强震区面板坝大型振动台模型试验及动力分析

强震区面板坝大型振动台模型试验及动力分析专题进行了大量面板坝振动模型试验,研究了模型设计中多项因素对试验结果的影响,得到了模糊坝的各项地震反应性状,研制了面板坝三维有效应力非线形动力分析方法和计算程序;采用割线模量的概念统一静,动力反应和地震残余变形分析,开发了等效线性动,静力耦合计算方法和程序;采有等效线性方法对不同模型坝和不同试验方案进行了地震动力反应分析;根据试验结果探讨了小变形下高,低应力状态土石料动,静应力应变关系存在相似性,并探索推导了一套大型振动台模型试验的相似律,将经过模型试验验证和改进的方法及程序用于依托工程的抗震设计,并提出了有效的抗震工程措施。     

黑泉水库面板坝大型振动台模型试验

进行面板坝大型振动台模型试验,可以得到模型坝的自振频率、阻尼比和振型等动力特性以及加速度放大倍数的分布、面板的应变和应力、坝体残余变形等动力反应性状。一方面可以作为验证和改进面板坝地震动力反应计算模式、分析方法及计算程序的基本资料,另一方面可以通过研究面板坝振动台模型相似律,探讨将模型试验结果推广到原坝型上的原理和方法,进而研究面板坝的动力特性、地震动力反应性状及破坏机理,讨论面板坝的抗震性能。在此介绍黑泉水库面板坝大型振动台模型试验中所采用的试验方法和进行的技术探索情况。     

高面板坝三维真非线性地震反应分析方法及模型试验验证

基于所建立的土石料三维黏弹塑性动力本构模型,并采用新型三维各向异性有厚度薄单元来模拟面板和堆石的接触面特性,结合考虑孔隙水压力的消散和扩散的有效应力分析方法,开发了高面板堆石坝地震反应分析的三维真非线性有效应力分析方法。通过典型坝例分析,比较了真非线性分析与等效线性分析结果的差异,表明真非线性方法较真实地反应了结构的地震反应,而且能够直接计算出坝体的残余变形,在理论上更为合理。采用模型坝土石料低应力状态下实测的静力和动力特性参数,对三维模型坝进行了地震反应分析,并与相应的大型振动台模型试验结果进行了对比分析,两者结果相当一致,验证了研究所提出的计算方法的可靠性。     

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。     

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。     

底缝对高拱坝地震反应影响的研究

作为减少坝踵部位拉应力的一个工程措施，在拱坝上游底部设置人工底缝已有４０年的历史，然而，强震时底缝对高拱坝抗震性能的地震反应影响的机理和程度，为人们所关注。本文首先通过大型地震模拟振动台的大比尺动力模型试验，比较验证基于显式有限元结合人工透射边界的波动模拟方法与动接触力理论相结合开发的大坝非线性波动分析方法和程序；继而采用经试验验证程序，研究小湾高拱模拟底缝的地震反应。结果表明：底缝影响是局部的，     

高土石坝的地震动力响应分析方法研究与应用

基于现有的土石料动力本构关系,综合分析了土石料非线性弹性模型和动弹塑性模型的优缺点,以及对高土石坝动力响应分析的适用性。应用等效线性粘弹性本构模型建立动力方程,根据总应力法进行地震反应分析,基于动力反应结果利用Newmark法或等效应变势法进行永久变形分析,依据不排水动力试验结果进行关键曲线的液化判断是最为合适的高效高土石坝地震动力响应计算途径。利用该途径,依据糯扎渡水电站高土石坝坝料特性,对该坝的动力响应进行了人工合成地震波下的动力响应分析,得出该坝的加速度放大系数都小于2,但是"鞭梢"效应明显,坝顶加速度反应较大,可在坝顶附近采取局部抗震加固措施,该情况与坝体抗震结构设计一致。     

