碾压混凝土重力坝整体三维非线性有限元地震反应分析

本文将考虑地基辐射阻尼作用和坝体接缝非线性动力接触作用的大坝.地基体系地震波动反应分析方法用于龙开口碾压混凝土重力坝的整体三维非线性有限元地震时程反应分析,揭示横河向地震输入对重力坝地震反应的影响,研究比较碾压混凝土重力坝分仓横缝采取灌浆或设键槽的不同措施对加强大坝抗震性能的作用.     

考虑斜入射的重力坝耐震时程法抗震性能评估

为明晰不同入射角度对基于性能的高坝抗震设计的影响，采用耐震时程分析（ETA）法同时考虑空间斜入射，分析大坝抗震性能变化情况。基于ETA法原理合成了3条耐震加速度时程曲线，建立Koyna重力坝-地基三维有限元模型，将耐震时程以不同角度输入地基进行地震动力分析。以裂缝贯穿时间、坝基损伤指标DBI、结构损伤耗能、坝顶顺河向相对位移为性能指标，进行重力坝抗震性能评估研究。结果表明：在耐震时程以不同角度入射时，大坝地震动力响应的差异显著，因此有必要在采用ETA法时考虑斜入射的影响。综合分析，60°入射下坝体损伤最剧烈、损伤耗能最高、坝顶顺河向相对位移最大。     

间断式横缝设计及其对大坝地震响应的影响

介绍强震区高碾压混凝土重力坝横缝的创新性设计及其对大坝地震响应的影响.为提高大坝的整体稳定性,对坝体每一碾压浇筑层,横缝的切缝深度仅切割2/3浇筑层厚度,并在切缝中填充无纺布,使横缝具有弱连接诱导缝的性质,达到既能满足温控要求,又可增强大坝的整体性.开发了反映横缝法向开合非线性和径向滑移动接触模型,采用非线性指数型动接触本构模型模拟了横缝的张开、闭合的非线性力学行为,运用摩尔库伦定律模拟了横缝的切向非线性特性.对在建的金安桥碾压混凝土重力坝3条横缝、10条横缝的情形分别进行了地震响应分析.结果表明,间断式横缝有效地提高了大坝的整体性,大坝横河向位移响应明显减小;金安桥大坝靠左右岸坝段的横缝的张开度明显大于中间坝段横缝的开度值,相应的张开一闭合频率也远高于中间坝段的横缝.所提设计方案已用于实际工程,实践表明具有较好的效果,可推广用于类似碾压混凝土大坝的施工设计.     

官地重力坝极限抗震能力初探

考虑官地混凝土重力坝非溢流坝段头部碾压层面、坝基面以及深部滑裂面在地震作用下的开裂破坏,计入地震动能量向无限远域地基逸散的地基＂辐射阻尼＂效应,综合分析坝顶顺河向相对位移、缝面开合情况和开裂范围以及建基面开裂对灌浆帷幕的影响等,初步研究了官地混凝土重力坝的极限抗震能力,获得官地重力坝超设计地震的超载安全系数约为1.3。     

脉冲型地震作用下重力坝整体损伤破坏研究

已有研究表明,脉冲型地震动对结构抗震安全具有显著影响。目前,对脉冲型地震动作用下混凝土重力坝整体损伤特性则缺乏研究。基于Koyna重力坝工程实例,建立了能够合理反映坝体混凝土、坝基岩体动态损伤演化过程的多耦合仿真模型;从NGA-West2强震数据库中选取脉冲型和非脉冲型地震动记录,并比较分析了其反应谱特征;研究了脉冲型地震动作用下重力坝整体损伤演化规律,包括损伤区域、耗能特征和位移响应等。结果表明：脉冲型地震动对混凝土重力坝坝体和地基的整体损伤破坏有显著影响,能够引起重力坝体系较大的能量耗散和位移响应;地震动结束后,经受脉冲型地震动作用的重力坝坝头部分残余变形明显大于非脉冲型地震动,对坝体下部残余变形影响较小。     

重力坝岸坡坝段的稳定计算

重力坝岸坡坝段的稳定,是个空间问题。以往对于重力坝岸坡坝段的稳定计算,没有一个较为合适的方法,通常采用工程措施来提高岸坡坝段的稳定。本文通过对重力坝岸坡坝段三维受力条件的分析,提出了岸坡坝段空间稳定的计算方法。通过计算,可以定量地确定岸坡坝段开挖平台的最小宽度,对于节省重力坝基岩开挖方量和坝体混凝土方量具有一定的实际意义和经济效益。     

