting1，2，XIAO Ming1，2，LI Yujie1，2
(1. State Key Laboratory of Water Resources and Hydropower Engineering Science，Wuhan University，Wuhan，Hubei 430072， China；2. Key Laboratory of Ministry of Education for Rock Mechanics in Hydraulic Structural Engineering，Wuhan University，
1引言
2008 年 5 月 12 日的汶川 8.0 级地震，具有震级 高(M = 8.0 级)、震源浅(距地表 14 km)、破坏性强、 波及范围大的特点[1]。大地震带来了一系列的地质 灾害[2]和岩土工程问题[3]，也对水电工程造成了较 大的影响[4]。如何加固、修复或重建这些受到震害 影响的工程，具有重大的工程意义。因此，对汶川 地震震害影响的研究也成为近一段时期的热点问 题。陈生水等[5]和汪家林等[6]分别对紫坪铺大坝的混 凝土面板和坝前堆积体问题进行了震害影响的研究 与监测分析；熊 堃等[7，8]对冶勒大坝震时的动力响 应规律进行了分析；杨宝全等[9]以苍溪县红旗水库 的典型震损土石坝为例，对其进行了除险加固分析； 林 鹏等[10]在对震区高坝灾情归类分析的基础上， 针对典型的不同坝型高坝，从大坝距发震断裂距离、 大坝基础处理及大坝结构类型的抗震性等因素对大 坝结构安全的影响展开了分析研究。
发生的横向变形变幅分别达到 5.4 和 3.0 cm，边墙部位围岩拉应力超过围岩抗拉强度，出现拉裂。动力响应分析
结果与现场震损考察所反映的基本规律相符，可以从数值分析的角度大致解释在震害调查中所发现的震损现象，
为水电工程震后修复加固和相关科研提供参考。
关键词：水利工程；汶川地震；映秀湾水电站；地下厂房；震害影响；动力响应
earthquake
第 29 卷 增 2
张雨霆，等. 汶川地震对映秀湾水电站地下厂房的震害影响及动力响应分析
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3 地下厂房震害影响调查
作为距汶川地震震中最近的水电工程之一，映 秀湾水电站在此次地震中经历了一次“原型破坏试 验”，因此，对其震害影响调查具有很高的价值。笔 者于 2008 年 7 月下旬，即汶川地震发生后的 2 个月 前往汶川县映秀镇映秀湾水电站进行了实地考察，重 点对地震对映秀湾地下厂房造成的震损情况进行了 调查。 3.1 主厂房
中图分类号：TV 731
文献标识码：A
文章编号：1000–6915(2010)增 2–3663–09
EFFECT OF WENCHUAN EARTHQUAKE ON EARTHQUAKE DAMAGE AND DYNAMIC RESPONSE ANALYSIS OF UNDERGROUND POWERHOUSE OF YINGXIUWAN HYDROPOWER STATION
monitoring data and calculating results show that the dynamic response analysis results agree with the regularity derived from the in-situ earthquake damage investigations. Therefore，the investigated earthquake damage can be explained through numerical analysis；and it provides references to the postseismic reinforcement and rebuilt work
Wuhan，Hubei 430072，China)
Abstract：Yingxiuwan hydropower station is the nearest hydropower project to the epicenter of Wenchuan“5.12”
earthquake. This hydropower station has been put into operation for several decades. It was severely affected by the earthquake，and its earthquake response intensity amounted to 11 degrees. Firstly，according to the in-situ investigation after the earthquake，the earthquake damage of underground powerhouse is analyzed. The following results are obtained：(1) The general stability of Yingxiuwan underground powerhouse is favorable. However，a certain local deformation is observed at the sidewall area of the main powerhouse，which lead to local failure in the
(1. 武汉大学 水资源与水电工程科学国家重点实验室，湖北 武汉 430072；2. 武汉大学 水工岩石力学教育部重点实验室，湖北 武汉 430072)
摘要：映秀湾水电站是汶川“5.12”大地震距离震中最近的水电工程，该电站已投产多年，震时受到严重影响，
地震影响烈度高达 XI 度。首先，根据震后现场考察，分析地下厂房受到的震害影响。调查表明，震后的映秀湾地
