董箐混凝土面板堆石坝地震响应特性研究

针对董箐混凝土面板堆石坝的抗震安全性要求,采用三维非线性动力有限元方法,考虑堆石料的动力非线 性及地震时坝体动水压力作用,采用等效线性模型求解坝体的地震反应,获得了该坝在EI-Centro地震波作用下及 峰值加速度时坝体和面板的加速度反应、位移反应、应力反应、垂直缝与周边缝位移反应及坝体地震残余变形等 地震动力反应特性,揭示了董箐面板堆石坝的地震反应规律与特点,分析了坝体的抗震安全性,论证了设计方案 的合理性。     

地震作用下混凝土高趾墙损伤分析

采用混凝土塑性损伤模型和堆石料广义塑性模型,对带有高趾墙的混凝土面板堆石坝静动力反应特性进行了二维有限元分析,研究了高趾墙的损伤发生及发展过程。结果表明,高趾墙在施工和蓄水过程中上、下游两侧受到拉、压应力交替作用,竣工期最大拉应力发生在高趾墙下游面底部,满蓄期最大拉应力发生在高趾墙上游面底部,由于拉应力超过了混凝土抗拉强度,高趾墙出现了轻微损伤;在地震荷载作用下,高趾墙底部损伤程度增大,损伤因子最大超过0.8,同时高趾墙顶部也有轻微损伤,损伤因子小于0.6。通过损伤变量可以清晰地看出高趾墙在地震作用下的破坏过程及薄弱环节,可为混凝土面板堆石坝抗震设计提供理论指导。     

面板堆石坝分离式面板应力变形特性研究

为进一步研究分离式面板的技术特点,利用商业有限元分析软件ABAQUS分别对分离式和连续式面板堆石坝进行数值模拟,对满蓄期连续式面板和分离式面板的应力应变状态进行了对比分析。计算结果表明,相比于连续式面板,分离式素混凝土面板技术的应用改善了面板在满蓄期的应力分布状况,提高了混凝土面板对堆石体变形的适应能力;不同水平缝宽度对面板的整体应力应变状态影响较小,为避免局部应力过大而导致的混凝土挤压破坏,其宽度应根据变形计算进行确定。     

200 m级面板堆石坝流变分析

针对堆石流变会引起200 m级面板堆石坝面板脱空、压坏等现象,采用沈珠江三参数流变模型对200m级混凝土面板堆石坝进行三维有限元计算,对比了不考虑堆石料流变的计算结果,并分析了堆石料流变特性对坝体和混凝土面板应力变形及面板接缝变形的影响.结果表明,堆石流变较大程度上改变了坝体和面板的变形与应力.     

混凝土面板裂缝光纤监测网络构型的优化

在荷载作用下,混凝土面板裂缝的产生具有很大的时空随机性,为实现对面板裂缝的实时在线监测,提出了基于OTDR的分布式裂缝光纤监测网络优化技术路线,在考虑正交检测失效和光纤埋设工艺的基础上,对比分析了几种不同光纤监测网络的优缺点,并结合某面板堆石坝有限元应力计算分析结果,提出了光纤网络呈斜交网格布置为优化的面板裂缝光纤监测网络构型。     

三板溪面板堆石坝面板裂缝成因分析

采用钢筋应力计、无应力计、应变计、温度计、裂缝计等监测仪器对三板溪混凝土面板堆石坝进行监测,研究三板溪混凝土面板堆石坝在施工期和运行期的应力、变形分布规律,分析混凝土面板产生结构性裂缝的可能原因。监测资料分析结果表明:导致面板水平施工缝挤压破损的直接原因是面板水平缝缝面压应力过大和结构上的缺陷;从外部运行环境看,首次蓄水水位上升过快引起大坝变形速率过大,面板偏心受压,最终导致面板水平缝挤压破损。     

高混凝土面板堆石坝的动态监测

高混凝土面板坝的动态检测对稳定坝体,防止灾害十分重要,地震反应监测、水力学原型观测、爆破振动监测是高面板坝动态监测的重要组成部分,简述了高面板坝动态监测的目的,主要内容与相关问题。     

