李玉倩，陳健云，2，徐 強(qiáng)，李 靜

(1．大連理工大學(xué) 工程抗震研究所，遼寧 大連 116024；2．大連理工大學(xué) 海岸與近海工程國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，遼寧 大連 116024)

1 研究背景

大型水庫的庫岸滑坡涌浪可能會(huì)產(chǎn)生嚴(yán)重的災(zāi)害影響。例如，發(fā)生在1963年的Vajont滑坡涌浪漫壩災(zāi)難，約2.7億m3的滑坡體滑入水庫中產(chǎn)生了約270 m的巨大涌浪，造成了超過2000名的居民喪生[1]。Vajont大壩是在完好狀態(tài)下承受到巨大涌浪的沖擊，幸存的大壩在一定程度上降低了洪水和泥石流災(zāi)害。如果是大壩在強(qiáng)震后已經(jīng)損傷情況下再次經(jīng)歷滑坡涌浪沖擊而造成的潰壩，那后果將更加不堪設(shè)想。強(qiáng)震后受損邊坡在相同的誘因下發(fā)生滑坡的可能性更高，比如2008年的汶川地震引發(fā)了數(shù)萬次的山體滑坡[2]，其中紫坪鋪水庫的滑坡產(chǎn)生的涌浪高約25 m，造成了70多人死亡[3]。

強(qiáng)震后震損的山體，在余震或暴雨等誘發(fā)因素下比震前更容易滑坡[4-5]，從而對(duì)震后受損的大壩形成威脅。大壩在強(qiáng)震作用下會(huì)發(fā)生不同程度的破壞，再次遭受滑坡涌浪沖擊將會(huì)進(jìn)一步加劇損傷，一旦發(fā)生潰壩，將會(huì)對(duì)下游造成毀滅性的災(zāi)難。

在高拱壩的安全評(píng)價(jià)研究中大多僅考慮了地震的影響，如黃會(huì)寶等[6]基于大壩震后的監(jiān)測(cè)原觀數(shù)據(jù)，對(duì)大壩在地震前后的變形和橫縫開度等進(jìn)行了對(duì)比分析，為震后大壩安全評(píng)估提供了參考；秦禮君等[7]以白鶴灘拱壩為例，提出了基于抗滑安全系數(shù)及安全系數(shù)持時(shí)的高拱壩抗震安全評(píng)價(jià)指標(biāo)；梁輝等[8]對(duì)高拱壩-地基系統(tǒng)整體進(jìn)行安全評(píng)價(jià)，構(gòu)建了概率地震風(fēng)險(xiǎn)分析模型；范書立等[9]考慮了地震動(dòng)和材料的不確定性，建立了概率地震需求模型，并基于向量地震動(dòng)強(qiáng)度指標(biāo)進(jìn)行拱壩的地震易損性分析；李靜等[10]基于地震動(dòng)IDA分析方法，建立高拱壩非線性數(shù)值分析模型，提出了大壩抗震性能評(píng)價(jià)指標(biāo)，即壩體損傷體積比和壩面損傷面積比。

一些學(xué)者研究了滑坡涌浪對(duì)大壩的影響：黃錦林等[11]通過物理模型實(shí)驗(yàn)得到了壩前的涌浪荷載計(jì)算模型，并對(duì)樂昌峽大壩進(jìn)行了安全評(píng)估；盧國帥[12]基于黃錦林的涌浪壓力模型，探討了地震滑坡涌浪作用下Koyna重力壩的損傷情況；李靜等[13]采用SPH方法研究了壩面涌浪沖擊壓力模式以及涌浪對(duì)擋水重力壩的影響。

根據(jù)當(dāng)前現(xiàn)狀，滑坡涌浪對(duì)壩體的影響研究大多是針對(duì)重力壩的，對(duì)于震后滑坡涌浪沖擊下的震損拱壩研究還處于空白。然而在我國西南地區(qū)一系列高拱壩已相繼建成，由于西南地區(qū)屬于高烈度地震區(qū)，且壩址地質(zhì)條件復(fù)雜，庫區(qū)存在許多大的潛在滑坡，地震后極有可能導(dǎo)致大規(guī)模的滑坡失穩(wěn)入水激起巨大涌浪。因此，研究震后滑坡涌浪對(duì)震損拱壩的影響很有必要，對(duì)于能更好地保障大壩安全具有重要意義。

