混凝土重力坝整体抗震及破坏特性分析

强震荷载作用下混凝土重力坝各坝段间的动力相互作用不可忽视。利用能考虑混凝土软化特性并可反映实际损伤能量耗散的混凝土塑性损伤本构模型,通过建立重力坝整体3维有限元模型,考虑地基辐射阻尼作用和坝体接缝非线性动力接触作用,采用时域分析方法对官地碾压混凝土重力坝进行整体3维非线性地震反应分析,研究大坝整体抗震特性,得到大坝的损伤破坏区域及抗震薄弱部位,揭示横河向地震输入对大坝地震反应的影响。研究表明：考虑坝段间的动力相互作用后,大坝整体抗震性能得到提高;考虑横河向地震输入后,大坝的动力响应及损伤破坏范围均有所增大。     

均匀冲击荷载作用下重力坝的损伤分析

对于重力坝,远程水下爆炸、大体积山体滑坡等引起的水下冲击波作用可近似视为均匀冲击荷载作用,均匀冲击荷载作用下混凝土重力坝损伤特性较静荷载作用下要复杂得多.本文以非线性显式动力分析程序Abaqus/Explicint为平台,考虑冲击荷载作用下混凝土的高应变率效应,通过建立混凝土重力坝均匀冲击三维模型,对不同冲击荷载下的大坝动态响应进行全性能数值仿真模拟,探讨混凝土重力坝在不同冲击荷载下的损伤.试验结果表明:冲击荷载下大坝损伤模式不仅与大坝自身的动力特性有关,还与冲击能量的大小有关;坝体损伤形式表现为拉伸损伤和压缩损伤,以拉伸损伤为主.     

复杂地基重力坝与胶凝砂砾石坝变形破坏对比分析

胶凝砂砾石坝（CSG坝）是一种新型坝,具有大坝整体应力水平低、施工快速以及节约工程投资等优点。本文采用地质力学模型试验法,对CSG坝与重力坝在复杂地基上的深层抗滑稳定问题以及破坏差异进行分析,CSG坝原型选取守口堡大坝,与武都重力坝19#坝段坝址区复杂地基相结合成一新坝段,从而模拟CSG坝在复杂地基下的运行情况,并通过模型加载试验得到坝体的变形特点及复杂地基中断层和层间错动带的破坏形态。通过CSG坝与武都重力坝19#坝段的模型试验数据以及两者破坏形态对比分析中可以得到：1）在相同的超载倍数下,重力坝坝体较CSG坝坝体变位较大;2）在最终破坏阶段,CSG坝与重力坝坝体均有轻微的扭转,其中重力坝坝体有轻微的顺时针转动,CSG坝坝体有轻微的逆时针转动;3）CSG坝与重力坝所在复杂地基的断层均发生了不同程度的滑移,其中断层10f2、f115发生了较大的相对变位;4）重力坝整体向下游变位较CSG坝明显,挤压破坏情况较为严重;5）模型试验中得到CSG坝安全度为6.4,重力坝安全度为3.0,运用刚体极限平衡分析得到CSG坝安全度为5.9,重力坝安全度为2.5。模型试验结果与理论分析结果得到相互验证,因此,从两者数据结果可得出CSG坝的极限承载能力较重力坝强,超载系数大,安全度较重力坝高,说明CSG坝是一种高安全性的坝型。     

排水系统对灰坝渗流与稳定的影响分析

以河门口火电厂西沟灰场土坝为例，选择了两个控制断面及四种工况就其排水系统对坝体浸润线与坝坡稳定性的影响予以分析，认为灰坝上游铺设排水是保证坝坡稳定的关键，而当其上游排水失效时，坝基排水带对降低坝体浸润线和保持坝坡稳定效果显著，可见灰坝上游加坝基排水方式是符合其工程特点的。     

