面板堆石坝模型动力破坏试验与数值仿真分析

通过类比试验方法 ,观察、比较了振动台上面板堆石坝和普通堆石坝的破坏过程及其破坏性态 ,分析了面板对坝坡稳定性的影响。由于堆石颗粒之间以及堆石体与面板之间的位移不连续 ,采用非连续变形分析方法对两种模型坝进行了数值模拟 ,结果表明 :数值模拟的结果与振动台模型试验的结果很相似 ,从而从模型试验和数值仿真分析两个方面探讨了地震时面板堆石坝的破坏过程及其破坏形态 ,对面板坝的抗震设计提供了依据。     

高混凝土面板堆石坝地震损伤机理研究

以紫坪铺面板堆石坝为例,基于堆石料的黏弹性模型和地震残余应变模型计算分析了高混凝土面板堆石坝的地震响应,并结合震害调查结果分析了高混凝土面板堆石坝的地震损伤机理。研究表明,输入地震加速度在坝顶附近和坝坡表面显著放大,呈现出显著的鞭梢效应,导致坝顶和下游坝坡上部堆石体松动滚落。地震导致大坝堆石体产生显著剪缩,坝体断面整体向内收缩,刚性混凝土面板与垫层料之间脱空,脱空后面板与垫层料之间的摩擦力大幅减小甚至消失,面板在自重和地震惯性力联合作用下向下滑动,致使面板水平施工缝发生错台,面板表面产生裂缝。地震还导致岸坡附近左右坝段堆石体向河谷中央位移,致使岸坡附近面板垂直接缝发生拉伸破坏,河床中部垂直接缝及附近混凝土面板发生挤压破坏。数值计算和震害调查结果均表明,高混凝土面板堆石坝的地震损伤现象主要与其堆石体地震残余变过大,以及堆石体与防渗系统之间变形不协调密切相关,故强震区修建高面板坝应尽可能提高堆石体压实密度,以减小坝体的地震残余变形。     

紫坪铺面板坝加速度地震反应振动台模型试验研究

混凝土面板堆石坝的加速度地震反应是其设计和运行中参考的主要依据之一。由于数值方法难以准确模拟土石填筑材料的复杂特性,振动台模型试验被应用于高面板坝坝体的加速度地震反应研究。本文通过对紫坪铺面板堆石坝的大型振动台三维模型试验,得到不同地震动工况下加速度在坝体中的分布以及加速度放大倍数沿坝高的分布。研究发现,在输入加速度幅值较低时坝体的加速度放大倍数最大值出现在0.8倍坝高左右,放大倍数随着输入地震动幅值的增大而减小,并且放大倍数极值出现位置逐渐上移到坝顶。相同高程测点的加速度反应,下游坡面最大,坝体内部加速度小于坝体表面加速度。     

“5.12”汶川地震对紫坪铺混凝土面板坝的影响及原因分析

"5.12"汶川大地震导致紫坪铺混凝土面板堆石坝产生了最大为100 cm的沉降和60 cm的水平位移,如此大的地震永久变形,使得上游混凝土面板大面积脱空,库水位以上混凝土面板分期施工缝出现明显错台,面板垂直向接缝发生挤压破坏。在现场调查的基础上,对该坝地震损伤原因进行了分析,并对今后混凝土面板堆石坝的地震反应计算分析研究、抗震设计工作以及紫坪铺混凝土面板堆石坝震后修复原则提出了相应的建议。     

