反应谱分析法在重力坝抗震性能分析中的应用研究

本文首先对坝体进行静力分析,采用ANSYS中PLANE182单元模拟某重力坝坝体,探究坝体在自重及水压力作用下的应力与变形;然后运用反应谱分析法对坝体进行地震动力分析,包括采用模态分析法提取模态,确定大坝自振频率及振型,结合反应谱曲线方程得出反应谱谱值,然后进行反应谱分析及模态扩展,最后对模态进行合并。求得坝体在各阶模态下的应力及位移响应。结果表明:在地震设防烈度为8°的情况下,研究坝体的变形及强度均在可控范围内;最大应力、应变主要集中于大坝的中上部、坝踵、坝趾等处,在今后设计和施工中应引起足够的重视。     

宝泉电站下水库重力坝地震动力响应分析

结合宝泉抽水蓄能电站下水库浆砌石重力坝的改造工程，对其加高改造进行仿真模拟和三维有限元动力分析，研究了浆砌石重力坝的动力特性和地震动力响应，并得出地震动应力和动位移的分布规律。     

横缝深度对重力坝自振特性的影响

采用三维非线性有限元法建立了重力坝横缝、坝体和地基模型,并分别考虑不计入和计入库水作用的空库和满库2种工况对不同横缝深度的坝体模型进行对比分析,对于满库工况,忽略库水的可压缩性,以坝面附加质量计入。结果表明,第1阶振型以上下游摆动为主,在动力响应的贡献中第1阶振型的贡献最大;随着横缝深度的增加,坝体的自振频率也相应地减小,横缝深度过大会对坝体应变非常的不利,坝体严重扭曲,坝体整体协调性最差;倘若坝体不分缝,坝体整体性较强,但对坝体应力不利。因此,如何恰当地设计坝体横缝深度尤为重要。     

坝体弹模和坝高对重力坝动力特性的影响研究

基于有限元法,采用振型分解反应谱法研究了在中等偏硬坝基上坝体弹模和坝高对重力坝动力特性及地震响应的影响规律。通过对不同坝体弹模和高度重力坝动力响应规律对比分析得出:随着坝体刚度的增大,坝顶加速度减小,坝头部位的竖向动应力减小;坝顶加速度响应受坝高的影响不显著,坝头部位的竖向动应力在坝高为100 m时最大。同时通过对牙根二级水电站不同高度挡水坝段进行动力分析,论证了上述结论 。     

U形渡槽流固耦合有限元建模与响应谱分析

渡槽结构的振动特性分析是进行结构抗震设计与安全评价的重要内容之一。结合景泰川电力提灌二期工程的特点,考虑实际工程输水过程中水体与槽体间的耦合作用,采用ANSYS软件中融合的流固耦合模块建立了渡槽三维有限元模型,并对3种不同水位工况进行模态计算,得出相应的固有频率和主振型特征,再将正常水位工况下的计算结果与用HHT方法辨识的结果进行对比,误差范围为0.2%~4.4%,能够满足实际工程要求,说明有限元模型的适用性较强,同时对其主振型特征进行分析总结并提出合理的建议,最后利用反应谱理论对渡槽结构进行动力响应计算,得出不同工况下渡槽结构的位移、应力响应最值及变化规律,为渡槽结构的抗震设计、后续研究和该工程的加固改造提供理论依据。     

基于双场耦合高聚物防渗墙土石坝静动力响应

高聚物防渗墙近年来被广泛应用在堤坝的防渗加固工程中,同时耦合分析方法也成为分析坝体应力场和渗流场的研究热点。为了研究坝体增建高聚物防渗墙后,考虑渗流场和应力场的耦合作用和不考虑双场耦合作用下坝体和墙体的静动力响应,采用FLAC3D软件建立高聚物防渗墙土石坝应力场和渗流场的三维数值分析模型,分析坝体与墙体在静力荷载及地震荷载作用下的应力、位移、孔压和加速度的分布规律。研究表明,与非耦合分析计算结果相比,高聚物防渗墙土石坝耦合计算的应力值和位移值较大,更有利于坝体和墙体的安全性分析,为土石坝防渗加固和堤坝高聚物防渗墙工程抗震设计及施工提供参考依据。     

碾压混凝土坝地震响应的有限元仿真分析

采用有限元分析软件ANSYS对百色水库碾压混凝土重力坝进行了非线性有限元静力和动力分析,研究了坝体及基础在各种工况下的变形和应力规律,采用响应谱方法和三维实体模型分析了重力坝的动力特性和地震响应,结果表明最大地震动位移出现在坝顶上游侧,坝体的轴向中心附近处出现较大的应力集中。     

