杨房沟高拱坝防震抗震设计研究

杨房沟混凝土双曲拱坝最大坝高155 m,坝址所处地区地震烈度相对较大,为此,除了按DL5073—2000《水工建筑物抗震设计规范》的原则、方法和要求进行常规抗震分析外,同时还考虑坝址地形地质条件、计入地基辐射阻尼和横缝张开影响的三维非线性有限元法对大坝及基础进行动力分析,综合分析评价了大坝的抗震性能与抗震安全性。研究结果表明,杨房沟高拱坝在设计地震和校核地震作用下,坝体应力状况较好,坝体横缝最大张开度不会破坏横缝止水设施,满足设计要求。采取的抗震措施能够进一步提高拱坝的整体性和抗震性,杨房沟高拱坝的抗震安全是可以保证的。     

杨房沟拱坝的动力响应分析

强震区的杨房沟拱坝的抗震安全问题为众多研究者所关注。本文用拉格朗日不连续变形分析（LDDA）模拟拱坝横缝,采用黏弹性边界作为吸能边界来模拟无限地基辐射阻尼,建立了拱坝地震自由场输入模型,进行了杨房沟拱坝动力响应分析,对辐射阻尼和拱坝横缝对坝体应力的影响、拱坝横缝在地震作用下的张开情况以及坝体静动综合应力进行了分析,得出了如下结论,考虑坝体横缝张开和地基辐射阻尼效应影响后,杨房沟拱坝的地震动力响应明显降低,大坝横缝张开度最大为6mm,在横缝止水可允许的变形范围之内,在进一步优化大坝体型基础上,杨房沟拱坝在设计地震作用下的抗震安全是可以保证的。     

设计地震作用下拱坝的等效应力应用研究

有限元法由于其适用性强的特点而大量应用于拱坝的应力分析中,但由于有限元法计算结果受网格尺寸和网格形态的影响较大,且易在坝踵和坝趾出现应力集中效应,给拱坝的应力评价带来困难。目前有限元等效应力法多应用于拱坝的静力分析中,但对于拱坝在设计地震作用下的应力分析,仍没有明确的评价标准。本文将有限元等效应力法扩展应用于拱坝的动力分析中,结合沙牌拱坝的工程实例,采用抗震规范的承载能力极限状态设计式对坝体强度进行评价,评价的结果和实际情况较吻合,为等效应力在拱坝动力分析中的应用提供了有益的探索。     

小湾拱坝在不同概率水平地震作用下的抗震安全性研究

本文采用非线性地震波动分析方法，将坝体、地基、库水的强震反应作为满足体系中接触面边界约束条件的波传播问题求解，以坝体位移反应发生突变作为拱坝体系整体失稳判断准则，依据设计概率水平及实际可信超设计概率水平确定的地震动，对小湾拱坝的地震响应进行数值计算分析，给出其在不同水平地震作用下的抗震超载安全度。分析结果表明，该拱坝在实际可能发生的最大地震作用下，尚有1.3倍的超载裕度，其抗震安全性能满足设计要求。     

高拱坝的动力非线性分析

强地震时，高拱坝中上部因动力放大效应而成为抗震薄弱部位，各项段间的伸缩横缝难以承受较大的拱向拉应力而开裂，拱坝不能现视为整体结构而作线弹性分析。为此，以三维非线性接缝单元模拟坝体分缝，采用基于动态子结构理论的非线性动力分析方法，分析研究伸缩横缝对高拱坝地震反应的影响。研究表明，强烈地震时伸缩横缝反复张合引起显著的坝体应力重分布，大大减少开裂区附近的拱向拉应力而使坝体中部下游面的梁向拉应力有一定增加     

坝肩岩体地震残余变形对小湾拱坝安全影响

用有限元模拟拱坝坝体、非连续接触单元模拟坝肩，计算了在设计地震荷载作用下小湾拱坝坝肩残余位移和坝体应力。以拉应力达到坝体混凝土抗拉强度为控制标准，得出坝肩岩体的动力稳定安全系数。计算结果表明，小湾拱坝坝肩仍具有一定的安全度。     

