基于响应面理论的高拱坝模型修正损伤识别研究

本文以二滩拱坝为工程背景,利用基于响应面理论的模型修正方法进行了结构损伤识别分析。分析过程中,将坝体合理分成若干子区域,以子区域的弹性模量折减来指示损伤,根据坝面节点灵敏度及响应面精度选择合理的测点。建立合适的响应面模型来反映坝体的动力特性与损伤变量之间的非线性关系,最后采用遗传算法进行优化计算。响应面方法的引入避免了损伤识别过程中反复调用有限元计算程序,提高了计算效率;同时提出基于坝体多次测量数据下的损伤识别方法,以提高算法的抗噪性。数值计算结果表明,本文提出的方法能有效应用于高拱坝损伤识别。     

超强地震作用下高拱坝损伤开裂行为研究

本文综合应用塑性-损伤耦合模型和接触边界方法,模拟拱坝坝体开裂与横缝开合行为,然后基于有限元仿真方法,分析某高拱坝的强震开裂行为。通过不同温度荷载工况的比较分析,研究温度荷载对拱坝非线性动力响应的影响。计算结果显示：在强震作用下,拱坝下游坝面损伤开裂出现在坝体中上部,而上游坝面损伤集中于坝基交界面附近,同时裂缝张开位移幅值较大,扩展深度较深,严重威胁拱坝整体安全。计算结果还表明：施加不同的温度荷载,拱坝的静力变形不同,导致强震作用下拱坝的横缝张开位移、坝体开裂区域、裂缝张开位移等动力响应存在显著差异。     

混凝土材料非线性对拱坝抗震安全评定的影响研究

研究地震激励下混凝土材料非线性的动力行为,建立模拟地震激励下大坝非线性动力损伤的理论与方法,对于大坝抗震安全评定具有重要意义.本文以小湾拱坝为例,引入损伤因子,利用塑性损伤模型来模拟拱坝的材料非线性行为.对拱坝坝体上、下游最大主应力、坝体位移、裂缝开展范围及坝体超载安全系数几方面进行研究分析,结果表明坝体材料非线性对坝体动力响应影响显著,塑性损伤模型比线弹性模型能更好地模拟坝体在地震激励下实际的受力行为、变形和损伤程度.从而,本文进一步揭示拱坝动力损伤灾变机理,为进行大坝抗震安全评定与设计提供理论基础.     

拱坝孔口地震反应分析的有限元子模型方法

在高拱坝地震反应的整体有限元分析中,由于计算规模的限制,通常难以准确模拟孔口等细部构造的影响。针对这一问题,本文研究了拱坝孔口地震反应分析的有限元子模型方法。以带横缝非线性拱坝为研究对象,分析了子模型计算的网格加密方式,线弹性材料情况下孔口局部区域的应力分布,以及非线性材料情况下孔口区域的损伤开裂情况。分析结果表明,加密的子模型与整体模型相应位置的计算结果吻合良好,子模型方法可以反映孔口细部结构的应力应变变化以及损伤分布特性,为高拱坝细部结构的动力反应分析提供了一种高效手段。     

二滩拱坝及坝基材料参数反馈分析

本文采用有限元方法,对二滩拱坝坝体及其基岩弹性模量进行反馈分析。反馈分析中主要以二滩拱坝的垂线观测资料作为比较对象,通过不断调整坝体混凝土各个分区以及地基不同类型岩石的弹模取值,使有限元模型计算的坝体位移与实测位移尽可能接近,得到了一组合理的坝体和基岩弹模参数,并对坝体变位分布规律进行了分析。     

溪洛渡拱坝模态参数识别

随着一系列高拱坝在西南地区兴建,坝体的健康状况及其真实的抗震性能成为近年来研究的热点。模态参数反映坝体结构的动态特性,可用于评估坝体的健康状况及更新坝体抗震分析有限元模型。本文基于永善县两次地震记录和环境激励数据,分别采用带外源输入的自回归（ARX）模型、随机子空间法（SSI）和频域分解法（FDD）,识别溪洛渡拱坝的模态参数。结果显示,在相同工况下,不同算法识别结果的差异较小;当水位一致时,基于环境激励数据识别结果与基于地震记录识别结果基本一致,当库水水位从566 m变化到598 m时,坝体第一阶自振频率从1.63 Hz减小到1.51 Hz;地震前后识别结果基本一致,表明溪洛渡拱坝在经历两次地震作用后,坝体振动特性不变,坝体处于正常运行状态。     

乌东德拱坝非线性地震反应分析

本文在计入坝、地基和库水动力相互作用的情况下,用LDDA(拉格朗日不连续变形分析)模拟拱坝横缝,粘弹性边界为吸能边界的拱坝地震输入模型计算乌东德拱坝非线性地震反应,研究无限地基辐射阻尼和拱坝横缝对坝体反应的影响,分析乌东德拱坝的静动力响应和拱坝横缝在地震作用下的张开情况,并将其计算成果与基于人工透射边界的时域显式有限元方法进行了比较分析.     