近年來，國內(nèi)外學(xué)者開始關(guān)注滑坡涌浪傳播至壩前的涌浪特性。鄧成進(jìn)等[14]通過三維物理模型實(shí)驗(yàn)得到了壩前不同測(cè)點(diǎn)的涌浪高，從浪高隨時(shí)間的變化曲線可以看出，壩面不同位置的首浪高度是不同的，且涌浪首波到達(dá)壩面的時(shí)間也有差別；華璐等[15]探究了近壩庫區(qū)滑坡涌浪的漫壩特性，發(fā)現(xiàn)壩前首浪振幅沿壩體兩岸向中間減?。籜u等[16]基于SPH-DEM耦合方法再現(xiàn)了Vajont滑坡涌浪，得到了壩面不同位置的涌浪高度的變化，不同位置的涌浪漫頂高度是不同的。基于以上研究可見，滑坡涌浪傳播到壩前的涌浪高和到達(dá)時(shí)間是不同的。然而，現(xiàn)有研究通常假定涌浪為同時(shí)到達(dá)壩前的等高荷載，尚未考慮壩前涌浪空間分布和時(shí)間特性對(duì)大壩的影響。

據(jù)此，本文以某高拱壩為例，首先，建立了動(dòng)力分析的數(shù)值仿真模型，以模擬地震動(dòng)對(duì)大壩的影響；其次，基于滑坡涌浪浪高估算的中國水科院經(jīng)驗(yàn)公式[17]，分析了壩前滑坡涌浪高沿不同壩段的分布規(guī)律，并建立了壩前涌浪壓力的計(jì)算模型；進(jìn)而，從滑坡涌浪對(duì)震損拱壩造成的損傷范圍和考慮損傷程度的損傷范圍兩個(gè)方面，建立了壩前滑坡涌浪對(duì)震損拱壩損傷影響的度量指標(biāo)；最后，依據(jù)數(shù)值仿真的計(jì)算結(jié)果，詳細(xì)分析了壩前滑坡涌浪壓力的不同分布形式對(duì)震損拱壩損傷的影響。

2 動(dòng)力分析數(shù)值仿真模型

某高拱壩為混凝土雙曲拱壩，最大壩高289 m，壩頂高程為834 m，壩前正常蓄水位高程為825 m。本文基于商業(yè)有限元軟件ABAQUS建立壩體-地基有限元模型，如圖1(a)所示，拱壩設(shè)置了30條橫縫，共包含31個(gè)壩段，編號(hào)如圖1(b)所示。該模型共包括38 426個(gè)實(shí)體單元和56 417個(gè)節(jié)點(diǎn)，為了更精確地模擬壩體損傷，有限元網(wǎng)格最小尺寸為2 m左右，將壩體細(xì)化為25 776個(gè)實(shí)體單元和39 410個(gè)節(jié)點(diǎn)。

圖1 拱壩-地基的三維有限元模型及混凝土應(yīng)力-應(yīng)變關(guān)系

選取混凝土塑性損傷本構(gòu)模型(CDP模型)[18]模擬混凝土拱壩的材料非線性。塑性定義參數(shù)如表1所示。由于混凝土的抗壓強(qiáng)度明顯高于抗拉強(qiáng)度，因此本文只考慮混凝土的拉伸損傷。混凝土在單軸拉伸下的應(yīng)力-應(yīng)變關(guān)系如圖1(c)所示。其中ε和σ分別為混凝土應(yīng)變和應(yīng)力；ft為抗拉強(qiáng)度；E0為初始彈性模量；dt為拉伸損傷因子，εp、εt和εf分別為等效塑性應(yīng)變、最大彈性應(yīng)變和極限拉伸應(yīng)變，Gf為混凝土斷裂能，lc為混凝土特征長(zhǎng)度，通常定義為最大骨料粒徑的三倍，本文取lc為0.45 m[19]。壩體和地基的材料參數(shù)如表2所示。采用三維黏彈性人工邊界[20]模擬無限地基的輻射阻尼。

表1 CDP模型中的塑性定義參數(shù)