乌东德高拱坝抗震设计研究

乌东德水电站地处亚欧大陆地震带,其抗震性能受到广泛关注。采用“静力设计、动力调整”方法进行大坝体形设计,并采用现行抗震规范规定的基本分析方法与非线性有限元法对大坝选定体形的抗震性能与抗震安全性进行分析评价,提出了大坝抗震措施和强震监测设计方案。研究结果表明,乌东德高拱坝在设计与校核地震作用下,坝体应力状况较好,与国内几座高拱坝相比,应力水平较低,横缝开度较小,坝肩抗滑稳定裕度大,大坝-坝基系统具有较强的极限抗震能力。     

新抗震规范要求下高拱坝抗震安全研究

白鹤滩水电站区域构造稳定性较差,2016年的设计地震动参数复核结果表明,场址100年超越概率2％相应基岩水平地震动峰值加速度为451 gal.根据NB 35047-2015《水电工程水工建筑物抗震设计规范》、GB18306-2015《中国地震动参数区划图》以及地震安全评价结果,基于复核后的地震动参数,对高289 m的白鹤滩拱坝抗震安全进行研究,主要内容包括工程场地地震安全性分析、拱坝动力特性和地震反应、坝肩关键块体的整体抗滑稳定性、超载地震作用下拱坝动力反应等.     

坝基加固后锦屏一级高拱坝应力变形计算分析

锦屏一级高拱坝坝址地质条件复杂,其基础加固处理工程巨大,主要包括:左岸混凝土垫座置换、左岸传力硐、左岸f5、f8、煌斑岩脉混凝土网格置换,右岸f13、f14断层混凝土网格置换.文中采用非线性有限元分析方法,对坝基加固后锦屏一级水电站坝体在多种工况下的应力变形特性进行了计算分析.给出了坝体蓄水期的应力位移分布及超载、降强对位移的影响结果,表明蓄水期坝体总体变形规律比加固前明显改善,坝踵拉应力减小.加固后坝体与坝基安全储备能力提高,可以满足设计要求.     

基于不同设计反应谱的高拱坝动力特性研究

采用动力法计算地震作用效应时,设计反应谱是地震动的重要参数。目前SL 203—97《水工建筑物抗震设计规范》和NB 35047—2015《水电工程水工建筑物抗震设计规范》两本抗震规范标准设计反应谱不同。文章以某高拱坝为例,采用不同设计反应谱生成的人工波,对大坝进行动力分析。研究成果表明:利用两种规范标准谱人工波计算出的坝体应力和横缝张开度规律一致,SL 203—97规范标准谱人工波计算得出的坝体拉应力较NB35047—2015规范标准谱减小超过25%,压应力减小10%～20%,横缝张开度减小30. 5%,研究成果为高拱坝进行抗震安全评价提供依据。     

锦屏一级高拱坝整体稳定物理与数值模拟综合分析

高拱坝的整体稳定是工程建设中的关键问题之一,地质力学模型试验和数值计算是研究这一问题的重要方法。通过理论推导建立了基于综合法的大坝稳定安全系数评定关系式。针对锦屏一级高拱坝坝肩地质条件复杂,影响拱坝整体稳定的断层、岩脉、节理裂隙众多,坝高库大和加固难度大,工程安全稳定问题十分突出等特点,采用综合法地质力学模型试验与三维非线性有限元相结合的方法,对加固处理后的锦屏一级高拱坝整体稳定性开展研究。获得了拱坝在正常工况下的工作性态,以及在结构面强度参数降低约30%后坝肩的超载变形失稳过程和最终破坏形态,提出拱坝与地基综合法整体稳定安全度为5.2~6.0(试验值)和5.98(计算值)。通过综合分析模型试验和数值计算的成果,评价了锦屏一级高拱坝工程的安全性和加固效果。研究成果为锦屏一级拱坝工程的安全监测和运行管理提供了科学依据,同时也为其他类似高拱坝工程的稳定分析提供参考。     

