地震条件下拱坝库水相互作用的试验研究

本文第一部分简要介绍通过室内模型试验研究可压缩库水共振效应的初步成果。试验是对固定在3倍于坝高的矩形水槽中的筒形拱坝进行的。考虑了库底淤砂效应,并和用边界点法进行计算的结果作了比较,进一步探讨了在实际工程中影响库水共振效应的各项因素。 第二部分,通过在白山拱坝模型实测,以及用三向电拟试验求得的振型动水压力,校验了用流固耦合有限元法及目前常用的修正威氏(Westergaard)公式求得的结果。验证表明:流固耦合的有限单元数学模型给出的结果与试验结果很符合,而修正威氏公式给出的结果偏大。     

碾压混凝土拱坝三维弹塑性有限元分析

在建立碾压混凝土拱坝等效连续概化模型的基础上，采用压扁单元和等效连续概化模型相结合来模拟碾压混凝土坝体的方法，运用四参数、Ｍｏｈｒ－Ｃｏｕｌｕｍｂ和Ｄｒｕｃｋｅｒ－Ｐａｒｇｅｒ准则分别模拟坝体、层面和基岩，以及用散式、裂缝模型模拟坝体开裂状态，对沙牌碾压混凝土拱坝进行的三维弹塑性有限元分析表明，坝肩出现了非层面向的裂缝并危及帷幕灌浆体，不利于拱坝正常运行。     

混凝土单曲拱坝运营期有限元分析

采用有限单元法对白莲崖水电站碾压混凝土拱坝进行仿真分析,并把计算结果与拱梁分载法、有限元等效应力法的计算结果进行分析比较,指出用有限元法分析拱坝的优势和不足,为有限元法在拱坝设计中应用提供了参考依据。     

拱坝—可压缩库水—地基地震波动反应分析方法

本文采用理论数值模型严格模拟可压缩库水与拱坝、地基间的动力相互作用，提出了一种拱坝—可压缩库水—地基系统地震波动反应的时域显式分析方法.针对位于Ⅸ度地震设防区、坝高292m的小湾高拱坝，用本文方法进行了地震动力反应分析，得到如下结论：考虑库水可压缩性将显著降低对小湾拱坝抗震起关键控制作用的部位的动拉应力，降低幅值可达45%，表明附加质量模型过分夸大了小湾拱坝的地震动应力反应，对小湾拱坝的抗震安全评估是不合理的.     

碾压混凝土拱坝三维弹塑性有限元分析

在建立碾压混凝土拱坝等效连续概化模型的基础上 ,采用压扁单元和等效连续概化模型相结合来模拟碾压混凝土坝体的方法 ,运用四参数、Mohr- Coulumb和 Drucker- Parger准则分别模拟坝体、层面和基岩 ,以及用分散式裂缝模型模拟坝体开裂状态。对沙牌碾压混凝土拱坝进行的三维弹塑性有限元分析表明 ,坝肩出现了非层面向的裂缝并危及帷幕灌浆体 ,不利于拱坝正常运行。     

拱坝非线性开裂分析的分载位移法

通过对拱坝非线性开裂问题的研究提出了拱坝非线性分载位移法的计算模型，推导了非线性状态下，拱坝截面内力与曲率关系的公式。确定了拱坝开裂分析中混凝土破坏条件。拱坝非线性开裂的分载位移法可用于拱坝非线性静动力分析、超载分析和开裂问题研究，可模拟坝的破坏过程。根据本文公式，模型编制的程序已用于拉西瓦水电站拱坝、小湾水电站拱坝的非线性开裂分析和超载分析，实践表明，该方法正确，成果合理，可用于解决实际工程问题     

用多拱梁位移法作拱坝动力分析

为解决用多拱梁分载法进行拱坝动力分析时计算较困难的问题 ,提出用多拱梁位移法作为拱坝动力分析的方法 ,即把拱坝离散为一系列水平向的拱和竖向的梁 ,推导出拱单元、梁单元、基础单元的单元刚度矩阵 ,用子空间迭代法计算拱坝的前n阶自振频率和振型向量 ,然后可计算出地震作用时拱坝的动力荷载及地震引起的拱坝应力。     

洛惠渠渠首砌石拱坝三维动力有限元分析

洛惠渠大坝因年久失修,需要进行加固改造。用有限元动力分析的方法对洛惠渠大坝在地震波作用下,进行动力分析,得到了坝体在温升和温降两种工况下,在不同的地震波作用下的最大应力值及位置。通过对洛惠渠大坝的有限元分析,为大坝加固方案优选提供了理论依据。由计算结果可以得出,在温降和地震波共同作用下,在坝体应力集中部位,最大拉应力超过了材料的应力控制值,要结合具体的运行情况,设定其加固方案。     

新导线法测定重力拱坝位移设计理论分析与模拟计算

在设计某重力拱坝145监测线的过程中,作者提出了一种新的导线法,来监测重力拱坝坝体的位移。文章介绍了该导线法的布设与观测方案;导线法的点位误差——精度分析;导线法的偶然误差在待定参数及其函数上的分布规律——主分量分析;导线法在给定误差概率下,通过统计检验所能发现各点(坝段)径向位移的下界值——灵敏度分析。用数学模型扭曲法对该导线法进行了仿真试验研究,进一步检验了上述分析结果的准确性,从而保证了位移监测设计的严密性、预见性和实用性。作者试图将近代工程测量控制网的理论和方法、应用于变形监测网的设计,为推动变形监测系统设计理论的发展作了一点尝试。     

General displacement arch-cantilever element method for stress analysis of arch dam

Based on the general displacement method and the basic hypothesis of the trial load method, a new advanced trial load method, the general displacement arch-cantilever element method, was proposed to derive the transformation relation of displacements and loads between the surface nodes and middle plane nodes. This method considers the nodes on upstream and downstream surfaces of the arch dam to be exit nodes (master nodes), and the middle plane nodes to be slave nodes. According to the derived displacement and load transformation matrices, the equilibrium equation treating the displacement of middle plane nodes as a basic unknown variable is transformed into one that treats the displacement of upstream and downstream nodes as a basic unknown variable. Because the surface nodes have only three degrees of freedom (DOF), this method can be directly coupled with the finite element method (FEM), which is used for foundation simulation to analyze the stress of the arch dam with consideration of dam-foundation interaction. Moreover, using the FEM, the nodal load of the arch dam can be easily obtained. Case studies of a typical cylindrical arch dam and the Wudongde arch dam demonstrate the robustness and feasibility of the proposed method.     

