溪洛渡拱壩設(shè)定地震相關(guān)反應(yīng)

序論：好文章的創(chuàng)作是一個(gè)不斷探索和完善的過程，我們?yōu)槟扑]一篇溪洛渡拱壩設(shè)定地震相關(guān)反應(yīng)范例，希望它們能助您一臂之力，提升您的閱讀品質(zhì)，帶來更深刻的閱讀感受。

引言:我國高壩工程多位于地震烈度高的西南地區(qū)，抗震安全問題是影響大壩安全的關(guān)鍵問題之一[1]。高壩地震安全性評(píng)價(jià)包含確定場址地震動(dòng)參數(shù)，地震動(dòng)輸入時(shí)程合成[2-4]，建立高壩動(dòng)力分析模型[5-7]和采用合理評(píng)價(jià)準(zhǔn)則評(píng)估地震安全性[8-11]等方面。目前抗震研究多關(guān)注地震動(dòng)輸入對高壩結(jié)構(gòu)的影響[12,13]，并且已經(jīng)開始關(guān)注地震物理背景，如震源、傳播路徑和局部場地條件地震動(dòng)的影響[14-19]，但對工程抗震地震動(dòng)參數(shù)的研究還比較薄弱[20,21]。設(shè)計(jì)反應(yīng)譜是最為重要的地震動(dòng)參數(shù)指標(biāo)。由于概率性地震危險(xiǎn)性分析（PSHA）方法給出的一致概率反應(yīng)譜的峰值區(qū)過寬特征譜值過大，因此難以應(yīng)用于高壩抗震工程實(shí)踐。為了得到與工程設(shè)防等級(jí)相匹配并考慮工程場地條件的反應(yīng)譜用于抗震設(shè)計(jì)，有學(xué)者提出了設(shè)定地震的概念[22-24]。2015年國家能源局發(fā)布了《水電工程水工建筑物抗震規(guī)范NB35047-2015》（簡稱新抗震規(guī)范），要求“抗震設(shè)防類別為甲類的工程，其設(shè)計(jì)反應(yīng)譜應(yīng)采用場地相關(guān)設(shè)計(jì)反應(yīng)譜”[25]。研究人員基于新抗震規(guī)范開展了高壩水電站地震動(dòng)輸入研究，張翠然等[26]提出了確定設(shè)定地震及場地相關(guān)反應(yīng)譜的方法；賀春暉,席航[27]系統(tǒng)論述了水電工程動(dòng)力分析模型的地震動(dòng)輸入方法；李紅軍等[28]以長河壩高心墻堆石壩為例，分析了根據(jù)設(shè)定地震得到的地震動(dòng)參數(shù)對應(yīng)的高土石壩的動(dòng)力響應(yīng)結(jié)果，并與一致概率反應(yīng)譜結(jié)果進(jìn)行了對比；周華等[29]開展了烏東德水電站設(shè)定地震及場地相關(guān)設(shè)計(jì)反應(yīng)譜的研究。溪洛渡水電樞紐是國家“西電東送”骨干工程，主體工程已于2015年完建，順利實(shí)現(xiàn)蓄水到600m正常蓄水位的目標(biāo)。溪洛渡水電站壩高達(dá)到300米級(jí)（285.5m）、庫容巨大（126.7億m3），設(shè)計(jì)地震烈度高達(dá)9度[30]。2008年5.12汶川地震以后，溪洛渡壩址地震設(shè)防峰值加速度提高，設(shè)計(jì)地震（對應(yīng)超越概率2%100年）的峰值加速度為0.355g；校核地震（對應(yīng)超越概率為100年1%）的峰值加速度0.423g。為進(jìn)一步開展基于真實(shí)動(dòng)力工作性態(tài)的溪洛渡拱壩抗震研究，復(fù)核大壩的抗震安全性，本文根據(jù)新抗震規(guī)范要求對溪洛渡水電站設(shè)定地震進(jìn)行研究，并據(jù)此生成相應(yīng)反應(yīng)譜用于抗震設(shè)計(jì)，為同類工程抗震安全評(píng)價(jià)提供借鑒參考。

1設(shè)定地震及場地相關(guān)反應(yīng)譜計(jì)算方法

根據(jù)抗震規(guī)范中要求，設(shè)定地震及場地相關(guān)設(shè)計(jì)反應(yīng)譜的確定原則以及計(jì)算流程如圖1所示，并闡述如下1.1設(shè)定地震確定原則與計(jì)算步驟水工建筑物抗震設(shè)計(jì)的設(shè)定地震是指基于工程場地地震安全性評(píng)價(jià)結(jié)果，在對場址地震危險(xiǎn)性貢獻(xiàn)最大的潛在震源中，發(fā)生概率最大的震級(jí)和震中距對應(yīng)的地震[31]。其確定原則與計(jì)算步驟主要包括以下三方面[26]。