表2 拱壩-地基的材料屬性

在荷載施加方面，靜荷載包括大壩自重和靜水壓力，動(dòng)荷載包括地震作用和震后的滑坡涌浪沖擊壓力。在動(dòng)力分析中，動(dòng)水壓力采用Westergaard附加質(zhì)量法[21]進(jìn)行模擬。場(chǎng)地反應(yīng)譜及地震波時(shí)程采用中國水利水電科學(xué)研究院給出的研究結(jié)果[22]，其中地震波是根據(jù)場(chǎng)地反應(yīng)譜人工生成的。100年超越概率2%的設(shè)防水準(zhǔn)基巖水平峰值加速度為0.414g，豎向峰值加速度為水平向的2/3。圖2(a)為歸一化的三向地震波加速度時(shí)程。本文采用基于黏彈性邊界的地震波輸入方法[23]模擬拱壩的地震反應(yīng)。本文假設(shè)滑坡入水點(diǎn)與拱壩的相對(duì)位置如圖2(b)所示。

圖2 歸一化的地震波加速度時(shí)程及滑坡的相對(duì)位置

3 壩前滑坡涌浪壓力分布模型

3.1 壩前涌浪高的分布規(guī)律分析國內(nèi)外關(guān)于滑坡涌浪的浪高研究方法主要有理論與經(jīng)驗(yàn)估算法、物理模型試驗(yàn)法和數(shù)值模擬法。物理模型試驗(yàn)大多基于小尺度的試驗(yàn)，在實(shí)際工程中的適用性有限；數(shù)值模擬方法建模計(jì)算耗時(shí)久，效率低，成本高。理論與經(jīng)驗(yàn)估算法計(jì)算簡(jiǎn)單、快捷、成本低，工程應(yīng)用廣泛。目前常用的經(jīng)驗(yàn)估算方法有美國土木工程學(xué)會(huì)推薦方法[24]、Node法[25]、潘家錚方法[26]、中國水科院經(jīng)驗(yàn)公式法[17]等。其中中國水科院經(jīng)驗(yàn)公式法是根據(jù)大量的涌浪試驗(yàn)資料和原型觀測(cè)成果總結(jié)得到的經(jīng)驗(yàn)公式，易于計(jì)算且包含遠(yuǎn)場(chǎng)特征，被廣泛采用[27-30]。因此，本文采用中國水科院經(jīng)驗(yàn)公式法初步分析壩前的涌浪高分布規(guī)律。

中國水科院經(jīng)驗(yàn)公式中認(rèn)為滑坡涌浪的高度與距滑坡體的距離、滑坡速度和滑坡體的體積有關(guān)。距滑坡體不同距離的涌浪高度公式為：

(1)

(2)

式中：H為距滑坡體L處的滑坡涌浪高度，m；v為滑坡速度，m/s；U為滑坡體入水體積，m3；g為重力加速度，g=9.8 m/s2；n為計(jì)算系數(shù)，n=1.3～1.5；k1為與距離L有關(guān)的影響系數(shù)。

假設(shè)滑坡從左岸滑入水中，如圖2(b)所示，入水點(diǎn)到31個(gè)壩段的距離分別記為L(zhǎng)1，L2，…，L31，從而可以計(jì)算出31個(gè)壩段的涌浪高度。

鑒于本文主要目的是研究不同的壩前滑坡涌浪分布規(guī)律對(duì)震損拱壩壩體損傷的影響。為了具有可比性，經(jīng)過前期的模擬試驗(yàn)，本文假定31個(gè)壩段的壩前最大涌浪高相同，均為100 m。相應(yīng)的中國水科院經(jīng)驗(yàn)公式中各個(gè)參數(shù)的計(jì)算范圍設(shè)定為：L1=0.5～10 km，v=10～100 m/s，U=1×107～2×108m3。在計(jì)算范圍內(nèi)，滿足壩前最大涌浪高為100 m的滑坡距離、滑坡速度和入水體積組合如圖3(a)所示。

圖3 所有滑坡情況下的不同壩段的涌浪高和到達(dá)相對(duì)時(shí)間

本文近似采用孤立波速度方程來計(jì)算滑坡涌浪的波速c[31]，公式如下：

(3)