土石坝试验新技术研究与应用

研制的多功能静动力大型三轴试验系统是中国首台能够测量堆石料动态体变过程的大型三轴试验设备,构建了国内外70多座重要高土石坝筑坝堆石料静动力学性质试验数据库,揭示了静动荷载作用下堆石料的颗粒破碎规律及其影响因素、强度与剪胀(缩)非线性变化规律、地震残余变形发展规律、流变规律和饱和砂砾石料地震液化规律等。创建了高土石坝离心机振动台模型试验技术与试验结果分析方法,成功应用于高面板堆石坝与心墙堆石坝地震破坏机理和抗震加固方案有效性验证,得出的高土石坝地震加速度反应和地震残余变形定性与定量分布规律、高土石坝地震破坏机理结果得到了汶川地震后紫坪铺面板堆石坝和碧口心墙坝震害资料的证实。较好解决了目前高土石坝地面振动台模型试验与原型应力水平相差过大,常规离心机振动台模型试验因模型箱尺寸和振动台功率限制无法进行与原型应力水平一致的模型试验的难题。创建了土石坝溃坝离心模型试验技术与试验结果分析方法;研发了离心机大流量水流控制系统,实现了水流在地面普通重力场和超重力场之间的平稳过渡;研发了将模型布置和模型测量两部分有机融合为一体的专用溃坝模型箱,有效解决了管道流量计在坝体溃口流量变幅大和泥石流下无法正常工作的难题,实现了土石坝溃坝全过程溃口洪水流量的测量。上述研究成果为进一步提升高土石坝灾害预测与防控水平提供了重要技术支撑。     

液化场地桩-土-桥梁结构动力相互作用大型振动台模型试验研究

大型振动台模型试验是目前研究土 -结动力相互作用的一种极其有效的手段。以 1976年唐山地震中倒塌的胜利桥为原型 ,开展 1∶10模型的液化场地桩 -土 -桥梁结构动力相互作用大型振动台模型试验研究 ,很好地再现了自然地震触发地基砂土液化的各种主要宏观震害现象 ,并且模型桩的试验破坏状况与其原型的实际震害情况也比较吻合。主要介绍有关此次大型振动台模型试验的相似设计、操作技术及试验结果等方面的若干关键科学问题 ,以飨同仁。     

钢筋混凝土面板坝的地震永久变形分析

<正> 钢筋混凝土面板坝由于其造价经济、施工不受气候影响、工期短等一些特出优点而倍受人们重视,在我国亦有大规模推广的趋势。然而,不可否认,这种坝型在设计计算理论上还不完善,有关该坝型的静力、动力分析的计算模式、计算方法、材料参数的选择,地震时地面运动的考虑诸多因素还处在探索和发展阶段。就目前国内的情况来说,面板坝的设计还处在经验阶段,而且经验尚不成熟和丰富,尤其是对地震作用下面板坝的变形特性及其破坏机理尚缺乏较为深刻的认识,因而开展面板坝的静力、动力变形的研究就显得十分必要。大型计算机、计算方法及其相应计算技术的发展,为面板坝的数值分析提供了有效的手段。     

高心墙堆石坝地震反应复合模型研究

高土石坝抗震分析得到国内外学者的极大关注。采用土工离心机振动台模型试验和动力数值模拟技术相结合的复合模型方法 来 研究高心墙堆石坝地震反应特性。 首先对不等比尺的离心模型试验结果进行数值模拟,以验证数值计算模型和确定计算参数,然后用数值方法对离心模型试验结果进行拓展和外延,推广到等比尺和原型情况。对比分析了 高心墙堆石坝地震加速度放大系数、地震残余变形、防渗墙动应力和破坏模式。计算值与试验值变化规律一致, 表明复合 模型是研究高心墙堆石坝地震反应特性一种行之有效的方法,（ 40 ～ 50 ） g 离心机振动台模型试验基本上可以反映高土石坝的地震反应特性。     

接触面模型对面板与垫层间接触变形及面板应力的影响

对某在建面板堆石坝进行了三维有限元静、动弹塑性计算,分析了接触面模型对面板与垫层间接触面变形及面板应力的影响。面板与垫层接触面分别采用:双曲线(仅静力计算)、理想弹塑性及广义塑性接触面模型。结果表明:竣工期,3种模型计算的面板应力是基本一致的。满蓄期,3种模型计算的面板顺坡向应力分布规律基本一致,但面板坝轴向应力的分布规律和量值有较明显的差别。蓄水时广义塑性接触面模型计算的接触面的应力路径和剪切位移与双曲线和理想弹塑性存在较大的差异。在地震荷载下,理想弹塑性和广义塑性接触面模型计算的地震后坝体残余变形引起的面板顺坡应力基本一致,但面板坝轴向应力差别较大。理想弹塑性模型只有当应力达到峰值时才产生塑性变形,这样会低估接触面的残余变形,不能与坝体残余变形相协调,高估了坝体残余变形对面板应力的影响。广义塑性接触面模型能更好的反映三维条件下接触面的剪胀、剪缩、硬化、软化、循环残余变形及颗粒破碎特性,更符合实际情况。     