（1）設(shè)定地震的場址地震動(dòng)峰值加速度。將工程場地地震安全評(píng)價(jià)結(jié)果給出的對應(yīng)于地震設(shè)防水平的峰值加速度值（未經(jīng)不確定性校正），作為設(shè)定地震在場址產(chǎn)生的地震動(dòng)峰值加速度。不確定性校正是指在確定場址地震動(dòng)參數(shù)時(shí)，考慮地震動(dòng)衰減關(guān)系的不確定性。

（2）設(shè)定地震的發(fā)生區(qū)域。由于重大工程的設(shè)計(jì)地震動(dòng)都是小概率事件，因此將對給定工程場地地震危險(xiǎn)性貢獻(xiàn)最大的潛源確定為設(shè)定地震的發(fā)震區(qū)域。因此，新抗震規(guī)范中的設(shè)定地震發(fā)生在選定潛源范圍內(nèi)。

（3）設(shè)定地震的震級(jí)與震中距。在選定潛源范圍和發(fā)生地震的可能震級(jí)范圍內(nèi)，根據(jù)給定的地震動(dòng)衰減關(guān)系，可能得到多個(gè)滿足前提條件的情景地震，這些情景地震的震級(jí)和震中距各不相同，并且它們對應(yīng)的發(fā)生概率也不同。這里采用概率最大原則，選擇發(fā)生概率最大的地震作為設(shè)定地震。在選定的潛在震源中發(fā)生大于給定峰值加速度的地震的概率根據(jù)發(fā)震震級(jí)的概率分布及其在該潛源中的空間概率分布確定。首先，根據(jù)地震統(tǒng)計(jì)區(qū)內(nèi)地震活動(dòng)的截?cái)郍utenberg-Richter震級(jí)分布規(guī)律，得到任一震級(jí)檔的震級(jí)概率分布。其次，由地震活動(dòng)性在不同潛源間不均勻分布，而在潛源內(nèi)地震活動(dòng)均勻分布的假定，確定潛源中某一震級(jí)檔的空間概率分布。最后將這兩種概率相乘得到潛源內(nèi)發(fā)生該震級(jí)檔的地震在場點(diǎn)產(chǎn)生大于給定峰值加速度的地震動(dòng)的概率。需要說明的是，采用經(jīng)驗(yàn)地震動(dòng)衰減關(guān)系確定場點(diǎn)地震動(dòng)參數(shù)時(shí)，對于給定地震震級(jí)M和地震動(dòng)參數(shù)a，根據(jù)選定的地震動(dòng)衰減關(guān)系，可以得到與地震動(dòng)參數(shù)a對應(yīng)的橢圓，如圖2(a)所示。此時(shí)，如果考慮地震動(dòng)不確定性，則場點(diǎn)地震動(dòng)參數(shù)（對數(shù)形式）服從均值為A，標(biāo)準(zhǔn)差為δ的正態(tài)分布，其大于給定地震動(dòng)參數(shù)a的概率為正態(tài)分布中大于該值的累計(jì)面積。如圖2(b)所示，當(dāng)場點(diǎn)R1位于橢圓內(nèi)時(shí)，則場點(diǎn)地震動(dòng)參數(shù)大于給定地震動(dòng)參數(shù)a的概率為P1。而當(dāng)場點(diǎn)R2位于橢圓外時(shí)該概率為P2；如果不考慮地震動(dòng)不確定性，場點(diǎn)地震動(dòng)參數(shù)如圖2(c)所示，當(dāng)場點(diǎn)位于橢圓內(nèi)時(shí)場點(diǎn)地震動(dòng)參數(shù)大于給定地震動(dòng)參數(shù)a的概率為1，而當(dāng)場點(diǎn)位于橢圓外時(shí)該概率為0。在計(jì)算設(shè)定地震的概率時(shí)采用圖2(c)中的方法得到場點(diǎn)地震動(dòng)參數(shù)大于等于給定地震動(dòng)參數(shù)的概率。

