用改进扩展有限元法研究重力坝强震断裂过程

本文用改进的扩展有限元法（Extended Finite Element Method，XFEM）—引入虚结点的XFEM在静力功能基础上实现了动力断裂分析功能，并用于强震中结构多条裂缝的同时扩展分析。采用混凝土I型和I/II混合型动力断裂试验进行了精度验证，然后将该方法应用于Koyna坝的地震开裂分析。结果表明，这一方法在求解混凝土I型和I/II混合型动力断裂问题方面具有良好精度。这一方法避免了网格不断重剖分的困难，也无需采用开裂单元的子域积分来描述非连续位移场，即可实现单元内连续断裂过程的模拟。     

小湾拱坝运行期温度场反演与应力仿真分析

拱坝所处的运行环境复杂,受力状态复杂,其真实的工作状态往往与其设计状态存在一定的差异,因此开展基于坝体温度和变形监测资料,反演坝体与基岩材料参数,仿真坝体的应力状态的研究。通过有限元方法,基于小湾拱坝实测温度,拟合上下游坝面的温度边界条件,并对拱坝运行期温度场进行了仿真;基于变形监测资料,反演坝体和基岩弹性模量;基于反演得到的坝体温度场与材料弹性模量,对小湾拱坝进行应力仿真分析。研究表明:小湾拱坝下游面温度分布总体呈现出两侧坝段高于中间坝段的规律;运行期坝体混凝土的弹性模量相对于试验值约提高30%;在冬季时,上游坝面水位以上部分出现局部拉应力,下游坝面在坝基交界面附近由于应力集中出现局部拉应力,但不至于影响工程安全运行。     

用改进扩展有限元法研究重力坝强震断裂过程

采用改进的扩展有限元法(Extended Finite Element Method,XFEM),即引入虚结点的XFEM,在静力功能基础上实现了动力断裂分析功能,并用于强震中结构多条裂缝的同时扩展分析。采用混凝土Ⅰ型和Ⅰ-Ⅱ混合型动力断裂试验进行了精度验证,然后将该方法应用于Koyna坝的地震开裂分析。结果表明,这一方法在求解混凝土Ⅰ型和Ⅰ-Ⅱ混合型动力断裂问题方面具有良好精度,其避免了网格不断重剖分的问题,也无需采用开裂单元的子域积分来描述非连续位移场,即可实现单元内连续断裂过程的模拟。     

基于实测资料的龙开口碾压混凝土重力坝温度仿真分析

基于温度实测资料,采用有限单元法按照碾压混凝土坝分层浇筑的施工特点,对龙开口最高挡水坝段的全过程温度场进行仿真模拟。计算考虑了混凝土的水化反应、冷却通水、环境气温、库水位等对坝体温度的影响。仿真结果与实测温度变化过程吻合良好。仿真结果表明,浇筑过程中EL1230-1260 m高程坝体内部形成了较大片"高温区",长时间保持28~30℃;但随着与外界空气、库水热交换散热,高温范围逐渐缩小,预测运行十年后坝体温度稳定在20~22℃;另外,坝址干热河谷气候和冷却通水对坝体温度分布有着显著的影响。     

堆石混凝土抗压强度影响因素细观分析

为了研究影响堆石混凝土强度的因素,本文建立了堆石混凝土的二维颗粒离散元模型,分析块石分布形态、自密实混凝土强度、以及块石和自密实混凝土的胶结强度等因素对堆石混凝土强度的影响。细观数值计算结果表明,块石的分布形态对堆石混凝土强度有重要影响,当块石在受力方向能够独立承受荷载作用时,堆石混凝土试件的抗压强度较高,反之,强度较低。胶结面强度对堆石混凝土的强度也有一定影响,随着胶结面强度的增加,其抗压强度有所增加。自密实混凝土强度显著影响堆石混凝土单轴抗压强度,自密实混凝土强度越高,堆石混凝土的强度越大,但当自密实混凝土强度增加一定值后,堆石混凝土抗压强度趋于定值,而主要由胶结面强度和块石分布形态确定。     

混凝土坝碱骨料反应模型及其长期运行分析

本文建立了混凝土坝长期运行碱骨料反应模型。该模型考虑碱骨料化学反应与力学的耦合作用,碱骨料化学反应动力学考虑温度、相对湿度的非均匀分布和混凝土应力状态的影响,混凝土的力学行为包括弹塑性损伤和长期蠕变效应。采用该模型分析了受碱骨料反应作用的法国Temple-sur-Lot闸坝长期运行性态,计算得到的坝体变形与实测结果吻合良好,损伤开裂情况也与实际裂缝分布接近。因此,该模型适用于分析和预测遭受碱骨料反应病害的混凝土坝长期运行的膨胀变形和损伤开裂行为,可为工程修复提供参考。     

龙羊峡重力拱坝运行期变形与应力反演分析

基于龙羊峡重力拱坝实测数据,建立拱坝-地基有限元模型,进行了反演分析,确定了合理的温度分布函数的参数,以及坝体与基岩材料弹性模量。采用反演得到的有限元模型计算了龙羊峡重力拱坝运行期温度场分布及坝体变形与应力分布。结果表明,龙羊峡重力拱坝坝体中心温度常年几乎没有变化,坝面区域温度变化受外界影响较大;坝体混凝土弹性模量相比于设计试验值大,提升约25%;应力状态方面,坝体整体受压,冬季由于气温较低,坝面区域存在小范围拉应力区,拉应力水平较小,不影响工程安全运行。     

强震作用下重力坝考虑辐射阻尼的一种简单模型

提出一种在强震作用下重力坝考虑地基辐射阻尼效应的动力反应的简单模型,该模型在无质量地基模型的坝体-地基交接面设置黏性阻尼器,并通过大量的计算统计确定阻尼器的系数。计算了100m级和200m级重力坝在不同频谱地震、不同地基弹性模量条件下的地震响应,结果表明,简单模型和弹簧-阻尼边界模型结果接近,误差在8%内。     

地基辐射阻尼对高拱坝非线性地震反应的影响

本文建立了一种拱坝-地基-库水系统地震反应分析的非线性有限元模型,可以同时考虑无限地基的辐射阻尼、坝体混凝土损伤开裂非线性和坝体横缝非线性等影响高拱坝地震反应的关键因素。利用所建立的有限元模型,以我国拟建的大岗山高拱坝为例,分析研究了地基辐射阻尼对坝体混凝土损伤开裂和坝体横缝开度的影响。结果表明,地基辐射阻尼可以明显减小强地震荷载作用下,坝体中上部的损伤开裂程度和坝体横缝的最大张开度,并改变其分布规律。