壩-水庫-基礎系統之動力分析

Abstract

本研究分析壩-水庫-基礎之系統。壩體部份及壩之下之土壤為有限邊界之區域, 以平 面應變之有限元素來分析之, 上游之水庫及其下之基底與下游之土壤部份為水平方向無限延伸, 以超元素方法分析 之。 壩體受地震之影響產生振動, 除了壩體本身隨振動產生變形外, 加入水庫後, 由於壩 體上游面增加額外之動水壓力, 增加壩體之反應, 更加危及壩體之穩定與安全。 只考慮壩及水庫系統時, 基礎視為剛性, 在振動頻率與水庫之基本頻率一致時, 由於 壩與水庫之互制效應, 其反應為無限大。若考慮彈性基底, 柔性基礎將消耗部份水庫 底部入射之能量, 前人之研究採用反射係數來代表基礎反射能量之比例。本研究以超 元素方法結合壩-水庫-基礎系統來進行一系列之分析。 早期考慮水壩水庫問題者, 是以附加質量之觀念來代表水庫對壩體的影響, 至今仍為 一般實務界所採用。其方法簡便, 但並不真確, 本文將比較討論之。 最後, 利用本研究之分析方法, 求得在諧和擾動作用下, 壩體之反應振幅。進而利用 富利葉轉換, 將外振盪作用在頻率域上之反應作轉換運算, 並將各種頻率外力所引致 之系統反應疊加, 再由富利葉逆轉換, 求得時間域之系統反應。由分析結果可得在所 施加之地震加速度下, 隨時間變化之壩體反應。