混凝土材料非线性对拱坝抗震安全评定的影响研究

研究地震激励下混凝土材料非线性的动力行为,建立模拟地震激励下大坝非线性动力损伤的理论与方法,对于大坝抗震安全评定具有重要意义.本文以小湾拱坝为例,引入损伤因子,利用塑性损伤模型来模拟拱坝的材料非线性行为.对拱坝坝体上、下游最大主应力、坝体位移、裂缝开展范围及坝体超载安全系数几方面进行研究分析,结果表明坝体材料非线性对坝体动力响应影响显著,塑性损伤模型比线弹性模型能更好地模拟坝体在地震激励下实际的受力行为、变形和损伤程度.从而,本文进一步揭示拱坝动力损伤灾变机理,为进行大坝抗震安全评定与设计提供理论基础.     

基于有限元方法的碾压混凝土重力坝坝体体型优化研究

采用非线性优化方法中的序列二次规划法（SQP）优化碾压混凝土重力坝坝体体型。此方法以坝体混凝土总造价为目标函数，采用弹塑性有限元方法计算坝体的应力，并且在“准弹性稳定法则”的基础上提出了有限元计算碾压混凝土重力坝应力的控制标准。该方法不仅考虑了坝体材料分区问题而且在优化过程中考虑了河谷形状对目标函数的影响，采用更多变量的组合，进行坝体体型优化设计。计算实例表明，在满足设计安全的前提下，能获得经济、实用的坝体体型。     

地震动峰值位移对高拱坝地震反应的影响

本文研究地震动峰值位移对高拱坝地震反应的影响,为此选用根据水工规范设计反应谱拟合而成的峰值加速度及速度相同,而峰值位移不同的两组地震动时程(每组35条)作为输入。在显式有限元结合黏弹性人工边界的时域波动分析方法的基础上,以小湾拱坝为例,统计分析两组地震动分别按顺河向垂直入射时小湾拱坝的地震动力响应,探讨峰值位移对小湾拱坝–地基系统地震反应的影响。计算结果表明地震动峰值位移对坝体的主应力、顶拱拱端的拱向应力及拱冠梁底部附近的梁向应力均有较显著的影响,对于坝体顺河向位移也有较大影响。因此,对高拱坝进行抗震安全评价及设计时,应考虑地震动峰值位移的影响。     

地震动峰值位移对高拱坝地震反应的影响北大核心CSCD

本文研究地震动峰值位移对高拱坝地震反应的影响,为此选用根据水工规范设计反应谱拟合而成的峰值加速度及速度相同,而峰值位移不同的两组地震动时程(每组35条)作为输入。在显式有限元结合黏弹性人工边界的时域波动分析方法的基础上,以小湾拱坝为例,统计分析两组地震动分别按顺河向垂直入射时小湾拱坝的地震动力响应,探讨峰值位移对小湾拱坝–地基系统地震反应的影响。计算结果表明地震动峰值位移对坝体的主应力、顶拱拱端的拱向应力及拱冠梁底部附近的梁向应力均有较显著的影响,对于坝体顺河向位移也有较大影响。因此,对高拱坝进行抗震安全评价及设计时,应考虑地震动峰值位移的影响。     

电容式电压互感器均压环优化设计

以500 kV电容式电压互感器为研究对象,以设备空间最大电场强度和不均匀系数为目标函数,以均压环尺寸及位置为设计变量,以模拟退火法为优化策略,对均压环进行优化设计,给出均压环的最佳尺寸及安装位置。     

电容式电压互感器均压环优化设计

以500 kV电容式电压互感器为研究对象,以设备空间最大电场强度和不均匀系数为目标函数,以均压环尺寸及位置为设计变量,以模拟退火法为优化策略,对均压环进行优化设计,给出均压环的最佳尺寸及安装位置。     

拱坝优化及GRG法的应用

本文探讨拱坝优化设计中的数学模型与优化方法。首先,采用空间曲面函数描述拱坝(称为曲面模型)。通过给定凸性约束条件以保证坝体光滑保凸,避免出现以往模型中近岸坡边梁的内凹现象;倒悬度计算可用方向导数精确求解;坝体稳定性不再用中心角或推力角控制,而是用可利用岩石厚度和抗滑所需岩石厚度之比作为安全度控制。其次,优化方法采用了广义简约梯度法(GRG法),计算结果表明,它用于拱坝优化设计是可行的、有效的。第三,提出并验证了一种新的应力分析近似技术—分载线性化法。     

基于有限元等效应力法的高拱坝封拱温度场研究

针对碾压混凝土高拱坝,采用有限元等效应力法计算分析不同封拱温度场的坝体等效应力,研究封拱温度场对坝体应力的影响,进而改进拱坝封拱温度场,确定合理的封拱方案。研究结果表明封拱温度场对高拱坝的等效应力影响显著,设计阶段应对封拱温度场进行专门研究,通过降低封拱时平均温度和增大封拱时坝体等效温差的方法对封拱温度场进行优选,最终达到改善坝体应力的效果。研究成果可以为碾压混凝土高拱坝封拱温度场的设计提供参考。     