式中h0為水深，本文h0=280 m。

根據(jù)圖3(a)中所有的滑坡距離、滑坡速度和體積組合，可以計(jì)算得到不同壩段的涌浪高，如圖3(b)所示；根據(jù)滑坡入水點(diǎn)到不同壩段的距離，可以計(jì)算出涌浪傳播到不同壩段的相對(duì)時(shí)間，如圖3(c)所示?？梢钥闯觯煌嚯x和規(guī)模的滑坡傳播到31個(gè)壩段時(shí)的涌浪高的分布規(guī)律有所區(qū)別。當(dāng)滑坡距拱壩的水平距離L1為0.5 km時(shí)，涌浪高的差值可達(dá)到30 m，滑坡離拱壩越遠(yuǎn)，涌浪高的差值越小，當(dāng)L1大于2.5 km時(shí)，不同壩段的涌浪高幾乎是相同的。對(duì)于相對(duì)到達(dá)時(shí)間來說，L1為0.5 km時(shí)，不同壩段的時(shí)間差最大，滑坡離拱壩越遠(yuǎn)，不同壩段的時(shí)間差越小。

將31個(gè)壩段涌浪高度差ΔH和時(shí)間差Δt的定義如下：

ΔH=Hmax-Hmin；Δt=tmax-tmin

(4)

式中：Hmax和Hmin分別為31個(gè)壩段涌浪高度的最大值和最小值；tmax和tmin分別為涌浪首波到達(dá)31個(gè)壩段所需的最長(zhǎng)時(shí)間和最短時(shí)間。

分析其規(guī)律發(fā)現(xiàn)，31個(gè)壩段的涌浪高度差ΔH和時(shí)間差Δt與L1密切相關(guān)，即與滑坡入水點(diǎn)到壩前的水平距離有關(guān)，如圖4所示。隨著L1的增大，ΔH和Δt都呈現(xiàn)出先迅速減小再接近平穩(wěn)的趨勢(shì)。本文假定涌浪高度差ΔH≤5 m時(shí)，可以認(rèn)為31個(gè)壩段的涌浪高度是近似相同的，均以H=100 m考慮；假定涌浪時(shí)間差Δt≤3 s時(shí)，不考慮其時(shí)間差，即認(rèn)為此時(shí)涌浪首波同時(shí)到達(dá)31個(gè)壩段。因此，可以根據(jù)滑坡入水點(diǎn)距壩址的水平距離分為三種情況：

圖4 涌浪高度差和時(shí)間差與水平距離L1的關(guān)系

LA：0.5 km≤L1<2.5 km，此時(shí)31個(gè)壩段同時(shí)存在涌浪高度差和時(shí)間差；

LC：L1≥6.5 km，此時(shí)31個(gè)壩段可以認(rèn)為是同時(shí)作用均勻的涌浪高度。

基于上述分析，本文選出3種典型震后的滑坡涌浪工況，如表3所示。

表3 三種典型震后滑坡涌浪工況

3.2 壩前涌浪壓力的計(jì)算模型震后的滑坡涌浪傳播至壩前產(chǎn)生爬高，此時(shí)壩體承受的水壓力由靜水壓力和滑坡涌浪產(chǎn)生的動(dòng)水壓力組成。在滑坡涌浪對(duì)結(jié)構(gòu)的沖擊壓力分布研究方面，黃錦林[32]通過物理模型試驗(yàn)提出了一種壩前的涌浪壓力計(jì)算模型。Chen等[33]進(jìn)行了冰川入水產(chǎn)生沖擊波的物理試驗(yàn)，提出了作用在大壩上的最大壓力荷載經(jīng)驗(yàn)公式。Tan等[34]通過物理模型實(shí)驗(yàn)測(cè)得了滑坡對(duì)岸的涌浪壓力分布模型。Xu等[16]基于耦合的SPH-DEM算法，模擬了滑坡涌浪從產(chǎn)生到?jīng)_擊大壩的全過程，并得到了大壩上游面的水壓力。其中，黃錦林得出的壓力模型與Xu等[16]模擬得到的動(dòng)水壓力分布基本一致，且較為合理。因此，本文采用此涌浪壓力模型，壩前沿高程的涌浪壓力分布如圖5(a)所示，圖中?表示水的容重。在靜水位以下，壩體上游面的涌浪壓力沿高程是相同的，大小為1.9倍的涌浪高水頭對(duì)應(yīng)的浪壓力；在靜水位以上，1.9倍浪高范圍內(nèi)的涌浪壓力采用靜水壓力分布形式。

