1.一种坝体-地基动力相互作用效应的量化评价方法,其特征在于,所述的量化评价方法包括以下步骤:第一步,根据目标土石坝的工程资料,建立地基自由场限元分析模型和坝体-地基耦合的有限元分析模型;第二步,选择坝体和地基的本构模型,采用考虑坝体-地基动力相互作用的地震动输入方法,对第一步建立的地基自由场限元分析模型以及坝体-地基耦合的有限元分析模型分别进行动力时程分析,得到地基自由场限元分析模型以及坝体-地基耦合的有限元分析模型的地震响应结果;第三步,明确坝基交界面与特征点,获得动力响应数据;将坝体与地基直接接触并共同受力的物理边界区域界定为坝基交界面,并将坝基交界面上布置的有限元网格节点定义为特征点,且有限元网格节点具有唯一的空间坐标;分别提取以下两处特征点的动力响应数据:一是坝体-地基耦合有限元分析模型中坝基交界面的特征点;二是地基自由场有限元分析模型中与坝体-地基耦合有限元分析模型节点空间坐标完全相同的对应位置处的特征点;由此,获得两种模型中每一个对应特征点的动力响应数据;第四步,基于第三步得到的动力响应数据,计算特征点i、动力响应评价指标k的自由场影响因子分量F i,k ;第五步,计算坝基交界面上所有特征点的自由场影响因子分量,计算动力响应评价指标k对应的单指标自由场影响因子 ;以上为单个动力响应评价指标对应的自由场影响因子计算方法,若实际工程分析中需要同时选取多个动力响应评价指标进行综合评估,则执行第六步;第六步,同时选取m个动力响应评价指标时,分别按第四步和第五步计算动力响应评价指标k对应的单指标自由场影响因子 k ,共m个,计算综合自由场影响因子 ;第七步,将计算得到的单指标自由场影响因子 或综合自由场影响因子 与预设的阈值进行比较,进行评价分析。
2.根据权利要求1所述的一种坝体-地基动力相互作用效应的量化评价方法,其特征在于,所述第一步中,坝体-地基耦合的有限元分析模型构建过程中,要求坝体-地基耦合系统的地基截取范围在坝体所在区域之外的深度方向与水平方向均不小于坝体高度的1.5倍。
3.根据权利要求1所述的一种坝体-地基动力相互作用效应的量化评价方法,其特征在于,所述第二步中的动力时程分析适用于等效线性分析和弹塑性分析本构模型。
4.根据权利要求1所述的一种坝体-地基动力相互作用效应的量化评价方法,其特征在于,所述第四步中,采用公式(1)计算特征点i、动力响应评价指标k的自由场影响因子分量F i,k ; (1)其中, 为坝体-地基耦合的有限元分析模型中特征点i的动力响应量值, 为地基自由场有限元分析模型中特征点i的动力响应量值;k为加速度、速度、位移、应力、应变、超孔隙水压力及超孔隙水压力比中的任一种动力响应评价指标。
5.根据权利要求1所述的一种坝体-地基动力相互作用效应的量化评价方法,其特征在于,所述第五步中,采用公式(2)计算动力响应评价指标k对应的单指标自由场影响因子 : (2)其中, 为特征点i代表的长度、面积或体积,根据有限元分析模型的网格长度、面积或体积确定;n表示坝基交界面处特征点的个数。
6.根据权利要求1所述的一种坝体-地基动力相互作用效应的量化评价方法,其特征在于,所述第六步中,任意选取公式(3)或公式(4)计算综合自由场影响因子 ; (3) (4)其中,m表示选取的动力响应评价指标的个数;F 加速度 表示加速度的单指标自由场影响因子;F 速度 表示速度的单指标自由场影响因子;F 应力 表示应力的单指标自由场影响因子。
7.根据权利要求1所述的一种坝体-地基动力相互作用效应的量化评价方法,其特征在于,所述第七步中,预设的阈值包括第一阈值α和第二阈值β,其中α<β;比较规则为:(1)若 ,则判定大坝-地基动力相互作用效应弱,采用传统振动输入方法进行抗震分析;(2)若 ,则判定大坝-地基相互作用效应中等,对于工程设防烈度超过Ⅶ度的工程采用波动输入方法;(3)若 ,则判定大坝-地基相互作用效应强,采用能考虑坝体-地基动力相互作用的波动输入方法进行抗震分析。
8.根据权利要求7所述的一种坝体-地基动力相互作用效应的量化评价方法,其特征在于,所述第七步中,第一阈值α取值为3%~7%,第二阈值β取值为10%~15%。
9.根据权利要求1所述的一种坝体-地基动力相互作用效应的量化评价方法,其特征在于,所述的量化评价方法适用于二维和三维分析。
10.根据权利要求1所述的一种坝体-地基动力相互作用效应的量化评价方法,其特征在于,所述的量化评价方法适用于基岩上的土石坝和覆盖层地基上的土石坝工程,能够推广至重力坝、核岛、高层建筑-地基的动力相互作用效应量化评估。