最大可信地震下重力坝三维非线性灾变分析

汶川地震后,水工界众位学者对于我国水工建筑物的抗震标准和安全目标提出了新的观点及建议,并对《水工建筑物抗震设计规范》进行修订,明确了对于重要大坝,须按最大可信地震进行校核,以不发生溃坝作为安全目标。本文以待建的实际工程为研究对象,建立了考虑分离的双线性本构关系接触单元的全坝段三维有限元模型,研究重力坝在最大可信地震下的三维非线性灾变分析。通过分析极震情况下坝体的开裂、滑移,并评估坝体抗滑稳定性得到以下结论:在所设置的接触面如坝体-地基接触面、横缝以及下游折坡处的施工缝均发生了张开、闭合和滑移,但最大张开度和滑移产生的永久位移均在可接受范围。通过位移时程曲线收敛可以判断,大坝未发生溃坝现象。     

等效三维一致黏弹性边界单元及其在拱坝抗震分析中的应用

基于大型结构分析软件ADINA,提出了等效三维一致黏弹性人工边界单元以及在该边界上实现波动输入的方法和技术.将其应用于国内某高拱坝的坝体.地基-库水系统的地震反应分析,研究大坝在三向地震荷载作用下的动力响应,并与传统无质_垦地基模型的计算结果进行对比.结果表明地基辐射阻尼有效降低了坝体的地震响应,该方法应用方便且具有良好的计算精度和稳定性.     

溪洛渡拱坝动力分析

本文通过线弹性动力有限元方法分析溪洛渡拱坝的自振频率和振型 ,比较了不同水位、不同地基模型对拱坝一地基系统自振频率的影响 ,采用反应历程法计算拱坝在不同水位和不同地震输入条件下的地震响应 ,并对计算结果进行了评价和讨论。     

基于性能的重力坝坝基交界面地震抗滑稳定评价

本文采用非线性动力时程分析方法,研究重力坝坝体-地基系统的地震反应;在计算模型中坝基交界面采用非线性接触单元和Lagrange乘子法;分析金安桥重力坝在不同概率水平的实际地震波作用下坝基交界面张开屈服、残余滑动位移、时程最小安全系数以及坝体破损程度,研究接触面的摩擦系数对上述反应量的影响,对比刚性与弹性两种接触模型的安全系数与加速度关系,结果表明两者的均值基本接近.根据反应量的变化规律初步建议坝基交界面地震破损安全评价指标,为重力坝抗震设计与易损性分析提供参考.     

沥青混凝土心墙砂砾石坝耐震时程法性能评估

为研究耐震时程分析法在沥青混凝土心墙砂砾石坝抗震性能评估中的适用性,以典型百米级沥青混凝土心墙砂砾石坝为研究对象,基于目标反应谱优化合成的4条耐震加速度时程曲线作为地震动输入,同时选取10条实测地震动进行增量动力分析,对比研究该沥青混凝土心墙砂砾石坝在不同强度地震作用下的坝顶加速度、动位移、相对震陷率等动力响应指标。结果表明：耐震时程分析法能较好预测沥青混凝土心墙砂砾石坝在不同强度地震作用下的动力响应,其结果处于增量动力分析结果的包络线之内,有效避免了多次调幅计算,提高了计算效率,能为我国西部沥青混凝土心墙砂砾石坝的抗震性能评估提供更高效可行的新方法。     

考虑温度荷载的丹江口大坝非线性地震反应分析

在目前的规范中,混凝土重力坝地震分析时是不须要考虑温度荷载的,但对于丹江口大坝加高工程,众多的研究及现场的监测数据表明,丹江口大坝新老混凝土结合面开裂主要是由于温度应力引起的。为更为详实地反映大坝的实际情况,在考虑温度荷载和新老混凝土结合面开裂状态的基础上,对丹江口大坝进行了非线性地震反应分析。     

基于微平面模型的切口重力坝试验数值模拟

微平面模型是近年新提出来的一种材料本构模型,可以较好地描述混凝土发生开裂以后的应变软化行为。本文为了探讨微平面模型在大型水工结构分析方面应用的可能性,尝试性地采用M3版微平面模型,对常规自重应力场作用下的切口重力坝和人工静荷载作用下的切口重力坝试验进行了数值模拟。计算结果表明,微平面模型对于切口重力坝和人工静荷载作用下的切口重力坝试验的P_d曲线模拟较好,同时对混凝土开裂方向的模拟和试验结果也比较一致,在大型水工结构数值分析方面,微平面模型具有一定的实用性。     