圖5 沿高程的涌浪壓力分布模型及壩前涌浪高的作用形式

壩前涌浪高是隨著時(shí)間不斷變化的，依據(jù)以往的滑坡涌浪數(shù)值模擬和物理模型實(shí)驗(yàn)中得到的壩前涌浪變化曲線[14，15，32，35-37]可知，滑坡涌浪產(chǎn)生的首波對(duì)大壩的動(dòng)力作用最大，當(dāng)滑坡涌浪的首浪沖擊到大壩時(shí)，壩前的涌浪高和壓力都呈現(xiàn)先增加后減小的趨勢(shì)，且曲線接近于半正弦的模式。因此本文僅分析涌浪首波對(duì)大壩的影響，近似采用半正弦波的形式模擬壩前涌浪高的變化過程。通過對(duì)比本文與以往研究中的滑坡規(guī)模及產(chǎn)生的涌浪高，本文擬取涌浪首波的作用時(shí)間為15 s，如圖5(b)所示。

滑坡涌浪壓力作用于地震動(dòng)之后，為了保證地震動(dòng)作用后拱壩能夠達(dá)到穩(wěn)定狀態(tài)，在地震動(dòng)作用結(jié)束后和涌浪沖擊作用之間設(shè)置間隔20 s。根據(jù)表3中三種典型的震后滑坡涌浪工況計(jì)算壩前涌浪壓力作用時(shí)程，如圖6所示。工況1中不同壩段的最大涌浪壓力和涌浪到達(dá)時(shí)間不同，工況2中只有涌浪到達(dá)時(shí)間不同，工況3中涌浪同時(shí)到達(dá)相同的涌浪壓力。

圖6 不同壩段的涌浪壓力作用時(shí)程

4 壩前滑坡涌浪對(duì)震損拱壩損傷影響的度量指標(biāo)

本文分別采用三種損傷影響指標(biāo)，以度量滑坡涌浪對(duì)震損拱壩造成的損傷范圍和考慮損傷程度的損傷范圍。

(1)僅考慮損傷范圍時(shí)，采用損傷體積比(RV)和損傷面積比(RA)作為指標(biāo)，定義如下：

(5)

(2)分析損傷范圍的同時(shí)，考慮每個(gè)單元的損傷程度，以基于損傷加權(quán)的損傷體積比(WRV)和損傷面積比(WRA)作為指標(biāo)，定義如下：

(6)

第三，加強(qiáng)人民群眾的法治觀念和法律意識(shí)。人民是國家的主人，是依法治國的主體，人民群眾法律水平的高低直接影響著依法治國的進(jìn)程。廣大人民群眾必須不斷提高法律意識(shí)和法治觀念，自覺的遵守法律，依法維護(hù)自己的合法權(quán)益，運(yùn)用法律手段同違法犯罪行為作斗爭(zhēng)。

(3)為定量描述震后滑坡涌浪對(duì)震損拱壩的損傷增量，定義無量綱損傷比增量指標(biāo)φRV，φWRV和φRA，φWRA：

(7)

5 計(jì)算結(jié)果分析與討論

圖7為拱壩在地震后和涌浪后的損傷分布圖，圖8為三種涌浪工況后相對(duì)震后新增的損傷分布圖。由圖7、圖8可知，地震對(duì)壩體造成的損傷主要分布在壩體下游面的中上部以及建基面。震后涌浪沖擊下壩體的損傷進(jìn)一步發(fā)展，壩體上游面左側(cè)壩段，以及各壩段的建基面損傷增加較大。對(duì)比三種工況的結(jié)果可以發(fā)現(xiàn)，涌浪壓力分布中存在高度差和時(shí)間差(工況1)時(shí)，壩體增加的損傷最多，涌浪壓力分布僅考慮時(shí)間差時(shí)(工況2)次之，均勻分布的涌浪壓力(工況3)下壩體增加的損傷較少。

圖7 震后和涌浪后的損傷分布圖

圖8 三種涌浪工況后的新增損傷分布圖

通過水壓力超載法[38]來評(píng)價(jià)拱壩在地震和涌浪后不同損傷狀態(tài)下的壩體安全性。損傷壩段(壩段5)的壩頂順河向位移隨水壓力超載系數(shù)K的變化如圖9所示。由圖可見，隨著超載系數(shù)K的逐步增加，壩體順河向位移也逐漸增大，K小于一定值時(shí)，曲線斜率保存一定，K超過一定值時(shí)，單位加載步長(zhǎng)內(nèi)的位移明顯增加。拱壩在震后和不同涌浪工況后的損傷狀態(tài)不同，對(duì)應(yīng)的轉(zhuǎn)折點(diǎn)的K也不一樣。初步判斷其K值處于2.0～3.0之間，在此范圍內(nèi)以0.1倍步長(zhǎng)進(jìn)行超載計(jì)算，得到不同損傷狀態(tài)下的位移，明顯增加點(diǎn)對(duì)應(yīng)的K如表4所示。涌浪壓力分布中存在高度差和時(shí)間差(工況1)時(shí)，最薄弱壩段增加的損傷最大，其K值最小，相比地震后其水壓力超載能力降低了24%；均勻分布的涌浪壓力(工況3)下壩體增加的損傷最小，相比地震后的水壓力超載能力降低了14%。

