某重力坝考虑混凝土拉压损伤的地震响应分析

本文结合某实际重力坝工程,采用有限元软件ABAQUS的混凝土材料塑性损伤本构模型模拟了其混凝土材料在地震荷载作用下拉压损伤、拉压转换的全过程,并通过地震超载的方式使混凝土重力坝逐步达到极限状态,探讨了混凝土重力坝拉压损伤演化过程和变化趋势。通过与仅考虑混凝土受拉损伤在不同地震超载系数下的计算结果对比,还考虑混凝土受压损伤对重力坝强震破坏过程和极限抗震能力分析的影响。研究结果表明,同时考虑拉压损伤和只考虑拉损伤的极限抗震能力相同,且重力坝的强震损伤极限状态主要是由受拉损伤控制,同时在多轴应力状态下,拉压损伤有可能在同一部位同时出现。     

考虑土性参数空间变异性的单桩竖向承载力分析

岩土体是自然界的产物,其性质具有较大的空间变异性。在已有土体随机场模拟研究成果基础上,考虑了土体强度参数的变异系数和相关距离,通过数值方法研究了竖向荷载作用下土体空间变异性对桩基础承载力的影响。结果表明,考虑土体空间变异性后,桩基承载力的中值都小于确定性分析得到的桩基承载力;随着变异系数和相关距离的增大,桩基承载力的不确定性越来越大,实际工程中需重点关注土体参数变异性大的工况。考虑土体强度参数空间变异性的桩基竖向承载力分布规律可以用对数正态分布曲线来描述,当样本数足够多时,可依此获取任一荷载下桩基础的失效概率。     

地震载荷作用下混凝土重力坝损伤分析

为了深入研究混凝土重力坝在地震载荷作用下进入非线性状态并发生损伤破坏的力学机理,通过损伤力学理论对混凝土重力坝的损伤机制进行分析,运用有限元软件对混凝土重力坝发生损伤现象进行数值模拟。分析在x、y方向的地震载荷作用下,混凝土重力坝发生损伤的区域。监测坝体靠近损伤区域的节点的主应力变化情况。研究表明:在坝踵、坝趾以及坝颈下游面这些应力集中区域易发生损伤现象,主应力随着地震加速度时程变化而变化,地震加速度幅度越大,坝体的受拉应力水平越高,范围也越大,拉应力水平极易达到抗拉强度,进而发生损伤现象。揭示了混凝土重力坝在地震载荷作用下损伤的发生机制,为混凝土重力坝的设计和施工提供理论依据。     

考虑震损指标相关性的重力坝地震易损性分析

针对采用弹性损伤模型进行重力坝地震易损性分析效率较低的问题,分别采用线弹性模型和弹性损伤模型对重力坝进行动力时程分析,获得相应的线弹性震损指标(超应力单峰面积)和弹性损伤震损指标(损伤指数),建立了单峰面积与损伤指数之间的相关关系。提出了一种基于单峰面积与损伤指数相关性的地震易损性分析方法,即用线弹性动力计算得到的单峰面积近似估计坝体损伤指数,进而确定重力坝震损等级,以及超过各震损等级的概率,最后拟合出地震易损性曲线。将该方法应用于某重力坝的地震易损性分析,计算结果符合一般规律,计算效率得到极大提高。     

重力坝与坝基体系地震损伤破坏分析

为了揭示重力坝坝基体系地震破坏过程,需要同时考虑坝体和地基的损伤破坏。本文建立了较为完整的重力坝-地基-库水非线性动力分析模型,同时利用笔者开发的程序模拟了重力坝地基体系的地震破坏。结合印度Koyna坝震害,研究了坝体和地基岩体均采用损伤模型重力坝地基体系的地震破坏过程。作为比较分析,对坝体采用损伤模型、地基采用Drucker-Prager弹塑性模型进行了重力坝地基体系的地震破坏研究。计算结果表明,地基分别采用损伤模型和Drucker-Prager弹塑性模型,得到不同的破坏模式。坝体地基均采用损伤模型模拟的结果与实际震害接近,能更好反映重力坝地震损伤破坏。     