长沙拱坝裂缝状况及寒潮影响的数值分析

1999年4月,广东省长沙拱坝在国内外首次成功应用外掺MgO混凝土不分横缝快速筑拱坝新技术。2000年1月拱坝下游面出现细小裂缝,宽0.2～1.2mm,深度2.2～4.4m,均未贯穿坝体上游面。基于氧化镁混凝土双曲线模型的数值仿真分析表明,设计条件下氧化镁混凝土的应力补偿量符合常规拱坝结构的应力状态,下游坝面裂缝与采用新技术无必然联系,保温板显著改善了下游坝面的应力状态。原设计坝体应力状态不理想,坝体工程混凝土质量造成抗裂性能降低,尤其是寒潮冲击时无有效的保温措施等因素引起长沙拱坝的裂缝。长沙拱坝坝体灌浆后目前已正常运用12年多。寒潮影响的数值分析为新技术应用研究提供了重要的基础资料,为类似工程提供有益的参考。     

白鹤滩首蓄期变形预测混合模型方法北大核心CSCD

首蓄期准确预测坝体变形,合理安排蓄水计划对于特高拱坝安全进入运行期具有重要意义。为解决特高拱坝首蓄期坝体变形预测较难的问题,本文提出了一种特高拱坝首蓄期坝体变形预测混合模型方法,并结合白鹤滩特高拱坝首蓄期坝体变形监测资料进行工程实例验证。该模型结合白鹤滩特高拱坝首蓄期三阶段蓄水计划的背景,结合三个蓄水目标下白鹤滩拱坝拱冠梁坝段正垂测点的监测数据量大小,在首蓄期初期采用多元回归模型,在首蓄期中后期对PLdb18-2到PLdb18-6五个测点采用优化的LSTM模型,对于坝顶的PLdb18-1采用多元回归模型。本文针对混合模型及全过程采用单一模型的预测结果和实测结果进行对比,本文提出的混合模型方法精度最高,误差率不超过4%,且具有较好鲁棒性。     

二滩拱坝运行期坝体温度场反馈分析

本文基于二滩拱坝坝体监测仪器的温度观测资料,采用有限元法对坝体温度场进行了反馈分析。通过与实测温度值的比较,表明反馈温度值与实测值基本吻合,基本可以反映坝体实际温度场的分布情况,对于深入了解特高拱坝运行期坝体混凝土的实际温度变化具有重要的意义。从反馈温度场可以看出,由于二滩拱坝坝轴线方向接近南北方向,使得冬季时下游坝面温度明显呈现左右岸不对称分布,与规范设计温度荷载有很大差别,值得注意。     

蓄水期李家峡拱坝垂直位移与安全性态分析

鉴于李家峡库区复杂的地质情况及较长的蓄水历时,结合水库初次蓄水以来的拱坝垂直位移观测资料对坝体及坝肩岩体的垂直位移及其物理成因进行了分析,认为李家峡拱坝坝体及坝肩岩体的垂直位移基本正常,整个坝体变形安全性态良好.     

小湾高拱坝上游坝踵人工短缝设置效果的深入分析

在已有研究成果的基础上,对小湾高拱坝坝踵附近人工短缝的设置效果进行全面、深入分析。采用无厚度的接触单元模拟人工短缝的工作性态,坝体混凝土本构模型采用单轴等效拉伸软化模型,分别采用整体模型和子模型对不同人工短缝设置高程、不同的缝内水压力进行了比较分析。从运行期的整体仿真计算结果来看,小湾拱坝设上游人工短缝后,坝踵应力可以得到较大的改善,且对坝体的整体性影响较小。为了更加合理地评价高拱坝人工短缝设置的效果,建议同时考虑施工期和运行期的荷载进行综合分析计算,为小湾拱坝人工短缝的设计提供科学依据。     

基于响应面理论的高拱坝模型修正损伤识别研究

本文以二滩拱坝为工程背景,利用基于响应面理论的模型修正方法进行了结构损伤识别分析。分析过程中,将坝体合理分成若干子区域,以子区域的弹性模量折减来指示损伤,根据坝面节点灵敏度及响应面精度选择合理的测点。建立合适的响应面模型来反映坝体的动力特性与损伤变量之间的非线性关系,最后采用遗传算法进行优化计算。响应面方法的引入避免了损伤识别过程中反复调用有限元计算程序,提高了计算效率;同时提出基于坝体多次测量数据下的损伤识别方法,以提高算法的抗噪性。数值计算结果表明,本文提出的方法能有效应用于高拱坝损伤识别。     