复杂地质条件下锦屏一级高拱坝坝趾加固措施研究

通过对锦屏一级特高拱坝的地质条件和受力特点的分析,结合基于变形加固理论的三维弹塑性有限元整体变形稳定分析成果,提出了该拱坝坝趾的加固措施设计方案,论证了其加固措施方案的合理性。通过对锦屏一级拱坝坝趾的加固措施研究,希望为类似复杂地质条件下高拱坝的坝趾锚固设计提供参考。     

小湾高拱坝坝肩（基）动力稳定分析

本文采用刚体弹簧元法，分析了小湾双曲拱坝左右岸５８个可能滑动体在地震作用下的动力稳定系数。结果表明，小湾高拱坝坝肩动力稳定性可以满足设计要求，但应注意加强高高程的抗震措施。     

锦屏一级水电站左岸边坡变形对拱坝安全的影响

依据锦屏一级水电站拱坝边坡监测成果,采用流变计算模型,预测了左岸边坡的长期变形趋势和稳定性。分析了大坝和边坡相互作用下有限元模型边界上的位移加载方式,并进一步分析边坡长期变形下拱坝的应力和变形情况,评价了边坡长期变形对拱坝结构的影响。分析表明,锦屏一级水电站拱坝能够承受一定量值的左岸边坡变形,且承受边坡变形的安全裕度较高。     

高拱坝抗震设计研究进展

本文概述了高拱坝抗震面临的关键技术问题和国内外的研究动态，简要介绍了近年来我国各有关单位结合小湾、溪洛渡等工程对高拱坝抗震进行攻关研究的目标和思路，以及当前研究的进展。内容包括拱坝体系作为宫续介质的地震反应和坝肩抗稳定方法及其在小湾拱坝工程中的实际应用，拱坝整体和有缝模型的动力试验；拱坝体系作为离散介质的地震及反应和坝肩抗震稳定分析方法；厚淤砂时坝面动压影响；以及拱坝随机震动场作用下的反应分析。     

基于两类横缝接触模型的拱坝非线性动力响应研究

本文基于主、从接触面的接触边界方法，采用限制接触面切向滑移的弹簧单元，模拟切向完全约束的高拱坝横缝在地震动荷载作用下张开、闭合的非线性力学行为，并应用有限元隐式迭代方法求解结构的动力响应。为了适应拱坝计算，文中对基于接触边界的ABAQUS模型进行了功能扩展，包括引入弹簧单元约束切向滑移、嵌入有限元库水附加质量等。通过讨论接触边界与接触单元模型的有限单元格式，比较了两类接触模型的特点。分别采用该模型与基于接触单元法的ADAm88模型模拟某拱坝的动力响应，两者得到了基本一致的规律：结点位移与横缝开度吻合良好，动位移与开度时程反映出相同的动力响应周期，二者都反映出横缝张开引起的拱向拉应力释放和梁向应力的增加。通过计算验证了ABAQUS模型在拱坝动力计算方面的适用性，说明该模型适合作为一个扩展平台嵌入其他的本构、边界模型以全面模拟实际拱坝的动力特性。     

强震区高拱坝抗震安全研究

从2008年"5.12"汶川大地震到今年"4.14"玉树地震,西部强震区高拱坝的抗震安全问题成为坝工界密切关注的问题。从我国强震区高拱坝抗震研究与工程建设中现存的问题出发,分析并总结了高拱坝地震破坏机理和高拱坝抗震设计理念(包括抗震评价准则、混凝土材料动力特性研究、高拱坝抗震设计分析等)的研究与发展,指出了当前高拱坝抗震较为适用的抗震措施,为今后的研究提供参考。     

基于拱梁分载法的拱坝应力分析

运用拱梁分载法对某混凝土双曲拱坝设计方案进行了大坝静力及动力分析,选取8拱15梁对拱坝进行拱梁网格划分,计算了荷载基本组合和偶然组合下的9个计算工况,得到了上、下游坝面的应力极值。由应力极值结果表明,该拱坝设计方案应力分布规律合理,最大主拉应力值、最大主压应力值、梁向应力值与拱向应力值在控制工况下均满足我国规范规定的应力控制要求,可为实际工程设计与抗震安全提供参考。