重力坝与坝基体系地震损伤破坏分析

摘要：为了揭示重力坝坝基体系地震破坏过程,需要同时考虑坝体和地基的损伤破坏。本文建立了较为完整的重力坝-地基-库水非线性动力分析模型,同时利用本文开发的程序模拟了重力坝地基体系的地震破坏。结合印度柯依那（Koyna）坝震害,研究了坝体和地基岩体均采用损伤模型重力坝地基体系的地震破坏过程。作为比较分析,研究了坝体采用损伤模型地基采用Drucker-Prager弹塑性模型重力坝地基体系的地震破坏。计算结果表明,地基分别采用损伤模型和D-P弹塑性模型,得到不同的破坏模式。坝体地基均采用损伤模型模拟的结果与实际震害接近,能更好反映重力坝地震损伤破坏。     

土性参数空间变异性研究

利用齐次随机场模型研究方法,对样本容量按随机场离散,采用空间递推平均法对石河子北区多个钻孔统计分析后得出石河子北区典型土层的自相关距离、均值及变异系数。土性指标的相关距离具有显著的地区差异性和同一地区的相对稳定性,只有考虑了相关性的影响所得到的可靠度指标才较为可靠,因此对当地的土性相关距离的地区相关性研究很有必要。     

地基材料对重力坝动力损伤特性影响研究

以Koyna重力坝为例,分别建立坝体-地基整体塑性损伤模型、坝体损伤-地基线弹性模型及坝体损伤-地基弹塑性模型,从坝体损伤分布及坝体损伤耗能两个方面出发,研究不同地基材料对坝体动力损伤特性的影响。研究结果表明,若仅考虑坝体的塑性损伤,而地基为线弹性或弹塑性材料,震后除在坝体折坡处出现贯穿上下游的裂缝外,坝踵部位的混凝土也会出现损伤开裂,若同时考虑坝体地基的整体损伤,坝踵部位混凝土不会出现损伤开裂现象;考虑地基线弹性时,坝体产生的损伤耗散能要远大于其余两种模型;考虑地基弹塑性时,坝体产生的损伤耗散能略大于考虑地基塑性损伤下的坝体损伤耗散能,说明考虑地基塑性损伤时计算出的坝体损伤程度最小,地基弹塑性其次,地基线弹性时计算出的坝体损伤最为严重。     

基于参数空间变异性随机场的地铁基坑变形研究

鉴于地铁基坑工程存在土体参数不确定性导致难以精细化控制变形的问题,依托济南地铁闫千户站基坑工程,考虑土体参数空间变异性,将随机场理论与数值模拟有机耦合,研究基坑变形特性与变异系数对变形的影响规律。结果表明,土体参数变异性较小时,可将二维随机场模型简化为一维计算;地表沉降大小和围护结构的变形具有较强相关性,围护结构最大变形区域在0.5H～0.9H,平均值约在0.7H;变异系数与地表沉降呈正相关,变异系数从0.1增加到0.4,地表沉降值增大了70%。     

混凝土重力坝在地震荷载下的稳定分析

采用混凝土损伤塑性本构模型,利用有限元分析软件ABAQUS进行混凝土坝的结构计算,分析某混凝土坝在地震荷载下的响应,分析结构的稳定性和任意荷载作用下结构的破坏情况.计算结构表明:采用混凝土损伤塑性本构模型,利用有限元分析软件ABAQUS进行混凝土坝的结构计算,可以更加直观反映混凝土坝的应力、应变和整个坝坡破坏发展过程....     

