汶川地震对水工结构抗震设计的启迪

　　摘    要：　为了提升水工结构抗震稳定效果，对水工结构抗震内容与设计要点进行分析很必要。基于此，结合实际，在分析地政安全性评价内容的同时，将汶川地震对水工结构抗震设计引起的共鸣为研究背景，分别从抗震设防水准框架确定、标准设计反应谱设计内容以及水工结构混凝土动态力学性能等多方面，详细地解析了水工结构抗震设计要点，目的在于将水工结构的安全稳定性提升。

　　关键词：　水工结构; 抗震; 设计; 分析;

　　众所周知，水工建筑物由于与水体等接触较多，且埋置较深，因而以较长的线路布置进行适当疏导，在此条件限制下，水工建筑物的作业便容易受到多方面的影响，例如，高地下水位、强地震等。其中，地震对于水工建筑的影响十分严重，即一方面会导致建筑物的损害，另一方面也对社会居民的生命、财产安全造成影响。结合我国的地理状况，本文将以水工结构抗震分析作为切入点，进行具体的水工结构抗震设计理论论述，期以为我国水工建筑的抗震设计提供可靠的、适用性的理论依据。

　　1. 地震安全性评价概述

　　水运工程地震安全性评价建立的根据即相关参数的具体限制及要求，通常以《水电工程水工建筑物抗震设计规范》、《水运工程抗震设计规范》等为准，从而保证在具体条件下的水运工程地震安全性评价。随着水运工程关于抗震工作的研究与发展，目前我国逐渐形成了以地震危险性概率分析法等为主的新型方式，这种方式主要是以水运工程场地及其周边环境的相关信息收集、分析为基础，例如其地震地质条件、地震活动规律、应力场等，从而实现风险评估的客观性、科学性、可靠性，进一步提高工程规划与设计的可用性。通常情况下，相关人员均会以速度、设计反应谱等进行地震动参数的信息收集。又因不同设计下的水运工程建筑物具有差异性的抗震能力，所以相关人员必须以具体的内容分析，进行可靠的地震评价，例如，水工结构地震危险性的概率分析和不确定性分析等等。需要注意的是，作为整体工作的基础，地震地质工作必须得到有效延伸，保证其水工结构趋于的具体活动构造完整化、清晰化，从而使得如震源位置、最大震级等信息的把握符合准确性标准。
 

　　2. 汶川地震对水工结构抗震设计的启迪

　　首先，由于相关结构本身的稳定性对于强震而言具有明显的抵抗力，即水工坝基岩体和边坡等，因此，二者对于水工结构坝的抗震能力而言十分突出，需要得到合理重视。在汶川地震中，采用预应力锚固处理的水工结构与没有采用预应力锚固处理的水工结构形成鲜明对比，即在百米级大坝的坝肩岩体、坝基以及高边坡等的具体比较中，前者具有明显的稳定性，后者则发生了严重坍滑。在这种比较下，则表明水工坝基和边坡加固的工程措施对于水工结构的抗震能力提升而言，是十分必要且有效的。

　　其次，根据汶川地震中水工坝体的震害相关记录发现，其具体抗震设计中的泄水结构抗震能力仍未得到充分重视。即地震应急预案必须进行相关的能源应急预备，例如，泄水结构正常作业以及应急能源的充足等，从而保证泄水结构在地震状态下的有效、合理运行，避免因强震中的应急预案确实而导致的泄水结构无法作业。

　　再次，汶川地震作为罕见的高强度地震，其本身就具有一定的不可预知性，但是，这也提醒相关工作人员必须具备高度的警戒意识以及敏锐的判断能力。具体而言，水工结构的地震评估必须以极限状态为准，即“最大可信地震”，从而以此为根据，保证水工结构设计对于溃坝、次生灾害等的抵抗能力处于优质范围内。另外，由于地震评估工作本身具有一定的粗略性，使得水工结构的抗震设计无法完善整体的抗震效用，这是由地震的客观状况而导致的。就百米级别的水工高坝而言，汶川地震中的高坝与新建的高坝二者并不能进行统一性的比较，因其地理、环境、建造方式等等均具有差异，且后者没有强震考验的先例。