1.2反應(yīng)譜計(jì)算

設(shè)定地震放大系數(shù)譜選擇美國下一代衰減關(guān)系(NGA)中的AS08衰減關(guān)系確定[32]。AS08衰減關(guān)系包括震源參數(shù)（震級(jí)MW、斷層破裂面寬度W、斷層傾角δ、斷層類型SOF、斷層破裂距地表面深度ZTOR），傳播路徑參數(shù)（斷層到場點(diǎn)距離，上盤效應(yīng)修正項(xiàng)FHW），場地條件參數(shù)（地表30米平均剪切波速VS30、波速為1.0km/s的深度Z1.0）等多個(gè)參數(shù)。其中，斷層到場點(diǎn)距離（fault-to-sitedistances）指的是斷層到場點(diǎn)的三維空間距離，如斷層投影距（RJB）、斷層破裂面到場點(diǎn)的距離（RRUP）、斷層地表線到場點(diǎn)的垂直距離（RX）等3種距離，如圖3所示。為了使用AS08衰減關(guān)系，需要根據(jù)設(shè)定地震的震級(jí)和震中距建立三維虛擬斷面，得到上述各個(gè)參數(shù)。本文根據(jù)張效亮等[33]的成果，建立虛擬三維有限斷層破裂面，進(jìn)而得到了虛擬三維有限斷層破裂面參數(shù)，直接用于AS08地震動(dòng)反應(yīng)譜衰減關(guān)系計(jì)算。

2基本計(jì)算資料

2.1潛在震源區(qū)劃分

《金沙江溪洛渡水電站工程場地地震安全性評(píng)價(jià)》（以下簡稱地震安評(píng)報(bào)告）工作潛在震源區(qū)劃分，是在《中國地震動(dòng)參數(shù)區(qū)劃圖GB18306-2001》的基礎(chǔ)上，結(jié)合溪洛渡區(qū)域斷層構(gòu)造和近場區(qū)地震地質(zhì)調(diào)查的成果，并參考新一代區(qū)劃圖的最新研究成果，對部分潛在震源區(qū)作了適當(dāng)修改和補(bǔ)充。工作區(qū)內(nèi)劃分的潛在震源區(qū)如圖4所示，設(shè)定地震的發(fā)震構(gòu)造如圖5所示。對溪洛渡水電站壩址工程場地地震危險(xiǎn)性貢獻(xiàn)較大的潛在震源區(qū)是永善7.5級(jí)和馬邊7.0級(jí)潛在震源。根據(jù)地震安評(píng)報(bào)告，50年超越概率10%時(shí)，馬邊潛源對概率水準(zhǔn)的貢獻(xiàn)為7%，永善潛源的貢獻(xiàn)為93%；在100年超越概率2%，馬邊潛源對概率水準(zhǔn)的貢獻(xiàn)為0%，永善潛源的貢獻(xiàn)為100%。因此對溪洛渡水電站壩址工程場地地震危險(xiǎn)性貢獻(xiàn)潛在震源區(qū)主要是永善7.5級(jí)潛在震源，反映了該潛在震源斷裂的地震活動(dòng)對工程場地地震危險(xiǎn)性影響占據(jù)主導(dǎo)地位。根據(jù)地震安評(píng)報(bào)告成果，溪洛渡場址地震動(dòng)峰值加速度超越概率小于等于100年2%時(shí)，永善潛源對該峰值加速度的貢獻(xiàn)為100%，也就是說對于新抗震規(guī)范要求的100年2%和100年1%超越概率，其它潛源對場址的地震動(dòng)峰值加速度沒有貢獻(xiàn)，不需要考慮。因此，本文中將設(shè)定地震的可能發(fā)生區(qū)域限定為永善潛源。

2.2地震活動(dòng)性參數(shù)

根據(jù)地震安評(píng)報(bào)告，工作區(qū)域內(nèi)主要涉及青藏高原地震區(qū)的鮮水河—滇東地震帶、華南地震區(qū)的長江中游地震帶和龍門山地震帶。長江中游地震統(tǒng)計(jì)區(qū)震級(jí)上限為7.0，對本場址地震危險(xiǎn)性貢獻(xiàn)很小，鮮水河地震統(tǒng)計(jì)區(qū)和龍門山地震統(tǒng)計(jì)區(qū)的震級(jí)上限都是Muz＝8.0，而起算震級(jí)M0取4級(jí)。溪洛渡壩區(qū)所處的區(qū)域地震帶（即地震統(tǒng)計(jì)區(qū)）為鮮水河—滇東地震帶。地震安評(píng)報(bào)告給出的鮮水河—滇東地震統(tǒng)計(jì)區(qū)的b值為0.85，4.0級(jí)以上地震的年平均發(fā)生率V4為32。

2.3地震動(dòng)衰減關(guān)系系數(shù)

溪洛渡地震安評(píng)報(bào)告地震動(dòng)衰減關(guān)系采用了考慮長、短軸的橢圓衰減模型[35]logY＝C1＋C2M＋C3M2＋C4log（R＋C5exp(