基于响应面理论的高拱坝模型修正损伤识别研究北大核心CSCD

本文以二滩拱坝为工程背景,利用基于响应面理论的模型修正方法进行了结构损伤识别分析。分析过程中,将坝体合理分成若干子区域,以子区域的弹性模量折减来指示损伤,根据坝面节点灵敏度及响应面精度选择合理的测点。建立合适的响应面模型来反映坝体的动力特性与损伤变量之间的非线性关系,最后采用遗传算法进行优化计算。响应面方法的引入避免了损伤识别过程中反复调用有限元计算程序,提高了计算效率;同时提出基于坝体多次测量数据下的损伤识别方法,以提高算法的抗噪性。数值计算结果表明,本文提出的方法能有效应用于高拱坝损伤识别。     

对数螺旋线与对数螺旋型拱坝研究

介绍了对数螺旋线的相关知识,及其在自然界中尤其是在水利工程中的运用。在分析对数螺旋型拱坝的基础上,给出黄河拉西瓦对数螺旋双曲拱坝体型优化的实例,结果表明：拱圈线型采用对数螺旋线型的坝体较其他二次曲线（单心圆、多心圆、抛物线、椭圆、双曲线）的拱坝在节省工程量,改善坝体应力分布及坝肩稳定性等方面都有较大的优势与潜力。     

超强地震作用下高拱坝损伤开裂行为研究

本文综合应用塑性-损伤耦合模型和接触边界方法,模拟拱坝坝体开裂与横缝开合行为,然后基于有限元仿真方法,分析某高拱坝的强震开裂行为。通过不同温度荷载工况的比较分析,研究温度荷载对拱坝非线性动力响应的影响。计算结果显示：在强震作用下,拱坝下游坝面损伤开裂出现在坝体中上部,而上游坝面损伤集中于坝基交界面附近,同时裂缝张开位移幅值较大,扩展深度较深,严重威胁拱坝整体安全。计算结果还表明：施加不同的温度荷载,拱坝的静力变形不同,导致强震作用下拱坝的横缝张开位移、坝体开裂区域、裂缝张开位移等动力响应存在显著差异。     

变形分离法与数据驱动下的拱坝工作性态评价

基于有限测点位移监测数据推求大坝空间位移场变化规律是评价大坝工作性态的有效手段之一。拱坝受水荷载、温度等作用下产生的变形,不仅与坝体自身弹性模量有关,更取决于地基的变形特性。由于地基存在不均匀性等复杂问题,致使通过数值模拟的方法精准预测大坝的变形存在一定困难。本文将拱坝坝体的监测位移分解为坝体受荷载产生的位移及坝基约束变形产生的位移两部分,以其监测值与预测值系统误差最小为目标函数,基于坝体有限元模型建立了包含基础约束变形及坝体弹性模量为未知量的求解方程,通过大量位移监测资料结合人工智能粒子群算法寻优实现数据驱动,可同时求解坝基约束变形及坝体分区弹性模量。根据算例研究成果,针对复杂地基,采用本文方法推求得到的大坝空间位移场,除靠近坝体与坝基交界面附近节点位移预测值与有限元计算值相对误差稍大（约为3%）外,其余节点相对误差均在1.5%范围内,证明了本文方法的合理性;从本文方法在白鹤滩拱坝工程中的应用研究成果可知,其空间位移场相对误差分布合理且变形分离结果与实际情况相符,从而证明了方法的可行性。     

溪洛渡拱坝模态参数识别

随着一系列高拱坝在西南地区兴建,坝体的健康状况及其真实的抗震性能成为近年来研究的热点。模态参数反映坝体结构的动态特性,可用于评估坝体的健康状况及更新坝体抗震分析有限元模型。本文基于永善县两次地震记录和环境激励数据,分别采用带外源输入的自回归（ARX）模型、随机子空间法（SSI）和频域分解法（FDD）,识别溪洛渡拱坝的模态参数。结果显示,在相同工况下,不同算法识别结果的差异较小;当水位一致时,基于环境激励数据识别结果与基于地震记录识别结果基本一致,当库水水位从566 m变化到598 m时,坝体第一阶自振频率从1.63 Hz减小到1.51 Hz;地震前后识别结果基本一致,表明溪洛渡拱坝在经历两次地震作用后,坝体振动特性不变,坝体处于正常运行状态。     

频率非平稳对大岗山拱坝非线性响应的影响

本文以大岗山拱坝为例,研究频率非平稳特性对坝体非线性响应的影响。选择不同的实际地震动时程作为计算输入,通过研究这些时程的时频特性,确定对坝体非线性响应影响较显著的一些因素。尽量统一可能对坝体非线性响应产生影响的其它时程特性,使得频率非平稳特性成为唯一或少量影响因素之一,从而最大限度地考虑频率非平稳的作用。结果显示,渐进谱峰值结合渐进谱的分布形式可以较好解释大岗山拱坝的非线性计算结果。