　　最后，通过对汶川地震的发震断层研究，能够提升相关研究人员对于水工结构抗震设计的多方面认识。具体如下：由于汶川地震本身属于高强度地震，因此其发震断层也就具有十分显着的纵深效果，即发震断层较长，超过320 km，发震断层深度广，即20 km，且震时超过100s，就地震能量的释放而言，由于纵深效果较强，也就导致了其在时间和空间的分布上具有十分显着的不均衡特征，这就导致对其的具体分析不能以一致性的点源分析为准。通过对其进行具体研究且结合震害经验表明，在水工结构的抗震设计中，由于地理因素的差异性，导致相同水工结构在地理上也具有一定的差异性；同时，结构受力状况的具体把握也受到区位因素的影响，进而导致地震动的反应状况具有一定的不稳定性。

　　3. 水工结构抗震设计的几点建议

　　3.1 抗震设防水准框架的确定

　　第一，则是对重大水工建筑物而言，要求相关人员必须以相关规则进行具体的抗震设计，即“设定地震法”（以场地地震危险性分析并综合概率法和确定性方法为基础），从而保证在场地信息的基础上，进行科学的地震模型模拟，推动重大水工建筑物抗震设防水准框架的科学性、完整性发展。

　　第二，则要求相关人员必须进行合理的峰值加速度计算，即以场地地震地质条件为计算基础，保证“最大可信地震”状态下的合理计算，根据相关要求，其必须以对应方法进行准确的计算，即确定性的方法或者基准期100年内超越概率为0.01的概率法，进而进行最大值选取。

　　第三，由于强震本身具有一定的塑性可能，所以要求抗震设防必须进行全面性的考虑，即将地震动加速度幅值以及频谱非平稳性等纳入考虑范围内。

　　3.2 对标准设计反应谱的建议

　　标准设计反应谱通常作为一种可行性的统计规律而存在，即其能够通过地震动反应谱的衰减关系，进行差异性的地震信息统计，相关信息如地震等级和地震场址距离的地震动加速度反应谱等等。现阶段，目前，地震动反应谱和地震震级以及场址距离间的规律性具有粗略性特征，即其均是以实际强震信息的统计作为形式，无法保证地震相关的具体信息规律性与可靠性。

　　随着诸多国家对于水工结构抗震设计的研究，大多数国家纷纷展开了与其地域相关的地震反应谱研究工作，其中尤以美国为首，其以全世界发生的多数地震信息作为依据，展开了陆续的反应谱研究工作，即173次地震中的3 551个强震记录等。因此，在我国与北美大陆地理环境较为相似的前提上，我国水工结构的抗震设计反应谱研究工作可以美国的相关研究为基础。

　　3.3 水工结构混凝土的动态力学性能

　　水工结构混凝土的动态力学性能首先是由多重因素决定的，即要求相关人员必须以具体的动态力学性能参数为依据，即如混凝土动态抗拉、弹性模量等等，从而保证其动态力学性能计算的准确性、可靠性，需要注意的是，其参数获取必须以剪切受拉和弯曲受拉强度为主。通常情况下，水工结构的抗拉强度值均会以试验的形式进行，且其试验过程必须符合全面性要求，即全级配试件抗折试验。

　　3.4 水工土石坝的动力分析

　　水工土石坝结构的地震响应显着的复杂性首先是由其材料本构关系决定的，即塑性性能很强，这就导致了其模拟条件较为复杂，且无法保证模拟状态的统一性，即分析状态与实际状态的差异性。在现阶段的水工土石坝动力分析工作中，以《水工建筑物抗震设计规范》为代表的拟静力的方法虽然进行了抗震设计，但是由于其本身对于地震的动态力学性能把握具有一定的粗略性，所以就无法保证相关计算的可靠性，即如水工坝体及基础的坝体地震变形等。

　　4. 结语

　　由于水工结构的受力情况和边界条件等本身具有较为突出的复杂性，所以就导致地震作用下的复杂状况更为剧烈。这就要求相关人员必须时刻遵守相关的水工结构抗震设计规则，保证其水工结构抗震设计的安全性、可靠性、稳定性等等，推动水工建筑的抗震设计向着科学化、标准化方向进步。

　　参考文献

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