高混凝土坝抗震安全风险评估框架

我国水能资源丰富的西南地区属于强震多发区,因此高坝的抗震安全性受到广泛关注。本文建议了高混凝土坝抗震安全风险评估的框架,由坝址地震危险性、大坝地震易损性、地震破坏损失和抗震安全风险等级等四部分组成。首先,将高坝地震破坏划分为基本完好、轻微-中等破坏、严重破坏和溃坝四个等级。然后,针对每个破坏等级分析了相对应的生命损失、社会环境影响和经济损失评估方法。最后,采用国际上广泛应用的F-N曲线和ALARP准则,基于高混凝土坝地震破坏引起的各项损失风险水平的不同组合,其抗震安全风险可以划分为低、中等、高、极高四个等级。     

论微膨胀混凝土筑坝技术

微膨胀混凝土筑坝可在一定程度上简化温控,提高建坝速度,如能进一步改进,有可能使混凝土筑坝技术发生较大的改观。本文全面分析了微膨胀混凝土筑坝技术中的问题及对策。分析了氧化镁含量、混凝土温度、室内外差别等对自生体积变形的影响,指出了氧化镁混凝土筑坝的地区差和时间差。文中分析了微膨胀混凝土应用于碾压混凝土重力坝、常态混凝土重力坝和拱坝时的问题和解决途径,指出如仍保持氧化镁掺率不超过５％,可用氧化镁混凝土     

混凝土重力拱坝出现裂缝的初步分析

在白山重力拱坝首次定期安全检查时,专家发现１３－１４号坝段混凝土出现裂缝,此裂缝对大坝安全的危害引起了争论。俄罗斯萨扬舒申斯克重力拱坝混凝土也出现过裂缝,现将这两座拱坝的裂缝情况人了简单介绍,并对裂缝的危害作初步分析。     

考虑持时的高沥青混凝土心墙坝抗震性能评价

现行水工抗震设计规范中关于强震特性中的幅值和频谱均有明确规定,而强震持时特性对高性能水工结构地震反应的影响至今尚未被纳入规范中。目前衡量强震持时特性的定义方式较多,但多数情况下仅考虑单方向地震动持续时间,低估了多方向强震持时特性对高性能水工结构地震反应的影响。鉴于上述原因,本文以西部大石门高沥青混凝土心墙砂砾石坝为例,建立“大坝-宏观库水-坝基”动态耦合分析系统,基于能够考虑多方向强震持时特性的综合持时指标,通过增量动力分析（IDA）法探究短持时和长持时地震对高沥青混凝土心墙砂砾石坝抗震性能的影响。采用坝顶相对震陷率作为抗震性能的评价指标,给出了高沥青混凝土心墙砂砾石坝的性能水平划分等级,得到了考虑地震动综合持时特性的大坝地震易损性概率曲线。结果表明：地震动综合持时特性对大坝不同性能水平的破坏概率影响显著;当地震动强度相同时,长持时地震动作用下大坝的破坏概率均大于短持时地震动作用。     

基于虚拟裂缝模型的带横缝高拱坝的抗震性能研究

针对国内某高拱坝,基于Hillerborg断裂力学理论的混凝土本构模型,采用constraint-function的接触算法,考虑大坝的横缝和诱导缝,建立三维坝体-地基动力相互作用分析模型。选取不同地震波,对模型进行非线性动力时程分析,研究地震过程中混凝土坝体拉-压交替的受力规律以及动力损伤的开裂过程,分析横缝和诱导缝在地震中开合往复的工作性态。研究方法和研究成果对评价高拱坝的抗震性能提供一种有效的方法。     

特约文章：高土石坝抗震安全评价与抗震措施研究进展

In this paper, the recent developments in seismic safety evaluation and aseismic measures for high rockfill dams were reviewed, including advanced constitutive models, dam-foundation-water dynamic interaction, high-performance non-linear dynamic FEM software, numerical simulation of failure process, and aseismic measures of concrete slab, and etc. After that, some future research trends on earthquake-resistance analysis of high rockfill dams were discussed, such as the seismic response analysis, mechanical properties and constitutive relations of rockfill, computing technology, and seismic safety evaluation method.