重力坝上游坝面和坝踵水平裂缝的断裂力学分析

本文以线弹性断裂力学观点,对重力坝上游面和坝踵水平裂缝进行了分析,研究表明:在重力坝上游存在一个允许水平裂缝区。坝踵产生裂缝及其扩展是坝的初始破坏形式。当库水位上升时,裂缝向基岩内扩展,应该用断裂力学方法校核裂缝的稳定性,并以此作为重力坝稳定的补充条件。文中通过石膏实验,研究了脆性材料的复合判据。最后对应用断裂力学研究重力坝裂缝问题提出几点意见。     

泥石流块石冲击下新型拦挡坝动力响应试验研究

针对泥石流灾害拦挡工程结构型式缺乏创新以及相关试验研究工作欠缺问题,本文提出了两种钢-混凝土组合式新型拦挡坝型式。利用自主设计的冲击模拟试验台对坝体结构在固体冲击作用下的动力响应进行了试验研究和对比分析。结果表明:支撑体系的加强作用和耗能元件的耗能作用有效减轻了新型坝体实体坝身的破坏程度;重力坝动力响应衰减历时至少5倍于带支撑拦挡坝实体坝身,并且后者的动力响应峰值显著低于前者,坝体结构的整体刚度得到了明显增强;耗能坝实体坝身动力响应达到峰值所需耗时是重力坝的2倍有余,并且前者的动力响应峰值相较于后者明显降低,耗能元件的缓冲和耗能作用十分显著。     

混凝土重力坝抗震钢筋多层布置效果分析

针对混凝土重力坝非溢流坝段,利用ADINA有限元程序进行地震时程分析后得出,在地震情况下,非溢流坝的薄弱环节为坝头部位、上游折坡点部位和坝踵部位。通过在坝体内配置抗震钢筋起到限制混凝土裂缝发展的作用,并以金安桥水电站工程为例,对配置抗震钢筋进行研究,探讨配置多层抗震     

重力坝溢流坝段自重荷载计算

重力坝是一种主要依靠自重来维持稳定的坝型,自重荷载计算的精度对重力坝设计质量有至关重要的影响。而重力坝的溢流坝段剖面由多段曲线组成,实际工作中往往以折线来代替曲线采用近似计算,既影响了工程设计的精度,又不易编制成程序利用计算机运算。本文推导了一套重力坝溢流坝段的自重荷载计算公式,用于混凝土坝和浆砌石坝等实体重力坝。用此套公式可编制程序,利用计算机进行坝体剖面优化设计,提高工程设计成果的精度,提高工作效率。     

重力坝折坡点高度对其抗震性能的影响

为了研究下游折坡点高度对混凝土重力坝抗震性能的影响,应用ABAQUS软件,以1967年Koyna震害工程为原型建立二维有限元模型.结果表明:随着折坡点位置的降低,坝面突变处的拉应力值逐渐增大,其中在90%~70%阶段呈近似线性增加,70%以下增加幅度趋缓;随着折坡点高度的降低,坝体上部晃动愈加剧烈,对坝顶建筑物的安全稳定性产生严重不利影响;当折坡点的高度控制在坝高的80%以上时,可以有效减弱或避免应力集中产生的破坏.在工程设计中合理控制下游折坡点的高度对提高坝体的抗震性能起到重要作用.     

确定重力坝坝踵切口应力强度因子的公式及其有限单元法

本文首先把大坝上游面与基础面组成的平面角看作为切口上受分布水荷载和均布水荷载作用的V型切口,从构造这种切口尖端附近的应力函数出发,推导出了切口尖端附近应力场和位移场的近似表达式;其次,通过实际算例论证了用有限单元法,采用常规单元计算V型切口应力强度因子的可行性;最后,计算了在水压超载和不同坝高情况下重力坝坝踵切口的应力强度因子k_1、k_2,同时还与采用文献[1]公式的计算结果进行了比较。计算分析表明:考虑坝踵切口水荷载和坝体体力时所得应力强度因子是合理的;对于纸坝,断裂破坏的可能性很小;对于高坝,断裂破坏的可能性较大,应该进行拉剪和压剪的断裂分析。     