拱坝-库水相互作用的振动台破坏试验研究

为探究拱坝-库水相互作用对拱坝强震失效模式和超载能力的影响,在振动台上开展模型动力破坏试验。基于弹性力-重力相似律设计模型,考虑了材料率效应,利用天然水模拟库水,缝的模拟考虑了键槽影响以及裂纹尖端开裂相似条件。选择模型基频对应的谐波逐级加载开展超载试验,并运用多种技术手段监测模型损伤破坏全过程。试验表明,库水的预压作用能够充分发挥拱结构的抗压特点,使得顶拱拱向应力分布均匀。本次试验与不考虑库水的研究结果对比,得出结论:库水并没有降低拱坝结构整体超载能力,在宏观裂纹出现前约束顶拱动态应力的发展,使得顶拱与拱冠梁趋于同时破坏。本文研究结果可为评估坝库相互作用对拱坝超载能力与失效模式的影响提供试验依据。     

SSOR-PCG方法在高拱坝整体大规模弹塑性有限元分析中的应用

我国目前设计和在建高拱坝地质情况复杂，因此需要对高拱坝进行专门研究，高拱坝整体行大规模弹塑性有限元分析是其方法之一。本文在岩土材料常用的D-P准则本构积分特性的基础上，利用其不用形成弹塑性刚度矩阵的特点，将对称超松弛预处理共轭梯度法(SSOR-PCG)应用于高拱坝整体大规模弹塑性分析。两个数值实例验证了SSOR-PCG方法用于弹塑性有限元计算的正确性和可行性。工程实例表明SSOR-PCG方法适宜应用于在个人计算机上对高拱坝整体大规模弹塑性有限元分析，满足计算速度和计算规模的要求。     

Membrane finite element method for simulating fluid flow in porous medium

A new membrane finite element method for modeling fluid flow in a porous medium is presented in order to quickly and accurately simulate the geo-membrane fabric used in civil engineering. It is based on discontinuous finite element theory, and can be easily coupled with the normal Galerkin finite element method. Based on the saturated seepage equation, the element coefficient matrix of the membrane element method is derived, and a geometric transform relation for the membrane element between a global coordinate system and a local coordinate system is obtained. A method for the determination of the fluid flux conductivity of the membrane element is presented. This method provides a basis for determining discontinuous parameters in discontinuous finite element theory. An anti-seepage problem regarding the foundation of a building is analyzed by coupling the membrane finite element method with the normal Galerkin finite element method. The analysis results demonstrate the utility and superiority of the membrane finite element method in fluid flow analysis of a porous medium.     

混凝土拱坝应力分析的动态模拟方法

本文根据热传导理论与粘弹理论，采用空间有限单元法，按照大坝混凝土浇筑，蓄水与正常运行过程，考虑随时间变化的各种因素，进行增量的全过程仿真动态分析，得出大坝在全过程中的温度与应力变化情况，供大坝施工设计，结构设计和运行管理应用。     

Nonlinear simulation of arch dam cracking with mixed finite element method

This paper proposes a new, simple and efficient method for nonlinear simulation of arch dam cracking from the construction period to the operation period, which takes into account the arch dam construction process and temperature loads. In the calculation mesh, the contact surface of pair nodes is located at places on the arch dam where cracking is possible. A new effective iterative method, the mixed finite element method for friction-contact problems, is improved and used for nonlinear simulation of the cracking process. The forces acting on the structure are divided into two parts： external forces and contact forces. The displacement of the structure is chosen as the basic variable and the nodal contact force in the possible contact region of the local coordinate system is chosen as the iterative variable, so that the nonlinear iterative process is only limited within the possible contact surface and is much more economical. This method was used to simulate the cracking process of the Shuanghe Arch Dam in Southwest China. In order to prove the validity and accuracy of this method and to study the effect of thermal stress on arch dam cracking, three schemes were designed for calculation. Numerical results agree with actual measured data, proving that it is feasible to use this method to simulate the entire process of nonlinear arch dam cracking.     

渡槽结构横向动力响应分析

结合某渡槽安全鉴定工作,建立单跨渡槽结构在设计水位和无水两种工况下的ANSYS三维有限元模型。选用Housner流-固耦合模型模拟了槽内水体与槽体侧壁之间的相互作用,并设定槽墩高度为8.3,10.3,12.3和14.3 m,分别进行模态分析和动力响应分析,以观察在不同槽墩高度下渡槽结构的动力响应(应力、位移和速度)变化。分析结果表明:渡槽结构在设计水位工况下的自振频率小于结构在无水工况下的自振频率;随着槽墩高度的增加,结构在设计水位工况和无水工况下的自振频率均呈减小的趋势,而槽墩顶部、槽体跨中及槽体顶部关键点处的动力响应值有总体增大的趋势;但渡槽结构不同位置的响应值不同,在地震作用下,高墩渡槽的动力响应值总体大于矮墩渡槽的动力响应值。