基于坝基塑性损伤的重力坝极限抗震能力研究

目前关于重力坝的研究大多仅考虑坝体的损伤破坏,而将坝基设为线弹性材料,这可能导致大坝震害情况与实际不符,而考虑坝基塑性损伤能明显减轻重力坝坝体损伤程度,可以更加真实的模拟出大坝的抗震承载能力。本文基于塑性损伤力学理论,以我国西南某拟建重力坝为研究对象,建立了考虑坝体-坝基整体塑性损伤的三维有限元动力计算模型,并对模型的正确性进行了验证。采用时程分析法分析了该重力坝在不同地震强度下的震损情况,并以坝体裂缝贯通上下游为失稳判别标准对该坝的极限抗震能力进行了评价。结果表明：当地震动强度为0.5g时,下游折坡处损伤区域贯通上游,此时重力坝上部坝体可视为脱离块体,重力坝产生失稳,因此可以判定该重力坝的极限抗震能力为0.5g。     

近断层地震动作用下重力坝损伤特性研究

为了解近断层脉冲型地震动作用下的重力坝损伤特性,以Koyna重力坝为例建立了塑性损伤模型,并对模型的正确性进行了验证。从坝体损伤区域分布、坝顶关键点位移以及坝体损伤耗能情况3个方面出发,对比研究了具有向前方向性效应、滑冲效应和无脉冲效应近断层地震动对重力坝损伤特性的影响。结果表明：向前方向性效应地震动作用下坝体产生的损伤破坏范围、坝顶关键点位移变形及坝体损伤耗能最大,其次为无脉冲效应地震动,滑冲效应地震动造成的影响最小,说明向前方向性效应地震动会对重力坝产生更为严重的损伤破坏影响,在重力坝抗震设计过程中应重点关注向前方向性效应地震动造成的影响。     

地震作用下混凝土重力坝极限抗震能力分析

采用ABAQUS中的混凝土塑性损伤模型来模拟某重力坝的地震响应特性,分析不同强度地震下坝体损伤破坏区。以印度的Koyna混凝土重力坝为例,采用混凝土塑性损伤模型模拟了大坝动力损伤破坏过程,数值模拟结果与文献中模型试验结果基本相同,验证了数值模型的正确性,根据损伤破坏效应能够判定Koyna重力坝的极限抗震能力为0. 4g～0. 45g。对云南省某混凝土重力坝的极限抗震能力进行了探讨,根据重力坝的损伤破坏效应可以初步认定该混凝土重力坝的极限抗震能力在0. 4g～0. 45g。     

基于NGA模型的主余震序列作用下重力坝损伤破坏研究

传统的线弹性模型和弹塑性DP模型难以真实反映混凝土、岩石地基在遭遇超出其抗拉压强度时的损伤破坏规律。为更加全面地评估余震作用对已损重力坝结构的累积破坏影响,本文采用塑性损伤力学模型来模拟坝体的动力损伤,同时考虑岩石材料的非线性性质,将塑性损伤力学的方法推广到岩体材料,建立了大坝坝体与地基的整体损伤力学模型,实现了重力坝整体动态损伤演化全过程模拟。结合主震与强余震统计关系和NGA地震动衰减关系构造了主余震地震动序列,分别研究了单次主震、单次余震以及主震后余震对强震区混凝土重力坝坝体地基整体损伤演化的影响。研究结果表明:余震作用对坝基的塑性应变累积效应显著,对于主震受损的混凝土重力坝结构,余震作用能够引起结构较大的二次残余变形。     

考虑初始损伤效应的重力坝动力体系可靠性研究

通过引入损伤边界面和有效材料状态参量,分别考虑重力坝系统内坝体混凝土和基岩材料初始损伤缺陷的力学机理和状态描述,构造了包含损伤内变量形式的混凝土和岩石材料功能函数模型,并在此基础上建立了考虑初始损伤状态的重力坝动力体系的可靠度分析模式。     

寒区混凝土劣化对重力坝抗震性能影响研究

为探究寒区混凝土性能劣化对重力坝抗震性能的影响，通过混凝土材料冻融循环试验和数值模拟开展了重力坝动力响应分析，得到了大坝在地震激励时的应力、位移和破坏等情况，并通过损伤因子及其对应损伤区域面积提出了重力坝整体损伤累积面积公式。研究结果表明：强震作用时，坝体损伤最明显的部位为下游折坡处和坝踵，冻融循环对大坝整体损伤程度有显著影响，在下游折坡处的冻融区域内配置抗冻混凝土能提升大坝整体抗震性能。研究成果可供寒区混凝土重力坝的抗震设计参考。     

英那河水库混凝土重力坝加高的温控措施

温度应力是造成混凝土重力坝坝体裂缝的主要原因,而对扩建工程,由于原坝体温度场、材料弹性模量和徐变等力学性能与新浇坝体的差异,使温度应力造成的各种不利情况更严重、更复杂.因此,采取有效的温控措施是十分必要的.本文介绍了英那河水库重力坝加高采取的温度应力控制措施,实践证明效果良好.     