强震区抽蓄电站沥青混凝土面板堆石坝抗震稳定性分析

我国西北强震区某拟建抽水蓄能电站上水库采用沥青混凝土面板堆石坝,最大坝高161 m。为分析该坝抗震稳定性,在大坝非线性静力分析基础上,采用改进的等效粘弹性模型和有限元动力时程法等理论,对大坝开展三维有限元地震反应和坝坡抗震稳定性计算。结果表明,大坝在100年1%超越概率的校核地震(地震加速度为0.48g)作用下,坝体及面板的动力反应分布规律合理。其中,坝体顺河向、坝轴向、竖向加速度极值分别为13.93、13.91、13.80 m/s²。考虑静动叠加后,在沥青混凝土面板反弧段的拉应变极值达0.95%,但小于改性沥青混凝土抗拉强度的一般允许值。因此,大坝即使遭遇0.48g的校核地震作用,亦能保持较好的整体安全性,不会出现重大抗震安全事故。     

紫坪铺混凝土面板堆石坝地震剪胀特性探讨

为判断混凝土面板堆石坝地震后体积剪胀或剪缩问题,基于紫坪铺混凝土面板堆石坝汶川地震前后坝体若干测点的实测数据,根据4个节点构成的单元面积进行变形统计分析,对坝体单元的剪胀剪缩特性进行了探讨。分析了断面D0+251和D0+371的水平位移、竖直位移及各单元的面积变化,得到混凝土面板堆石坝地震变形规律为坝体断面缩小、坝体边坡向内部收缩,尤以最大断面附近收缩较为明显,且随坝体高程降低收缩量减小;坝体不同部位单元面积的变化与其所处位置和周围的应力状态相关,坝体整体上各个单元面积减小,而处于坝顶附近和边缘的个别单元由于顶部面板脱空和单元面积剪胀引起面积增大,从而为今后的施工设计和计算校核提供了依据。     

西龙池面板堆石坝应力变形三维有限元分析

分别采用邓肯E-B模型和沈珠江双屈服面模型模拟堆石坝体、利用线弹性模型模拟沥青混凝土面板进行有限元变形及应力计算分析,并对两种不同模型在竣工期和蓄水期坝体堆石和面板的应力变形规律进行了比较.结果表明,对外凸反拱曲线型面板堆石坝,邓肯模型计算的面板拉应力较大与实测不符,而弹塑性模型的计算结果则较合理.     

基于精确桩土模型的桁架式大型海上风力机地震动力学响应分析

为更精确研究桁架式大型海上风力机在地震载荷作用下的结构动力学响应,建立桩土模型,描述土体物理性质与桩-土间的相互作用,以桁架式支撑结构的美国可再生能源实验室(NREL)5 MW海上风力机为研究对象,建立有限元模型并分析在湍流风与地震联合作用下的动力学响应。结果表明:相较于湍流风,地震作用对桁架式海上风力机动力学响应的影响更加剧烈;地震导致塔顶位移显著增大;桁架结构与塔架的连接处存在Mises应力积聚,且在地震影响下其更为严重;地震对桩基的运动状态产生显著影响,位移最大值出现在桩底。     

面板坝次堆石区力学特性对坝体变形协调的影响

以厦门抽水蓄能电站上水库面板堆石坝为研究对象,采用三维非线性有限元法和邓肯E-B模型,设计多组不同力学特性的主次堆石料组合,对比分析坝体变形及面板位移,探究蓄水期坝体各部位变形受堆石材料性能变化的影响程度。建议面板堆石坝主次堆石区变形协调的变形梯度极限指标为3%,同时以地震永久变形量作为抗震校核的指标。对于该工程,在现有填筑料的基础上,适当提高次堆石料力学性能,坝体坝轴线下游侧水平及垂直位移均显著降低,位移的极值部位向坝轴线靠近,高程略有上升;次堆石料的变形模量对面板的挠度影响不大。     

改进的SSOR-PCG快速求解法在高面板堆石坝求解效率和节约内存中的实践

针对大型高面板堆石坝有限元计算中常用的直接法存在存储空间大、计算时间长的问题,根据刚度矩阵稀疏性特点,采用对称逐步超松弛预处理共轭梯度法(SSOR-PCG法)的改进算法求解线性方程组,并提出了与该算法相适应的有限元刚度矩阵压缩存储的新方法,以典型面板堆石坝为例,将快速求解法和一维半带宽直接法在计算精度、内存占用、计算耗时三方面进行了比较分析。结果表明,快速求解法具有精度高、速度快、占用内存少的优点,可应用于大规模土石坝有限元分析中。     