表4 地震后和不同涌浪工況后的位移明顯增加點(diǎn)對(duì)應(yīng)的K

圖9 壩頂節(jié)點(diǎn)順河向位移-超載系數(shù)K的關(guān)系曲線

圖10為不同壩段頂部節(jié)點(diǎn)的順河向位移時(shí)程曲線。涌浪作用下新增的損傷主要在壩體上游面的左側(cè)壩段，以及各壩段的建基面處，且考慮高度差和時(shí)間差時(shí)的涌浪壓力分布(工況1)下的左側(cè)壩段損傷增加最大，因此壩體的左側(cè)壩段如壩段5和壩段10的順河向位移，考慮高度差和時(shí)間差(工況1)時(shí)最大，僅考慮時(shí)間差(工況2)次之，均勻分布(工況3)最小；工況1時(shí)存在6.3 s的時(shí)間差，由于涌浪先傳播至左側(cè)壩段，壩面的力是不均勻的，壩段26在涌浪作用的初始階段會(huì)發(fā)生向上游的位移。分析損傷壩段(壩段5)的壩頂節(jié)點(diǎn)的最大順河向位移，考慮高度差和時(shí)間差(工況1)時(shí)最大順河向位移為0.155 m，僅考慮時(shí)間差(工況2)時(shí)最大順河向位移為0.137 m，均勻分布(工況3)時(shí)最大順河向位移為0.137 m。與均勻工況相比，工況1增加了13%，工況2僅考慮了3.8 s的時(shí)間差，對(duì)最大順河向位移幾乎沒有影響。

圖10 不同壩段頂點(diǎn)的順河向位移時(shí)程曲線

表5為地震作用和震后滑坡涌浪作用下的壩體損傷比和損傷比增量。由表可知：

表5 地震后和不同工況滑坡涌浪后的損傷比及損傷比增量 單位：%

(1)地震作用下和震后涌浪作用下壩體的下游面和建基面的損傷范圍較大；震后涌浪增加的損傷范圍主要在壩體上游面和建基面處，上游面損傷比增量較大，滑坡距壩體水平距離為0.5 km時(shí)能達(dá)到89.05%；震后涌浪對(duì)壩體下游面的影響很小。

(2)地震作用下和震后涌浪作用下，壩體建基面的損傷程度較大；震后涌浪對(duì)建基面處的損傷程度增大較多，盡管震后涌浪對(duì)壩體上游面的損傷范圍增大較多，但是損傷值增加較小，上游面增加的損傷程度沒有建基面處的大。

(3)對(duì)比震后三種滑坡涌浪工況，從損傷范圍和考慮損傷程度的損傷范圍兩個(gè)角度分析，三種涌浪壓力分布下的結(jié)果都呈現(xiàn)出相同的規(guī)律，即同時(shí)存在高度差和時(shí)間差的涌浪壓力分布的結(jié)果(工況1)最大；僅存在時(shí)間差的涌浪壓力分布的結(jié)果(工況2)次之；均勻分布的涌浪壓力分布的結(jié)果(工況3)最小。究其原因：拱壩作為近似對(duì)稱的三維空間殼體結(jié)構(gòu)，在設(shè)計(jì)時(shí)所考慮的水荷載在同一高程是相同的，工況3中的均勻涌浪壓力分布與其相似，拱效應(yīng)發(fā)揮比較充分；而在工況1中，31個(gè)壩段的涌浪存在31 m的高度差、存在6.3 s的時(shí)間差，即對(duì)于同一作用時(shí)刻，同一高程不同壩面的受力相差較大，壩面上的涌浪壓力是偏心作用的力，且根據(jù)圖6的涌浪壓力作用時(shí)程和圖10的位移時(shí)程曲線可以看出，涌浪作用力是先作用于壩體左側(cè)的，且壩體左側(cè)的壓力比右側(cè)的壓力要大，此時(shí)拱效應(yīng)發(fā)揮作用相對(duì)于均勻分布(工況3)時(shí)要小，導(dǎo)致?lián)p傷壩段即左側(cè)的變形比均勻情況下的大，上游面左側(cè)壩段，以及建基面的損傷增加較多。