混凝土面板堆石混合坝性状的预测

对宜兴抽水蓄能电站上水库主坝施工期性状进行了监测,基于原型观测资料采用反分析对本构模型及其参数进行了验证,在此基础上,采用数值分析、土工离心模型试验和原型观测相结合的方法预测了带有坝趾挡墙的混凝土面板堆石混合坝的应力变形性状和抗滑稳定性。结果表明:混凝土面板堆石混合坝是一种适合于复杂地形条件的、特别是适合于抽水蓄能电站上水库条件的理想坝型。     

紫坪铺大坝下游坝坡震后抗震加固措施大型振动台模型试验研究

紫坪铺水库面板堆石坝坝顶区下游干砌石护坡在汶川地震中遭到了较严重的震损破坏,是大坝震后抗震加固处理的重点环节。综合考虑已有高土石坝坝坡抗震加固措施在大坝震后加固中的适用性,并参考浆砌石护坡在强震中表现出的良好抗震性能,浆砌石护坡成为了紫坪铺大坝下游坝坡震后抗震加固的重要选择。针对紫坪铺大坝坝坡震后抗震加固工程,进行堆石坝坝顶区坝坡抗震加固措施(干砌石护坡和浆砌石护坡)大型振动台模型试验,研究砌石护坡的抗震加固机理并验证其抗震加固效果;同时,结合大坝地震动力反应计算和大坝振动台模型试验的研究成果,确定了大坝坝顶区浆砌石护坡的加固范围。研究表明:浆砌石护坡在强震中具有良好的整体性,干砌石护坡在强震中的局部碎、块石滑移导致护坡整体渐进破坏,浆砌石护坡对堆石坝坡的保护作用明显优于干砌石护坡;紫坪铺大坝下游坝坡震后浆砌石护坡加固范围取为3/4坝高以上坝顶区坝坡较为合理。     

子结构隔震的巨型框架结构地震反应分析与振动台试验研究

为考察基于子结构隔震的巨型框架结构的实际振动控制效果,对一巨型框架结构和采用子结构隔震的巨型框架结构进行数值分析和振动台试验。介绍了巨型框架结构原型,采用有限元方法对巨型框架结构和采用子结构隔震的巨型框架结构进行分析,研究子结构隔震技术对外部主框架和内部子框架的地震反应控制效果。介绍了缩尺模型结构及其试验方案,对其进行了模拟地震的振动台试验,测量和分析了主框架和子框架的地震反应。有限元分析和振动台试验结果表明：子框架隔震后,巨型框架结构的基本周期得到延长,但隔震结构前6阶振型的振动都是以子框架振动为主,而非隔震结构前6阶振型的振动都是以主框架的振动为主。子框架隔震后,主框架和子框架的地震反应都显著减小,位置较低的子框架2的地震反应及其隔震效果一般要比上部子框架3的大。隔震子框架的变形主要集中在隔震层上,但隔震层变形小于主、子框架间的隔震缝宽度。     

新疆坝工技术进展

新疆有大小河流570余条,97%的河川径流形成于山区。因此,山区水库大坝建设是开发水能资源、实现水资源合理配置与有效调控的重要措施。自20世纪90年代以来,新疆的水库建设已从平原水库转入山区水库建设,筑坝材料也在当地材料坝的基础上不断改进,碾压混凝土坝、混凝土面板砂砾石堆石坝、沥青混凝土心墙堆石坝、土工膜防渗堆石坝等坝型不断涌现。结合新疆坝工建设,系统地总结了坝工技术特点和取得的主要技术创新成果,研究认为:以黏土心墙堆石坝为基础坝型,以混凝土面板砂砾石堆石坝和沥青混凝土心墙堆石坝为主要发展方向,在高寒地区、高地震区、深厚覆盖层等特殊环境和各种不良地质条件下的筑坝技术,是新疆坝工建设的显著特点。努力在坝工设计、坝基处理、施工工艺和建筑材料等关键技术取得不断进步和创新,对于提高大坝建设和运行管理的技术经济水平、安全可靠性能具有非常重要的促进作用。     