潘口水电站面板堆石坝施工度汛断面坝坡稳定性分析

在对潘口水电站面板堆石坝施工期洪水作用下坝体与坝基渗流场进行有限元模拟的基础上,采用线性和非线性强度参数分析了施工度汛断面坝坡稳定性。结果表明,潘口面板堆石坝临时度汛断面在施工度汛期内渗流稳定性及上下游坝坡稳定性均满足现行规范要求,汛期安全性有保障;度汛期内临时断面采用挤压边墙和垫层料联合防渗的方案是可行的;与线性强度参数相比,非线性强度参数更符合堆石料的抗剪强度特性,其稳定性计算结果更合理,从而为潘口水电站面板堆石坝施工度汛断面的设计方案提供了技术支持,也为混凝土面板堆石坝施工期临时度汛坝体的坝坡稳定安全问题提供了一种有效的分析方法。     

地下洞室岩体动力本构模型研究及应用

岩体动力本构是研究地下洞室围岩抗震稳定的基础,但目前尚无普遍认可和较成熟的适用于地下洞室围岩地震分析的本构模型。结合已有试验研究成果,基于考虑地震动荷载作用下的岩体强化特性和地震波循环加载情况下的岩体疲劳损伤特性,提出一种适用于地下洞室群抗震分析的岩体弹塑性损伤本构模型,并嵌入到自主开发的显式有限元计算程序,应用于我国西南某大型地下厂房洞室群围岩抗震稳定分析。计算结果表明,设计地震情况下该洞室群围岩基本稳定,但洞室开挖中损伤较严重的区域在地震过程中其损伤程度可能会成倍增加,是抗震支护的重点区域。     

某面板堆石坝垂直缝破损渗漏量估算方法的适用性分析

面板堆石坝接缝止水破坏产生渗漏量的正确估算对工程安全运行和后期修补具有重要意义。以某面板堆石坝为例,该坝渗漏量明显大于国内其他同类工程,经水下检查发现面板周边缝和垂直缝都有不同程度的破坏。为了解面板垂直缝破坏后对总渗漏量的影响,分别采用阻力系数法和有限单元法对渗漏量进行估算,并与已修补接缝减少渗漏量的估算值进行了对比分析,为后期垂直缝修补提供了参考意见。     

Development of DKT Finite Element Formulation for Thermal Bending of Thin Plate

The finite element formulation for thermal bending analysis of a thin plate due to the temperature gradient through its thickness is presented. The formulation is developed for the Discrete Kirchhoff Triangle (DKT) element to analyze the plate bending behavior under the thermal loading. The finite element load vector is derived in closed-form expressions so that the numerical integration is not required. Solution accuracy of the developed DKT finite element is evaluated by several examples. Performance of the developed DKT finite element is also compared with the effective nonconforming triangular element (BCIZ element). Results show that the developed DKT finite element formulation provides high solution accuracy for analysis of plate bending problem under thermal loading.     

坝面溢流式面板堆石坝有限元计算与分析

通过用邓肯~张E~B模型,对岗曲河面板堆石坝在竣工期、蓄水期和泄水期进行了非线性有限元仿真计算,特别考虑了坝上溢洪道在泄水期,泄水水流对坝体应力和变形的影响,研究了大坝在三种工况下的应力变形特点及分布规律。计算结果分析表明,坝体竣工期、蓄水期的应力应变符合一般规律,泄水期的应力与竣工期、蓄水期相比有所减小,变形相差不是很大。     

挤压边墙对面板堆石坝结构性态的影响分析

为深入了解挤压边墙施工对面板及堆石体应力和变形的影响,以柬埔寨某混凝土面板堆石坝为例,采用三维非线性有限元法建立了坝体三维有限元模型,对比分析了采用传统施工法与挤压边墙施工法时大坝应力和变形的变化规律,研究了挤压边墙对堆石体和面板应力和变形的影响。结果表明,正常蓄水位工况下采用挤压边墙施工对堆石体的应力和变形影响不明显;混凝土面板的顺坡向压应力减少约400kPa,拉应力区明显减小,拉应力值减少约800kPa,面板挠度减少约20mm,可见面板的受力状态和挠度有较大改善。     

混凝土面板堆石坝三维非线性有限元应力变形分析

基于通用有限元分析系统ABAQUS的用户子程序二次开发实现Ducan-chang双曲线模型,对某混凝土面板堆石坝(CFRD)的填筑与蓄水过程三维非线性有限元仿真模拟,得到了坝体和混凝土面板的应力与变形、混凝土面板的垂直缝和周边缝沉陷、剪切和张开变形等结果,对工程坝体断面优化分区、接缝止水设计提供了参考依据。