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。     

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。     

鲁地拉重力坝坝基非线性对坝体极限抗震能力的影响研究

本文以鲁地拉水电站重力坝为例,采用线弹性模型和损伤塑性模型研究了重力坝坝基非线性对坝体极限抗震能力的影响,以坝体顶部折坡处的损伤区贯穿为"破坏"依据,计算了坝体"破坏"前所能承受的最大地震荷载。结果表明:地基线弹性模型和非线性模型得到的结果分别为1.6倍设计地震和2.2倍设计地震。对比分析可知,考虑地基非线性影响能够显著降低重力坝坝体折坡处的损伤分布,近而可以更好地模拟坝体结构本身的抗震承载能力。     

两种非线性模型下重力坝强震破坏机理研究

以某重力坝为例，在已有研究的基础上，分别采用塑性损伤模型和动接触力模型，对混凝土重力坝进行非线性动力分析，研究讨论了坝体头部强震破坏进程、破坏机理以及在贯通前后上下游节点对位移差变化情况，并基于两种模型的本构关系，对比分析了两种模型下重力坝强震损伤破坏演化过程的差异及其对重力坝极限抗震能力的影响。研究结果表明，采用塑性损伤模型计算的混凝土坝坝体头部折坡处的开裂要早于接触模型，但是开裂进程比接触模型慢；若以坝体头部开裂贯通为依据，损伤模型和接触模型的极限抗震能力相差不大，接触模型略低；对头部存在明确层面、不需要考虑网格细化问题等的碾压混凝土坝可采用接触模型，对于不存在明确层面的情况，建议采用损伤模型。     

库底淤积层对重力坝动力损伤的影响研究

为真实反映出库水及沉积层对重力坝多耦合体系的影响,文章将库底淤积层考虑为黏性、大密度可压缩流体,同时考虑到坝体混凝土在超出其抗拉压强度的外荷载作用时表现出的强非线性性质,用混凝土损伤模型模拟重力坝坝体的动力损伤,据此建立了能够合理反映坝体混凝土动态损伤演化过程的多耦合仿真模型。基于Koyna重力坝工程,以库底淤积层厚度作为变量,在时域内进行有限元分析,通过对比模型损伤区域、能量耗散指标和位移响应,量化了不同淤积层厚度对重力坝多耦合体系损伤的影响。分析结果表明:随着库底淤积层厚度的增加,能一定程度降低重力坝坝体的地震损伤破坏。     

高碾压混凝土重力坝坝体材料分区设计研究

本文在总结已建常规混凝土重力坝和低碾压混凝土重力坝的坝体材料分区设计基础上，探讨高碾压混凝土重力坝坝体材料分区设计，以求获得最经济的坝体材料分区设计。     

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。     

马堵山重力坝地震响应三维有限元分析

根据马堵山碾压重力坝的实际情况,建立坝基与坝体联合作用的三维有限元模型,采用时程分析法计算分析了该碾压混凝土重力坝的动力响应,研究了该坝的地震加速度反应、位移反应和应力反应及其分布规律,计算表明,在Ⅶ度地震设防烈度下,坝体的最大加速度反应在河床坝段顶部,约为5.5m/s2,放大5.56倍,坝体的最大位移反应也在河床坝段顶部,约为21.056mm,坝体的最大应力反应为5 230.85 kPa,出现在河床溢流坝段坝踵处.该坝满足抗震设防的规范要求.     

基于ADINA的重力坝动力响应及抗滑稳定性研究

利用有限元软件ADINA建立某拟建重力坝坝体-地基三维仿真模型,通过在坝基截断边界上设置黏弹性人工边界方式来模拟远域地基辐射阻尼对地震波产生的影响,基于时程分析法对该重力坝在设计地震及校核地震作用下的抗震能力进行分析,并对设计地震动进行超载,以坝基塑性区贯通为失稳判别标准,对该重力坝的深层抗滑稳定性进行研究。结果表明,设计地震及校核地震作用下,该重力坝的顺河向及竖向位移最大值均产生于坝顶位置;设计地震下,坝体仅在上游坝面坝踵前缘反弧段发生损伤开裂;校核地震下,下游折坡处也出现了轻微的损伤;设计地震动超载2.5倍时,该重力坝发生了滑动失稳。     

考虑材料参数空间变异的重力坝地震损伤分析

由于施工质量不均匀和混凝土自身的非均质性,因此重力坝坝体混凝土材料强度具有空间变异性。利用对数正态分布随机场模拟混凝土参数的空间变异性,采用中心点法将参数随机场离散为一组相关随机变量,通过结构空间位置和相关距离构建了自相关函数、得到相关系数矩阵。采用Cholesky方法分解相关系数矩阵并线性变换,通过n维独立标准正态分布样本矩阵生成n维相关对数正态分布样本矩阵,实现了混凝土材料参数空间变异性的抽样模拟。对印度Koyna重力坝的地震损伤分析表明,考虑混凝土参数(特别是抗拉强度)的空间变异性后,坝体损伤程度加重,坝顶位移振幅减小,坝顶垂直残余位移增大,因此在重力坝抗震设计中应考虑材料参数空间变异性的影响。     

混凝土重力坝静力性能研究

有限单元法计算混凝土重力坝的静力承载能力,得出重力坝的拉压应力和应变的变化情况及混凝土的开裂情况。计算结果表明应用有限元法模拟坝体的非线性混凝土材料以及复杂的边界条件和荷载组合情况,能更准确如实地反映重力坝的静力性能。     

黑河金盆水利枢纽大坝地基稳定性浅析

黑河金盆水利枢纽是一项以西安城市供水为主的大型水源工程,坝体为混凝土重力坝高坝.工程所处区域地质情况较为复杂,为保证工程安全,本文作者根据重力坝地基稳定性分析的有关原理,结合金盆工程实际,进行了坝体稳定性问题隐患分析,并有针对性地提出了解决措施,以供参考.