基于 ABAQUS的面板砂砾石坝三维动力有限元分析

建立了新的有限元分析方法,为准确合理地进行面板砂砾石石坝的三维动力有限元分析提供参考。在对砂砾石料的动力本构模型及其分析方法进行分析与选择的基础上,利用ABAQUS软件实现砂砾石的动力等效线性粘弹性模型,对一座已建成的高面板砂砾石坝进行了地震响应分析,重点分析大坝的反应加速度、动位移和残余变形等动力反应情况。结果表明:坝体在地震作用下的响应不强烈,但在顺河向地震作用下坝顶出现鞭梢效应,需采取相应的抗震工程措施。     

面板砂砾石坝动力有限元分析研究

面板坝本身具有适应性好,抗震性强等优点,加之砂砾石和软岩等材料的应用,目前在国内的高坝中应用较为广泛。文章结合面板砂砾石坝在地震作用下的动力反应特点,采用基于等效线性黏弹性模型的分析方法进行有限元模拟,模拟出地震作用对坝体变形分布规律的一般影响,研究成果能够为高面板坝的抗震设计提供一定理论依据。     

小山口水电站砂砾石面板坝三维静、动力有限元计算分析

鉴于小山口水电站为软岩基础,坝体较长,且混合坝接头部位非常复杂。为了解决该坝体面临的变形控制难、坝体抗震等级高等设计难题,结合砂砾石面板坝结构、坝壳料设计,通过构建三维有限元模型,该模型包括坝体、泥岩和沙质泥岩基础组成。在静力本构分析中,采用了非线性邓肯E-B模型,而在动力本构分析中,则使用了等效线性粘弹性模型。通过这个模型,对坝体的应力和变形进行了全面系统的研究和分析,同时对坝体的抗震性能和抗震稳定性进行了验证。结果表明,在各种工况下坝体所表现出的变形规律合理。同时在混凝土面板最大拉应力和压应力都符合所采用混凝土材料的允许应力要求,坝体的抗震性能和抗震稳定性满足规范要求。     

深厚覆盖层上土石坝动力分析黏弹性边界处理方法

当覆盖层地基深度相对其上土石坝坝高较大时,大坝动力分析计算中常将覆盖层地基截断,只取临近坝体部分覆盖层地基连同坝体一起作为计算分析对象。用黏弹性边界条件代替固定边界条件,可以消除或有效降低由于截断边界造成外行波无法透过边界而引起的计算误差。本文采用施加等效地震惯性力的方法实现黏弹性边界条件下的地震动输入、采用等效线性化方法反映覆盖层地基边界上黏弹性边界条件的非线性特性,建立了基于黏弹性边界条件的深厚覆盖层上土石坝动力反应分析方法。研究表明:施加等效地震惯性力的方法可以简单而有效地解决黏弹性边界条件下的地震动输入问题;固定边界条件大幅提高了坝体在地震作用下的动力反应水平,使得计算的结果偏于安全。     

深厚覆盖层坝基防渗墙地震反应规律研究

为探讨深厚覆盖层中坝基防渗墙地震反应规律并评价其抗震安全性,以金平堆石坝为工程背景,在三维非线性静力分析基础上,采用子模型技术对坝基防渗墙进行了地震动力时程分析,坝体材料及覆盖层采用Hardin-Drnevich动力本构模型,防渗墙与覆盖层的接触关系采用薄层接触单元模拟。计算成果表明：防渗墙上部靠两岸侧动应力反应较大,动静叠加后其应力变形规律相对静力工况变化较小;受深窄河谷及右岸折坡地形影响,竖直向压应力极值并未如一般规律所反映的出现在墙体中下部,而是位于墙身中上部的右岸侧折坡处;在设计地震作用下,防渗墙拉裂状况基本没有恶化,压应力极值增幅仅3.5%。综合来看,设计地震对防渗墙的运行状态影响不大。     