混凝土面板坝面板动力损伤有限元分析

联合采用混凝土塑性损伤模型和堆石料弹塑性本构模型,建立了面板堆石坝弹塑性动力分析方法,研究了地震荷载作用下混凝土面板的损伤发生和发展过程。计算结果表明：地震时,在0.65H（H为坝高）附近顺坡向拉应力最大,面板首先在该部位出现损伤,同时由于鞭稍效应,0.85H面板附近也出现损伤;采用损伤模型,损伤部位的面板出现软化,应力得到释放,计算结果比线弹性模型更加合理;采用塑性损伤模型可以反映混凝土面板渐进破坏过程,通过损伤变量可以清晰地了解面板的损伤分布和薄弱环节。此研究成果可以为进一步开展混凝土面板堆石坝极限抗震能力及抗震措施分析提供有效手段。     

Seismic tests of post-tensioned self-centering building frames with column and slab restraints

Post-tensioned (PT) self-centering moment frames have been developed as an alternative to typical moment-resisting frames (MRFs) for earthquake resistance. When a PT frame deforms laterally, gaps between the beams and columns open. However, the gaps are constrained by the columns and the slab in a real PT self-centering building frame. This paper presents a methodology for evaluating the column restraint and beam compression force based on the column deformation and gap openings at all stories. The method is verified by cyclic tests of a full-scale, two-bay by one-story PT frame. Moreover, a sliding slab is proposed to minimize restraints on the expansion of the PT frame. Shaking table tests were conducted on a reduced-scale, two-by-two bay one-story specimen, which comprises one PT frame and two gravitational frames. The PT frame and gravitational frames are self-centering throughout the tests, responding in phase with only minor differences in peak drifts caused by expansion of the PT frame. When the specimen is excited by a simulation of the 1999 Chi-Chi earthquake with a peak ground acceleration of 1.87 g, the maximum interstory drift and the residual drift are 7.2% and 0.01%, respectively.     

热脉冲法监测土坝集中渗漏的数值仿真

 基于温度示踪法的基本原理,结合心墙堆石坝的温度分布特征,进行梯度法与热脉冲法的选型对比,验证梯度法监测心墙堆石坝集中渗漏的不足。鉴于此,基于FBG传感系统,提出适用于土石坝心墙集中渗漏监测的热脉冲法。该方法以多孔介质–热源–FBG的共轭传热数学模型为理论基础,首先采用ADINA进行数值模拟,得到温升与渗流速度、加热功率的关系。随后,进行心墙堆石坝集中渗漏的数值模拟,得到各监测剖面的渗流速度分布。根据温升与渗流速度、加热功率的拟合公式,将其换算为温升分布,进行集中渗漏监测的数值仿真。结果表明：该方法能进行渗漏通道的准确定位,监测系统离心墙下游面越近,监测效果越好,集中渗漏强度越大,温升异常越明显。     

金沙江鲁地拉水电站混凝土重力坝地震抗滑稳定性的时程法分析

通过动力有限元时程法分析了金沙江鲁地拉水电站碾压混凝土重力坝在设计地震动作用下的动态响应,计算模型考虑了大坝–库水相互作用、大坝–岩基相互作用,用黏弹性吸波边界模拟了地震动能量向无限远域逸散的地基"辐射阻尼"效应。利用质点系"达朗贝尔原理"计算得到了坝体地震惯性力时程,通过将坝体惯性力时程极大值与振型分解反应谱法的惯性力计算值对比,验证了复杂地震动力数值计算结果的正确性。在坝体惯性力时程基础上叠加其它静力荷载,计算得到了大坝沿建基面的瞬态抗滑安全系数时程。计算结果表明:鲁地拉重力坝在设计地震动(0.36g)作用下的安全系数时程的极小值大于规范规定值,大坝整体抗震稳定性良好,不必采取提高整体抗滑稳定性的工程加固措施。作为典型重大工程实例研究,采用的动力计算方法对类似大坝工程的抗震计算具有参考意义。