水布垭混凝土面板堆石坝设计

在水布垭混凝土面板堆石坝的设计中，针对筑坝材料的特性和堆石体的变形特征，进行了坝体结构及坝体材料分区的设计。对面板应力应变分析，采用Ｅ－Ｂ模型进行三维非线性有限元计算，计算成果表明：就坝体变形而言竣工期和蓄水期的水平位移与垂直沉降值，比照已建工程均在劲旅范围内；面板位移与应力分析的结果亦与已建工程的面板应务分布规律一致。     

龙滩大坝底孔坝段的抗震分析

建立龙滩大坝-库水-地基的动力相互作用模型，并基于三维动力有限单元法对底孔坝段进行抗震分析。计算得到坝体的动水压力和坝体的5阶自振特性，并依据《水工建筑物抗震设计规范》所规定的振型分解反应谱法进行大坝的动力分析，对大坝的抗震安全性能作出评价，指出坝体的抗震薄弱部位。     

地基辐射阻尼和库水对拱坝非线性地震响应的影响

针对拱坝坝体—地基—水库系统的动力计算分析，采用考虑无限地基辐射阻尼、坝体横缝非线性和自由场输入的模型程序，以溪洛渡拱坝为工程实例，对不同库水位下，考虑或不考虑地基辐射阻尼的工况进行了系列的计算对比研究。研究结果显示，低水位是横缝开度控制工况，高水位是坝体应力控制工况；对所有水位，地基辐射阻尼都带来坝体地震响应的全面降低，但不影响反应的总体规律。     

胶凝砂砾石坝抗震特性及其地震作用计算方法

胶凝砂砾石坝具有独特的结构型式,且由低强度材料填筑而成,因此其动力特性和抗震性能具有独自的特征。采用时程动力法,计算分析了胶凝砂砾石坝的动力特性及地震响应规律,探讨了坝体材料、基岩刚度以及坝高变化对该类大坝地震动力响应的影响规律。研究结果表明,与同等高度混凝土重力坝相比这种坝的地震动力响应明显较小,即使在强震作用下,坝体地震动应力仍处于较低水平;胶凝砂砾石坝具有明显不同于重力坝的动力特性和地震响应规律,按现有重力坝拟静力法不能正确计算胶凝砂砾石坝的地震作用效应。在大量分析成果的基础上,研究提出适用于该坝的地震动态分布系数和动水压力分布系数计算方法,可方便用于坝体地震惯性力和坝面动水压力的计算,为采用拟静力法进行该坝抗震设计工作提供了参考依据。     

刘家箐水库大坝安全性分析

在高震区易液化的全风化花岗岩地基上修建心墙堆石高坝,用于防渗的土料为易液化低粘粒含量的全风化花岗岩砂土,基础及坝体的动力安全性是坝体设计中的关键问题.通过采用各筑坝料的静、动力试验研究成果,对大坝典型设计剖面进行了静、动力有限元数值分析,对坝体安全性进行了论证,结果表明:坝体在静力荷载作用下是安全的;坝体在动力荷载作用下,若遇8度地震,上游坝脚处的基础全风化砂层和坝体上游面残坡积土斜墙防渗体可能发生液化,下游坝脚剥离弃料坡面可能发生剪切破坏,将影响大坝的稳定安全.     

构皮滩拱坝坝身泄洪振动水弹性模型试验研究

构皮滩双曲薄拱坝最大坝高232.5 m,采用表孔和中孔泄洪,水垫塘消能。坝身最大泄流量与泄洪功率居世界拱坝之首,大坝的流激振动对坝体安全的影响问题必须研究解决。采用1/150的水弹性相似模型试验和有限元法计算研究坝身泄洪引起的坝体振动问题。研究结果表明：实验模态分析的大坝满库前4阶频率和振型与有限元法计算结果甚为吻合;在给定的泄洪条件下大坝的振动位移和动应力都很小,不会对大坝整体安全构成危害,但可能出现局部疲劳损伤;大坝流激振动的主要振源是泄洪孔上的水流脉动压力;优化表孔体型和齿坎布置有助于减小坝体的流激振动。     

基于坝—岩基—水耦合解析的坝肩动力稳定分析

为了模拟三维状态下坝、岩基、库水的动力相互作用机理,研究提出了基于坝—岩基—水耦合的三维有限元分析方法。通过分析坝—岩基—水耦合动力相互作用理论,给出了坝—库水体的耦合条件、坝—岩基—库水的边界条件以及地震时粘性边界的分析方法。以某拱坝工程为实例,应用耦合三维有限元方法计算了拱坝及滑裂面应力分布,采用有限单元法和刚体极限平衡法,计算了坝肩各处的抗滑稳定安全系数。结果表明:最大拱向应力、梁向应力均出现在下游面,分别为1.43 MPa、1.50 MPa,在材料可承受的范围内。通过有限元法计算得到的拱坝坝肩岩体抗滑稳定安全系数为2.78~3.23,通过刚体极限平衡法计算的抗滑稳定安全系数为2.89~3.43,两者相差很小,说明该计算方法是有效的。研究成果可为拱坝坝肩抗滑稳定分析提供参考。     

