模拟拱坝坝体－库水相互作用的振动台动力模型试验研究

采用仿真混凝土材料在振动台上进行逐级加载的拱坝坝体－库水相互作用的动力模型试验研 究,分析拱坝从弹性阶段到破坏阶段的动力响应和损伤情况。在不同的地震波激励下,测得拱坝沿不同 高程拱圈和拱冠梁的坝面动水压力分布,拱冠梁处动水压力最大值在坝底至距坝底1／3坝高之间,认为 拱坝动水压力分布与坝体体型、山体形状、地震动强度、地震干扰频率和地震激励方向等因素有关。在 人工波顺河向激励下,通过坝体基频、加速度响应分析确定坝体在0．377ｇ时出现损伤,0．471ｇ时在坝 体两侧靠近坝肩和距右岸1／4拱圈处率先出现贯穿裂缝,确定了坝体抗震薄弱部位,对研究坝体的抗震 安全有重要意义。     

拱坝振动台动力破坏模型试验及其结构动力特性

研究拱坝结构抗震性能及破坏形态的重要手段为拱坝振动台动力模型试验,试验配制一种以重晶砂、重晶石粉和水泥为主要成分的模型材料,结合选用的振动台所具备的条件及模型材料的力学性能,设计拱坝振动台试验模型,并测试和获取其在不同地震荷载下的动力响应。选择某一工况进行分析,该工况下结构开始出现明显裂缝损伤并逐渐发展。通过分析该工况下结构动应变响应,分析其损伤出现的时间,由此将该工况分为4个时段。通过计算分析不同时段多个加速度响应测点的加速度放大系数,并引入模态参数辨识的数值子空间辨识算法和ARX模型辨识法,计算不同时段+拱坝模型的自振频率和阻尼比,并将其与损伤发展情况相对比,以分析拱坝模型损伤发展情况及其结构动力特性。研究结果可为拱坝振动台试验制作和结果分析提供价值性参考,并可为拱坝结构动力特性参数识别和损伤诊断方法提供验证素材。     

二滩拱坝地震响应的动力模型试验研究

二滩双曲拱坝的动力模型试验在大型模拟地震振动台上进行。研究了在实际地震波作用下,坝体、水库和地基的相互作用影响,坝体抗震安全度,动水压力分布和拱坝在强烈地震下的破坏机理。研究结果表明:1.高拱坝的最大动应力是拱应力,位于上游坝顶中间部位。下游坝顶中间部位和2/3坝高部位以及坝踵是抗震薄弱部位。2.紧靠拱坝上游面的山体形状对坝面动水压力值的影响较大,故对于坝前地形复杂的水库,应模拟一倍坝高长的自然地形。3.满库时,拱坝前几阶固有频率对库水位的微小变化非常敏感。4.拱坝在强烈地震下的破坏在瞬间完成,主要是中上部的脆性开裂。     

拱坝-库水相互作用的振动台破坏试验研究

为探究拱坝-库水相互作用对拱坝强震失效模式和超载能力的影响,在振动台上开展模型动力破坏试验。基于弹性力-重力相似律设计模型,考虑了材料率效应,利用天然水模拟库水,缝的模拟考虑了键槽影响以及裂纹尖端开裂相似条件。选择模型基频对应的谐波逐级加载开展超载试验,并运用多种技术手段监测模型损伤破坏全过程。试验表明,库水的预压作用能够充分发挥拱结构的抗压特点,使得顶拱拱向应力分布均匀。本次试验与不考虑库水的研究结果对比,得出结论:库水并没有降低拱坝结构整体超载能力,在宏观裂纹出现前约束顶拱动态应力的发展,使得顶拱与拱冠梁趋于同时破坏。本文研究结果可为评估坝库相互作用对拱坝超载能力与失效模式的影响提供试验依据。     

重力坝坝体—库水相互作用的振动台试验研究

结合某重力坝工程,进行了坝体—库水动力相互作用的振动台动力模型试验,研究库水对大坝自振频率及坝面动水压力的影响,同时辅以数值计算,将目前工程上应用广泛的韦斯特伽德库水附加质量模型以及库水有限元模型的计算结果与模型试验成果进行比较。结果表明,库水有限元附加质量模型能更好模拟库水对坝体动力特性和地震动力反应的影响,而韦斯特伽德库水附加质量模型夸大了库水的动力影响,建议在适当折减的基础上采用。     

考虑辐射阻尼的拱坝随机振动分析

本文基于有限元-边界元-无限边界元耦合的时域模型,提出了结合随机振动虚拟激励法的拱坝-地基动力相互作用分析模型,并用蒙特卡罗法对模型进行了验证。对某拱坝的计算结果表明,辐射阻尼对拱坝随机动力响应有显著影响,结果同时表明,地震动的随机性对于拱坝动力响应的影响明显,用有限的几条确定性地震动时程输入不能全面反映地震动的随机性。     

地基弹性模量对拱坝坝体应力的影响研究

为了探究地基弹性模量对拱坝的影响,通过改变地基弹性模量的大小,研究坝体与地基接触部位的应力变化情况。采用ANSYS有限元分析法,建立拱坝整体有限元模型,选取正常蓄水加温度荷载的工况进行计算。结果表明:随着地基弹性模量的增大,坝体与地基相交处的最大主拉应力和最大主压应力均呈逐渐增大的趋势,但两者的变化幅度均逐渐变缓慢。该研究结果可以为拱坝坝址的选取提供一定的参考作用。在距离坝体边缘大于20 m(约为0.14倍坝高)时,地基的弹性模量对拱坝坝体应力应变的影响就会变得很小,这可以为改善坝基地质条件而采取的地基处理范围提供一定参考。     