基于跨尺度精细方法的面板坝面板损伤演化尺寸效应分析

中国面板坝建设规模正突破200~300 m级跨越,研究地震面板损伤破坏对特高坝抗震性能和安全控制具有重要意义。引入Quadtree跨尺度建模和非线性SBFEM-FEM耦合分析方法,联合土体广义塑性模型、弹塑性接触模型和混凝土塑性损伤模型,研究了高面板坝面板地震精细损伤演化过程。研究表明：面板损伤区主要发生在高程0.6H~0.9H区间附近;随顺坡向网格细化,损伤越趋局部化,越能合理地反映面板顶部的损伤破坏现象,建议顺坡向面板尺寸取0.5~1.0 m。面板大部分区域法向划分2层或1层网格可满足计算精度,但对顶部局部区域,可考虑分3层网格。基于Quadtree-SBFEM-FEM的跨尺度分析方法,实现了面板的精细化损伤演化规律研究,可为工程地震薄弱区域的精准定位和抗震安全控制方法的有效性分析提供重要参考和指导。     

抗拉强度空间变异性对重力坝地震开裂的影响分析

由于施工质量不均匀和混凝土自身的非均质性,重力坝坝体混凝土强度具有空间变异性,这一特性会对大坝的抗震性能造成影响,而当前的重力坝地震动力分析中很少考虑混凝土强度参数的空间变异性。应用随机场理论构建大坝抗拉强度的空间变异随机场,采用中心点法离散随机场并构建自相关函数得到相关系数矩阵,对相关系数矩阵进行Cholesky分解和线性变换,结合独立标准正态分布样本矩阵生成相关对数正态分布样本矩阵,实现抗拉强度空间变异性的抽样模拟。考虑混凝土抗拉强度的空间变异性,采用混凝土塑性损伤模型对Koyna重力坝进行地震非线性动力分析,基于统计意义研究了坝体裂缝条数、裂缝深度、上游面裂缝分布范围和坝顶位移等动力响应特征。成果分析表明：考虑抗拉强度的空间变异性后,Koyna重力坝动力响应具有明显的离散性,且上游面裂缝条数增加后导致坝顶水平位移整体偏向下游,垂直位移整体上抬,残余位移增大;同时裂缝深度均值较均质材料情况增大,坝体震损程度总体加剧;Koyna重力坝实际观察到的裂缝位于计算得到的裂缝分布范围之内。对抗拉强度变异系数和水平向自相关距离的参数敏感性分析表明,坝体动力响应的均值和变异性随变异系数的增大而增大,但对抗拉强度的水平自相关距离变化不敏感。     

考虑损伤状态阈值模糊性的重力坝地震易损性分析

由于结构损伤状态的演变是一个逐渐过渡的过程,以及分析认知的模糊性,重力坝地震损伤状态的阈值具有模糊性。本文提出了描述重力坝损伤状态阈值模糊性的数学模型,结合坝与地基系统的非线性有限元地震动力分析和Hariri-Ardebili的损伤状态量化方法,提出了重力坝模糊地震易损性分析方法。将提出的方法应用于Pine Flat重力坝,研究了隶属度函数形式和损伤状态阈值模糊区间的大小对Pine Flat重力坝地震易损性的影响。结果表明,损伤状态阈值模糊区间的大小对Pine Flat重力坝地震易损性的影响较大,而隶属度函数形式的影响较小。损伤状态阈值的模糊性导致Pine Flat重力坝轻度损伤状态的超越概率明显增加,而接近倒塌损伤状态的超越概率有所降低。因此,在重力坝地震易损性分析中应该考虑损伤状态阈值模糊性的影响。     