混凝土大坝的抗震安全评价

本文论证了混凝土大坝重点是高拱坝的抗震安全评价的实践与发展现状。现有的评价准则主要依据混凝土的强度，特别是抗拉强度来判断大坝的安全性。大坝的应力计算则以弹性动力分析为基础。各国规范关于地震设防水平和大坝的容许拉应力数值有很大差别，表明认识上的不一致。事实上，由于各坝坝高、坝型、地形、地质条件不同，地震时坝身中某一部分产生的最大拉应力不足以全面反映大坝的抗震安全性。混凝土的动态强度是大坝抗震安全评价中的一个薄弱环节。大坝抗震设计中目前只依据Raphael进行的局部加载速率的试验结果选取混凝土的动强度。实际上，地震作用下，不同的坝不同部位的应变速率是不相同的，而且混凝土的动强度还和应变历史、初始静抗压强度、含水量以及尺寸效应等许多因素有关，有待作深入研究。在以上分析基础上，文中建议了混凝土大坝抗震安全评价的合理方法以及进一步的研究方向。     

肯斯瓦特面板砂砾石坝动力反应分析与评价

肯斯瓦特面板砂砾石坝全断面由砂砾石填筑,工程区处于强震区,大坝设防烈度Ⅸ度,设计取消了过渡料区。根据肯斯瓦特大坝的分区设计,在坝料静、动力特性试验和三维静力分析的基础上,采用三维真非线性有效应力地震反应分析及安全评价方法,对大坝进行了给定地震情况下的地震反应分析和评价。从大坝的动力计算分析结果看,该坝能够满足给定地震工况下的抗震安全性要求。     

观音岩大坝侧墙式接头应力变形分析

采用有限元方法,模拟了堆石坝的实际填筑施工过程和水库蓄水过程,对大坝连接坝段进行三维非线性分析,得到了坝体、接头在施工期、蓄水期的应力和变形情况,计算结果表明接头部位的心墙与混凝土坝在蓄水前后均无脱开现象,说明大坝运行安全。在三维静力仿真计算的基础上,对本工程“软接头”的结构形式及可靠性问题进行评价,为该坝接头部位的进一步优化设计提供了有益的建议,可供其它类似工程借鉴。     

灰渣坝抗震稳定性的三维有效应力动力分析

本文采用三维有效应力动力分析方法，分析研究了某灰渣坝在8度地震作用下的稳定性.抗震分析中同时考虑了坝体的三维特性、震动引起的孔隙水压力对材料剪切模量的影响，利用三维有限元程序得出灰渣坝不同工况时期的稳定情况和最危险断面。     

混凝土坝廊道真实应力影响因素分析

为了进行混凝土坝设计施工阶段廊道应力的计算,避免廊道裂缝的产生,应用SAPTIS程序对施工期廊道在不同影响因素下的应力进行计算,包括不同基础约束情况、环境气温情况、不同坝体冷却方式。结果表明,陡坡坝段的廊道应力远大于河床坝段的应力,地基弹模的改变对于陡坡廊道和河床廊道的应力影响程度基本相同;环境气温对于廊道应力有较大的影响,环境温度越高,廊道应力越小;在降温温差相同情况下,不同降温过程对二冷末廊道最大应力没有影响,仅影响局部应力发展过程,降温越早,相应的应力越大。     

混凝土重力坝功能叠合区坝体应力计算方法探析

基于重力坝功能叠合区受力结构体系复杂、不易评价坝体应力安全的特点,以某水利枢纽工程的混凝土重力坝的安装间坝段为例,对坝体应力计算模型的建立、计算方法的选择以及计算结果进行了对比分析。分析计算过程中,采用材料力学方法在高水位工况坝体上游面出现了约0.1Mpa的拉应力,然后通过建立考虑结构整体受力的计算模型和采用有限元法计算,得出了所有工况坝体均处于受压状态的合乎标准要求的结果。研究表明,对于类似功能叠合区的特殊体型的大坝坝体应力分析计算,如果采用偏保守简化的计算模型和材料力学法进行计算,得出的计算结果过于保守,并影响安全评价结论;因此采用有限元方法,通过细化计算模型,进行更切合实际的受力分析,以便得出更加准确的大坝安全性评价结论。