室内动力模型试验中辐射阻尼效应的模拟

在评价大型结构的地震响应时，基础的辐射阻尼效应必须以适当的方法计入。本文研究在室内振动台动力模型试验中应用阻尼边界对辐射阻尼效应的模拟方法。通过利用黏滞液体的剪切黏性形成人工边界切向边界阻尼，实际阻尼系数易于调整控制。对于法向边界阻尼的影响，通过对试验模型的数值模拟对比计算进行了论证。结果表明，在仅施加切向边界阻尼的条件下，就能够消耗大部分由边界外传的能量，是可行的模型制作方案，大大降低了试验模型制作难度。     

重力坝坝体库水气幕相互作用的振动台试验

结合某碾压混凝土重力坝工程,模拟了坝体库水气幕的动力相互作用,振动台模型试验中测试了大坝自振频率、坝面动水压力、坝面加速度和上、下游坝面动应力响应、坝顶位移等,研究了气幕对坝面动水压力、加速度、位移等的影响,并将库水有限元模型的计算结果与模型试验成果进行比较。结果表明,气幕对坝面动水压力及其动力特性均有影响,坝前气幕的良好压缩性能对地震效应有很大的缓冲作用,能降低动水压力和坝体的动应力,改善和提高坝体的抗震性能。     

拱坝振动台模型边界与材料特性对坝体自振特性的影响分析

为了分析模型边界与模型材料对大型拱坝振动台试验模型坝体自振特性的影响,该文针对国内某一特高混凝土拱坝振动台试验模型,利用有限元方法计算分析了不同影响因素参数变化对坝体自振特性的影响。结果表明:(1)地基边界弹模变化对大坝前6阶自振频率影响很小;(2)坝体自振频率随单层坝体材料弹模呈正相关变化,且5～8层坝体弹模变化对坝体自振频率影响相对较大;(3)当地基材料弹模降低时,大坝自振频率降幅明显。当地基弹模逐渐增大时,前两阶自振频率保持相对稳定,中高阶自振频率增幅较大;(4)胶体单独作用和胶与尼龙丝联合作用对坝体自振特性的影响均较小。     

两河口高土石坝动力特性振动台模型试验研究

土石坝坝体自身的动力特性,是土石坝在地震动作用下动力响应性状的重要影响因素。本文通过大型振动台模型试验,研究了两河口高土石坝缩尺模型坝的动力特性及其相关影响规律,并根据相似率,用模型坝的动力特性参数推算出原型高土石坝的相应动力特性参数。试验研究表明：在特定的地震动作用下,大坝结构的振型基本稳定;坝体的自振频率、阻尼比和振型系数等动力特性参数受振动强度、振动历史和水库是否蓄水等因素影响。     

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。     

拱坝横缝有初始开度的数值模型和试验验证

针对横缝有初始开度的拱坝地震响应分析的需要，建立了一个有初始开度横缝的数值模型，并且采用模型拱坝常规振动试验和破坏振动试验的结果验证了该数值模型的合理性．分析计算的结果表明，拱坝横缝初始开度会改变坝体自振特性，并且可能改变坝体地震响应规律。     

园满贯拱坝坝基(肩)破坏模式及稳定性研究

采用三维非线性有限元法,对园满贯RCC拱坝进行破坏模式及稳定性的研究,确定出坝基(肩)的点强度储备安全系数,以及在超载法和综合法下的破坏模式及稳定安全系数。结果表明:该拱坝安全系数满足工程要求,但温升温降荷载对坝体变位和坝身应力影响显著。     

高土石坝地震动力反应特性大型振动台模型试验研究

心墙堆石坝和面板堆石坝是目前高地震烈度区高坝建设中普遍采用的两种高土石坝坝型,它们的动力反应特性和抗震性能是水电工程界普遍关注的问题。本文基于双江口高心墙堆石坝、两河口高心墙堆石坝和猴子岩高面板堆石坝等3个实际工程的大坝大型地震模拟振动台模型试验,对比、分析试验结果,研究高土石坝地震动力反应特性,重点考察了两种坝型(心墙坝和面板坝)地震动力反应特性的异同点。研究表明:高面板堆石坝和高心墙堆石坝均有良好的抗震性能;水库蓄水对两种坝型结构动力特性参数变化的影响规律有所差异;面板对堆石坝上游坝坡的保护作用明显,有效抑制了上坝坡的加速度反应;面板堆石坝虽然抗震性能优良,但对面板相关的设计和施工水平依赖性很强。     

地震模拟振动台的数字仿真及其在龙江拱坝上的应用

通过对地震模拟振动台工作原理的模仿,用计算机技术实现了对地震模拟振动台的数字仿真。在这一“仿真模型”中,黏弹性边界被用来吸收外传的散射波,因此,计入了无限地基辐射阻尼的影响。利用该“仿真模型”计算了龙江拱坝的地震反应,计算结果表明:考虑无限地基辐射阻尼的影响,龙江拱坝的动拱梁应力与无质量地基模型比较均有较大幅度的降低,最大降幅约在40%~50%范围内,且导致正常蓄水位和死水位条件下,大坝静动综合的最大主拉、主压应力明显降低。