考虑堆石料空间变异性的心墙坝地震安全性随机有限元分析

土石坝堆石料物理力学性质具有一定的不确定性,探讨了堆石料的空间变异性对心墙坝地震安全性的影响。以某高心墙堆石坝为例,采用基于局部平均细分法的随机有限元法,模拟了考虑筑坝堆石料空间变异性时心墙坝的地震响应以及永久变形情况,对比分析了随机有限元法和常规确定性有限元法的计算结果,并对随机物理参数的敏感性进行了分析。研究结果表明,考虑筑坝材料空间变异性时,(1)大坝峰值加速度响应的取值和频谱特性都发生一定程度的离散,为使设计方案的保证率达到90%以上,需将确定性分析得到的峰值加速度放大1.1倍～1.2倍;(2)大坝震后最大沉降的离散程度相比更大,为使设计方案的保证率达到90%以上,需将确定性分析结果放大1.4倍～1.6倍;(3)心墙坝动力响应对堆石料的干密度和孔隙率的敏感性强于对平均粒径和不均匀系数的敏感性,但当平均粒径和不均匀系数的变异性较大时,大坝响应仍表现出明显的离散性。     

考虑库底淤积层作用的碾压混凝土重力坝地震响应分析

以碾压混凝土重力坝为对象,开展了水平地震动作用下库底淤沙层对大坝动力响应影响的研究。将坝体碾压混凝土和基岩材料模拟为Drucker-Prager弹塑性材料,考虑碾压混凝土大坝层面和坝体-基岩交界面处的不连续非线性行为,采用相关流动法则和Lagrangian流体单元,考虑弹性地基,库水以及水库底部沉积物等不同材料介质间的相互作用,对有无沉积物和不同沉积物高度情形的碾压混凝土大坝进行了动力反应分析。分析结果表明,地震作用下库底淤沙层对碾压混凝土重力坝动力特性有着一定的影响,地震动作用下碾压混凝土大坝的弹塑性分析应适当考虑淤积层的影响。更多还原     

考虑参数空间变异性的盾构隧道施工地层变形综合可靠度分析

依托厦门地区典型风化花岗岩地层的盾构隧道工程,针对多层土双线盾构隧道施工地层变形问题,以岩土体参数的空间变异性为切入点,基于随机场理论,采用蒙特卡洛法与有限差分法模拟计算相结合的方法,开展盾构隧道施工地层变形响应的可靠度分析。以土体弹性模量E的空间变异性为研究重点,系统研究土体弹性模量的竖向、水平波动距离(θ_z,θ_x)对地层变形可靠度指标的影响。结果表明:随机分析所得最大地层变形(地表沉降、拱顶沉降、围岩收敛)的可靠度指标随着土体弹性模量波动距离的增大而降低;随着最大地层变形允许值的增大,地层变形可靠度指标也相应提高。在此基础上,借助熵理论客观确定各地层变形指标(地表沉降、拱顶沉降、围岩收敛)的权重系数,结合可靠度设计方法和工程风险分析理论,开展地层变形综合可靠度分析及控制指标体系的研究,提出适合厦门地区的盾构隧道施工地层变形控制指标体系。     

空间相关非平稳地震荷载作用下的大坝风险分析

坝体风险性研究具有十分重要的意义。文章提出了在空间相关非平稳地震荷载作用下,不同破坏模式下的大坝风险分析系统分析方法。首先采用人工生成空间相关非平稳地震动时程和Mazars混凝土损伤模型,通过对混凝土重力坝的坝头、上游折坡面以及建基面等处的损伤值及其抗滑稳定系数的研究,然后推导了大坝溃口宽度以及相应的溃口流量随时间的变化规律,根据溃口时间和流量变化推出了溃坝后的生命损失以及财产损失,最后进行了算例分析。通过计算结果可以看出,所提出的模型能够考虑大坝的风险发生的各个过程,并能够较全面的描述大坝的风险。更多还原     