地下厂房是水电站的主要建筑物，研究地震荷 载作用下的地下厂房围岩稳定性具有重要的现实意 义。围绕这一问题，李海波等[11～15]都进行了研究。 然而从查阅的文献看，利用汶川地震的实测强震数 据和造成实质震害影响的地下工程，系统分析地下 厂房震害影响的研究成果还鲜有报道。本文即以汶 川地震中距离震中最近的映秀湾水电站地下厂房为 研究对象，根据震后现场考察资料，分析了汶川地 震对映秀湾地下厂房造成的震害影响，并根据距震 中最近的卧龙台监测到的主震加速度记录，利用通 用软件 FLAC3D 对地下洞室进行了动力响应计算。
下厂房围岩总体稳定，但主厂房内出现了局部震损现象，造成吊车无法正常运行；母线洞和交通洞与主厂房的交
口处有外漆脱落、围岩轻微开裂现象。然后，根据距离震中最近的强震测站卧龙台在主震时监测到的数据，运用
通用软件 FLAC3D，对映秀湾地下厂房进行了动力响应分析。计算结果表明，地下厂房上、下游边墙在极短时间内
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岩石力学与工程学报
2010 年
upstream and downstream sidewalls are 5.4 and 1.0 cm，respectively，in a short time；and the tensile stress at sidewall area exceeds surrounding rock′s tensile strength，which causes tensile crack. Comparison of the
N 映秀湾水电站
卧龙强震台 震中
成都
XI 级 X级 IX 级 VIII 级 VII 级 VI 级
0 50 km
映秀湾水电站位于四川省阿坝藏族羌族自治州 汶川县映秀镇，是岷江干流上 9 个梯级电站之一， 上游电站为太平驿水电站，下游电站即为受到广泛
图 1 汶川地震烈度分布图 Fig.1 Distribution of seismic intensity of Wenchuan
第 29 卷 增 2 2பைடு நூலகம்10 年 9 月
岩石力学与工程学报 Chinese Journal of Rock Mechanics and Engineering
Vol.29 Supp.2 Sept.，2010
汶川地震对映秀湾水电站地下厂房的 震害影响及动力响应分析
张雨霆 1，2，肖 明 1，2，李玉婕 1，2
main powerhouse causing crane to be unable to operate. (2) The paint on the bus bar opening sheds off and the surrounding rock in the traffic opening slightly cracks. Then，according to the data of Wenchuan earthquake monitored by Wolong strong motion station，which is the nearest station to the epicenter，the dynamic response analysis was conducted by FLAC3D. The calculation results show that the transverse deformation increments of the
2 工程概况
关注的紫坪铺水利枢纽。映秀湾水电站工程于 1964 年开始地勘工作，1971 年投产发电。
映秀湾水电站的厂房建筑物均为地下式，其地 下洞室群埋深为 150～200 m，主要由主副厂房、主 变洞、母线洞、引水洞、尾水洞以及交通洞组成。 各建筑物均覆于花岗岩及花岗闪长岩体之中，围岩 岩体物理力学参数见表 1。主厂房尺寸为 52.8 m× 17.0 m×37.2 m(长×宽×高)，主变洞尺寸为 59.4 m× 7.2 m×27.9 m(长×宽×高)。共有 3 台发电机组，单 机容量为 45 MW，总发电量 135 MW。采用低闸隧 洞引水径流发电，设计多年平均发电量为 7.13 亿 kW·h，设计保证出力 55 MW。
of hydropower projects as well as relative researches. Key words：hydraulic engineering；Wenchuan earthquake；Yingxiuwan hydropower station；underground powerhouse；effect of earthquake damage；dynamic response
表 1 岩体物理力学参数取值
Table 1 Physico-mechanical parameters of rock mass
变形模量 /GPa
泊松比 黏聚力 /MPa
内摩擦角 /(°)
抗拉强度 /MPa
容重 /(kN·m－3)
10
0.25 2.18
41.6
1.97
27.6
在《中国地震动参数区划图》[16]中，映秀湾水 电站工程场地地震基本烈度为 VII 度。而根据汶川 地震烈度分布(见图 1)[17]，映秀湾水电站的影响烈度 高达 XI 度，距震中约 8km，是距离震中最近的水 电工程之一。将其作为分析对象，研究地震对水电 站地下厂房的影响，具备独有的代表性。
震后主厂房内主要设备仪器状况正常(见图 2(a))。 边墙部分因被防潮板覆盖，围岩情况无法直接观察。 从整体来看，主厂房内没有出现掉块，塌方等严重 震损情形。但主厂房上部边墙出现局部震害，即吊 车梁上部的防潮板出现较大向内的变位，吊车开行 时，防潮板与吊车的吊臂刮蹭出了划痕，造成吊车 无法正常运行(见图 2(b))。 3.2 主变洞