基于ETA模型的配筋措施对于高拱坝变形损伤指标的影响

混凝土拱坝在不同强度超载地震作用下的动力响应,对拱坝抗震裕度评估有着深远的影响,如何评价配筋措施的效果成为一个重要问题。基于耐震时程分析（ETA）法,研究了不同地震强度下,高拱坝是否采用配筋抗震措施对于坝体损伤变形指标的影响。首先对ETA方法、坝体材料本构、横缝模型以及地震动输入方法进行了介绍。然后分别建立了高拱坝采用配筋抗震措施和未采用配筋抗震措施拱坝的数值模型,同时基于ETA方法生成不同地震强度的耐震时程。分析在不同地震强度下,高拱坝是否采用配筋抗震措施的损伤分布、横缝开度以及变形等响应,提出了高拱坝损伤体积比、平均横缝开度以及拱冠梁变形等坝体损伤变形指标。通过对比高拱坝配筋和未配筋的情况下得出的动力响应指标,研究配筋措施对高拱坝响应以及损伤变形指标趋势、相关性以及离散性的影响。计算结果表明:在不同的地震动强度条件下,配筋措施对减小高拱坝的整体损伤是有效的,对横缝开度及位移影响有限,配筋措施可以减小地震随机性导致的损伤变形指标离散。同时,归一化的损伤变形指标表明损伤变形指标有一定的相关性。     

基于裂缝扩展准则的混凝土重力坝裂缝扩展全过程数值分析

将裂缝扩展准则应用于混凝土重力坝裂缝扩展全过程分析,结合虚拟裂缝模型计算了经典混凝土重力坝模型的断裂特性,并与其他数值方法进行了对比。结果表明：利用该数值方法得到的混凝土重力坝模型的外荷载一裂缝口张开位移曲线及裂缝扩展路径与试验结果均吻合良好;当给定了混凝土材料的起裂断裂韧度、断裂能、抗拉强度等参数后,即可采用该数值方法对混凝土重力坝裂缝扩展全过程进行分析。     

基于土石坝渗流和坝坡稳定的二维有限元分析

土石坝病害中较为突出的是破损病害、老化病害等,具体表现为渗流和边坡失稳等.综合国内外土石坝数值模拟研究现状,基于二维拉格朗日有限差分法,建立了二维土石坝有限元分析模型.通过理论研究和数值模拟,对土石坝进行渗漏分析、渗透分析、坝坡稳定性分析.并给出了土石坝加固方案.     

Seismic performance assessment of high CFRDs based on fragility analysis

Due to a large number of high concrete face rockfill dams(CFRDs) being constructed, the seismic safety is crucially important and seismic performance assessment must be performed for such dams. Fragility analysis is a method of great vitality for seismic performance assessment; it can intuitively forecast the structural effects of different ground motion intensities and provide an effective path for structure safety assessment. However, this method is rarely applied in the field of high earth dam risk analysis.This paper introduces fragility analysis into the field of high CFRD safety assessment and establishes seismic performance assessment methods. PGA, Sa(T1, 5%), PGV and PGD are exploited as the earthquake intensity measure(IMs). Relative settlement ratio of dam crest, cumulative sliding displacement of dam slope stability and a new face-slab destroying index(based on DCR and COD) are regarded as the dam damage measures(DMs). The dividing standards of failure grades of high CFRDs are suggested based on each DM. Fragility function is estimated according to incremental dynamic analysis(IDA) and multiple stripes analysis(MSA) methods respectively from a large number of finite element calculations of a certain CFRD, and seismic fragility curves are determined for each DM. Finally, this study analyzes the failure probabilities of the dam under different earthquake intensities and can provide references and bases for the seismic performance design and safety risk assessment of high CFRDs.     

面板堆石坝挤压边墙技术在佃石水库工程中的应用

按照传统的施工方法,面板坝上游垫层坡面斜坡碾压质量很难保证,施工工序复杂、填筑期上游坡面长期无防护,在一定程度上影响工程进度和工程质量。在在建中的三门佃石水库面板堆石坝施工中,采用混凝土挤压式边墙技术,替代传统工艺的垫层料超填、削坡、修整、斜坡碾压、坡面防护等工序,可有效保证垫层料碾压质量,加快施工进度。