考虑岩土体参数变异性的滑坡破坏概率分析

稳定性系数评价滑坡稳定状况存在一定的缺陷性,将其与破坏概率分析结果相结合能够对滑坡稳定性状况作出合理可靠的评价。在分析府谷县新府山安居小区滑坡基本特征及成因机制的基础上,对滑坡在不同工况下的稳定性系数进行计算。考虑滑坡岩土体参数的变异系数和偏度系数,利用蒙特卡洛法(Monte-Carlo)对滑坡的破坏概率进行了计算。最终,将稳定性系数与破坏概率相结合,对滑坡的稳定状态做出了评价。结果表明,该滑坡在天然状态下处于基本稳定状态,而在暴雨或持续强降雨情况下,滑坡发生破坏的概率较大。     

考虑参数空间变异的高风化岩质边坡可靠性分析

为探讨高风化岩质边坡参数的内在变异性,结合一阶可靠性理论(FORM)、改进拉丁超重要立方采样法(LHIS)的数值分析方法,对实际工程中的高风化岩质边坡进行概率稳定性分析。充分考虑高风化岩质边坡的岩石参数的空间变异性对边坡稳定性的影响,利用LHIS模拟计算得到安全系数的概率分布,同时利用FORM确定临界失稳破坏面的概率进行初步的敏感性分析,从而确定模型输入参数对边坡稳定性的影响;利用Spencer极限平衡法求出失稳破坏面的F_s来评价功能函数G(X)的值,并计算可靠性指标。结果表明:考虑岩石参数的空间变异性比传统单一变量更能真实反映高风化岩质边坡的特征;利用LHIS能比传统的抽样方法明显减少模拟次数,提高效率;可靠性理论及概率稳定性分析方法比传统的极限平衡法更适用于评价岩土参数空间变异的高风化岩质边坡的安全性。     

廊道布置对混凝土重力坝冻融破坏特性影响研究

冻融破坏是混凝土重力坝常见耐久性问题之一.通过大坝渗流和温度仿真分析确定潜在冻融破坏区域,基于已有混凝土冻融损伤本构模型分析大坝的塑性损伤分布,以此评价廊道布设形式对重力坝冻融损伤特性的影响.分析结果表明:混凝土结构的抗冻特性不等同于其本体材料抗冻特性,合理增设廊道数量对混凝土重力坝抗冻耐久性有利,该研究成果能为严寒区...     

水下爆炸冲击荷载作用下重力拱坝及坝后式厂房的破坏效应

当坝身设有孔口且存在坝后式厂房时,水下爆炸冲击荷载作用下大坝的动力响应非常复杂。 针对此问题,考虑爆炸作用下混凝土的高应变率效应,采用Ｌａｇｒａｎｇｉａｎ－Ｅｕｌｅｒｉａｎ耦合方法建立水下爆炸 冲击下大坝－厂房－库水－坝基全耦合模型,利用数值模拟技术分析了水下爆炸冲击荷载作用下重力 拱坝及其坝后式厂房的动态破坏过程,得到了重力拱坝及坝后式厂房在水下爆炸冲击荷载作用下的损 伤破坏过程及损伤机理。结果表明:水下爆炸冲击荷载作用下重力拱坝的损伤破坏形式包括爆炸成坑 破坏、气穴冲切破坏、局部拉伸破坏和整体拉伸破坏;随着爆心距的增大,大坝的主要损伤破坏形式逐渐 改变,分别为爆炸成坑破坏、局部拉伸破坏和整体拉伸破坏,当爆心距进一步增大时,坝体破坏逐渐减 小;进水口和溢流表孔的存在削弱了坝体局部强度和拱效应;水下爆炸冲击荷载作用下,坝后式厂房由 于结构的整体响应发生局部拉伸破坏。     

高土石坝动力反应的敏感性分析

目前高土石坝抗震设计一般要进行坝体动力敏感性分析,但分析方法还没有共识。为此,以典型200m心墙堆石坝为例,进行了土石坝动力敏感性分析,分析结果表明,坝料动力特性取模量比衰减的上限曲线和阻尼比增长的下限曲线进行组合,坝体的动力反应和地震永久变形均最大,建议作为坝体抗震设计的控制工况。