(4)現(xiàn)有研究中通常采用均勻分布的涌浪壓力計(jì)算涌浪對(duì)壩體的影響，然而根據(jù)(3)的分析，均布荷載結(jié)果偏危險(xiǎn)，低估了涌浪對(duì)壩體損傷的影響。因此，根據(jù)本文的計(jì)算內(nèi)容，給出了當(dāng)采用均勻的涌浪壓力分布進(jìn)行分析震后涌浪對(duì)壩體損傷時(shí)的修正系數(shù)，在考慮壩前涌浪壓力分布中的高度差和時(shí)間差的影響時(shí)(工況1)，采用修正系數(shù)α修正均勻分布(工況3)下的損傷增量；在僅考慮時(shí)間差的影響時(shí)(工況2)，采用修正系數(shù)β修正均勻分布(工況3)下的損傷增量，公式如下：

(8)

表6為基于無量綱損傷比增量指標(biāo)下的修正系數(shù)。可以看出，當(dāng)滑坡距離壩體較近時(shí)即工況1，修正系數(shù)較大，且對(duì)于上游面損傷程度和建基面的損傷范圍的修正系數(shù)較大。當(dāng)涌浪壓力分布中僅考慮3.8 s的時(shí)間差時(shí)，與均勻分布的情況相差不大，修正系數(shù)接近1。

表6 基于損傷比增量指標(biāo)的修正系數(shù)

6 結(jié)論

本文以某高拱壩為例，基于中國水科院涌浪高經(jīng)驗(yàn)公式，識(shí)別出了典型的壩前涌浪壓力分布形式，借助數(shù)值仿真模擬的手段，詳細(xì)研究了震后壩前滑坡涌浪壓力分布對(duì)震損拱壩損傷的影響，主要結(jié)論如下：

(1)設(shè)定地震動(dòng)后拱壩已發(fā)生比較明顯的損傷，震后滑坡產(chǎn)生的涌浪最大浪高達(dá)100 m。在涌浪沖擊下，壩體損傷會(huì)進(jìn)一步發(fā)展，壩體上游面的損傷范圍增加較大，在滑坡距拱壩水平距離為0.5 km時(shí)增加了89.05%；壩體建基面的損傷程度增加較多，在滑坡距拱壩水平距離為0.5 km時(shí)增加了30.02%，震后滑坡涌浪對(duì)震損壩體的下游面影響較小。

(2)當(dāng)壩前滑坡涌浪的壓力分布不同時(shí)，對(duì)震損拱壩損傷的影響是不同的；當(dāng)壩前涌浪壓力分布存在高度差和時(shí)間差時(shí)，震后涌浪對(duì)震損拱壩的影響比均勻分布的涌浪影響要大。

(3)均勻分布的滑坡涌浪壓力分布模型，會(huì)低估滑坡涌浪對(duì)震損拱壩損傷的影響。建議研究震后滑坡涌浪沖擊大壩時(shí)，考慮涌浪壓力分布中存在的高度差和時(shí)間差的影響。

(4)基于本文提出的三種涌浪壓力分布，討論并給出了對(duì)均勻分布涌浪壓力的結(jié)果修正系數(shù)，滑坡距離壩體越近，涌浪壓力分布中的高度差和時(shí)間差越大，修正系數(shù)越大。

因此，建議考慮壩前涌浪的分布規(guī)律，以更加合理、安全地評(píng)估滑坡涌浪對(duì)震損拱壩損傷所帶來的影響。同時(shí)，考慮到滑坡涌浪對(duì)拱壩影響的復(fù)雜性，基于本文現(xiàn)有的研究成果，仍然需要在滑坡涌浪的壓力分布模型、涌浪作用時(shí)間、對(duì)大壩的影響度量指標(biāo)以及影響規(guī)律、庫區(qū)的潛在滑坡可能造成的涌浪對(duì)最大可信地震下大壩抗震安全性的影響等方面，展開更加深入的研究。