纵缝对重力坝地震反应影响的研究

本文采用显式有限元结合人工透谢边界进行波动分析，配合动接触力模型考虑纵缝接触非线性问题，用静动组合方法考虑静动荷载的耦合作用，形成新的重力坝地震反应分析的计算体系，对一典型的含纵缝重力坝进行了地震反应分析。在考虑地基辐射阻尼的条件下得出了纵缝的存在及纵缝初始宽度、填充情况、缝面摩擦系数等因素对坝体地震反应影响的一系列结论。     

一种综合强度和稳定的高拱坝—坝肩抗震安全评价方法

借助大型有限元程序ADINA及其二次开发功能,通过引入动接触模型,并充分利用极限平衡法和有限单元法这两种分析方法的优点,研究了基于有限元数值应力场的动接触极限平衡法和以坝体动力响应为安全判定主体的分析原则,提出了一种综合强度和稳定的高拱坝—坝肩抗震安全分析方法,建立了能够有效反映高拱坝系统真实工作性态的非线性数值分析模型。据此,深入分析了某高拱坝工程在强震作用下的抗震安全性。该分析方法可以反映整个高拱坝—坝肩系统真实的动态响应,分析结果具有更高的可信度。     

深厚覆盖层上水闸结构-地基体系动力反应特性研究

高抗震设防烈度区的水闸工程,需要采用动力设计方法进行结构设计。对于建于深厚覆盖层地基之上的大多数水闸结构,本文采用等效线性化方法,在总体动力学效应大致相当的意义上,将水闸结构-地基体系中土体非线性问题转换为线性问题进行求解。以某水闸工程为例开展对比分析研究,发现:(1)相对于弹性地基模型,考虑地基土非线性的等效线性化方法可以获得更为合理的水闸结构动力反应;(2)上部机架桥部分的动力反应要比闸墩部分高,在水闸设计过程中应当强化上部机架桥部分的结构设计;(3)对于考虑深厚覆盖层的水闸抗震问题,应当更加深入研究长周期地震动输入的影响;(4)等效线性化方法是考虑了地基土非线性动力特性,工程基础数据及经验较为丰富,也便于扩展为考虑滞回特性的完全动力非线性求解方法。     

新旧抗震规范下重力坝抗震安全性能分析

结合新修订的《水电工程水工建筑物抗震设计规范》(NB35047-2015)与原来的《水工建筑物抗震设计规范》(DL5073-2000),采用振型分解反应谱法分析了新旧规范下重力坝地震动应力、动位移与动加速度的分布规律。研究结果表明:与采用原规范计算得到的结果相比,采用修订规范后,各坝型基频对应的反应谱放大系数增大,计算出的坝顶动位移有所增大,而坝顶动加速度反应却呈现降低趋势;建基面部位地震动应力反应有所增大;坝头部位的地震动应力反应有所降低;坝头部位以下的上、下游坝面地震动应力有所增大。结论为工程设计人员利用新抗震规范对重力坝进行抗震安全性评价提供了参考。     

地震输入角度对抽水蓄能高面板堆石坝动反应影响研究

本文采用三维有限元计算方法和沈珠江动本构模型,研究某高烈度区大倾角坝基上高面板堆石坝的动反应特性。首先,讨论了地震波水平输入角度对面板堆石坝动反应的影响,以地震过程中坝顶峰值加速度,坝体最大动位移与最大动应力,面板最大变形值及最大动应力五个指标作为主要评判标准,对比地震波在八个不同水平输入角度下坝体动反应的大小,发现水平输入角度每改变45°,五个指标均随之变化,呈现"W"型变化规律,180°为最不利输入角度,各项指标都处于峰值点。然后,针对处于大倾角坝基上的抽水蓄能高面板坝进行了坝体动反应和坝坡稳定性分析,获得了堆石坝反应加速度随着坝高的增加而增大,以及震后存在残余变形等地震反应特性。最后验证了该工程坝体在地震反应过程中的安全性。研究结果可为高烈度地区倾斜坝基上高面板坝的动反应设计提供参考。