等效三维一致黏弹性边界单元及其在拱坝抗震分析中的应用

基于大型结构分析软件ADINA,提出了等效三维一致黏弹性人工边界单元以及在该边界上实现波动输入的方法和技术.将其应用于国内某高拱坝的坝体.地基-库水系统的地震反应分析,研究大坝在三向地震荷载作用下的动力响应,并与传统无质_垦地基模型的计算结果进行对比.结果表明地基辐射阻尼有效降低了坝体的地震响应,该方法应用方便且具有良好的计算精度和稳定性.     

大岗山和溪洛渡高拱坝强地震损伤比较分析

采用损伤力学方法对大岗山抛物线型双曲高拱坝进行了强地震损伤破坏分析,获得了大坝的破坏状态和趋势,通过和大连理工大学抗震研究所对该坝模型的试验结果对比.验证了分析的合理性.为研究其他同类型高拱坝在相同强震下的破损响应,选取了溪洛渡高坝进行分析.借鉴大岗山高坝模型破坏试验和数值分析结果,对比分析获得了溪洛渡大坝的合理破坏趋势.研究获得两座高坝的损伤破坏模式和率性对坝体混凝土动强度的影响,分析结果可有效判断大坝的工作性态和了解大坝的抗震安全性能.本文工作为实际类似高拱坝设计、分析及安全评价提供了依据.     

小湾高拱坝上游坝踵人工短缝设置效果的深入分析

在已有研究成果的基础上,对小湾高拱坝坝踵附近人工短缝的设置效果进行全面、深入分析。采用无厚度的接触单元模拟人工短缝的工作性态,坝体混凝土本构模型采用单轴等效拉伸软化模型,分别采用整体模型和子模型对不同人工短缝设置高程、不同的缝内水压力进行了比较分析。从运行期的整体仿真计算结果来看,小湾拱坝设上游人工短缝后,坝踵应力可以得到较大的改善,且对坝体的整体性影响较小。为了更加合理地评价高拱坝人工短缝设置的效果,建议同时考虑施工期和运行期的荷载进行综合分析计算,为小湾拱坝人工短缝的设计提供科学依据。     

拱坝横缝非线性动力响应的模型试验和计算分析

本文采用脆性材料（重晶石膨润土混合料）制作的拱坝模型来研究拱坝横缝的非线性动力响应，通过振动台输入谐波和地震波对械模型拱坝进行动力试验，并运用拱坝非线性分析有限元程序ADPD-88来进行计算比较，试验结果验证了数值模型的可行性，揭示了带横缝拱坝在地震荷载作用下的反应规律。此外，本文对运用有限元程序来计算拱坝横缝地震非线性反应提出了若干建议。     

强震作用下高拱坝损伤开裂研究

本文基于混凝土的力学特性,建立能够反映混凝土动态情况的多轴损伤开裂模型。以等效三维一致粘弹性边界反映远域地基辐射阻尼效应,采用Mohr-Coulomb材料模型模拟坝基裂隙岩体在地震作用下的力学行为,运用非线性地震波动分析方法研究国内某拱坝在强震作用下的损伤开裂过程。通过对大坝的损伤程度以及坝体上、下游面的最大拉应力进行分析,给出大坝的抗震薄弱部位,并对其抗震安全性进行了评价。研究揭示拱坝动力损伤灾变机理,为高拱坝抗震安全评价提供一种分析途径。     

基于增量位移模式的施工期坝基综合变模反分析

本文从实用角度出发,论述利用大型通用软件MSC.Marc及其用户子程序实现初始地应力场施加的方法,在此基础上模拟坝基岩体的开挖;考虑到开挖施工过程的影响,提出基于增量位移模式的加权逆解反分析计算方法;以小湾拱坝为工程实例,建立模拟坝基开挖的有限元模型,反演该坝基综合变形模量,获得坝基的初始变形场,为后期模拟小湾坝体浇筑加载过程奠定基础;最后还与遗传优化算法计算结果作了对比。计算结果表明,文中提出的方法方便简洁,结果合理,具有较强的实用性。     

基于虚拟裂缝模型的带横缝高拱坝的抗震性能研究

针对国内某高拱坝,基于Hillerborg断裂力学理论的混凝土本构模型,采用constraint-function的接触算法,考虑大坝的横缝和诱导缝,建立三维坝体-地基动力相互作用分析模型。选取不同地震波,对模型进行非线性动力时程分析,研究地震过程中混凝土坝体拉-压交替的受力规律以及动力损伤的开裂过程,分析横缝和诱导缝在地震中开合往复的工作性态。研究方法和研究成果对评价高拱坝的抗震性能提供一种有效的方法。     

不同横缝接触与库水模型对拱坝动力反应的影响

本文基于有限元非线性动接触模型，对拱坝横缝非线性动力响应进行研究，重点讨论：(1)拱坝横缝键槽对限制缝面切向滑移的不同程度约束对反应的影响；(2)分别采用Westergard模型和不可压缩流体有限元模型考虑上游库水对坝面的动压力作用，比较分析了上述不同水库模型对拱坝在地震作用下横缝开度响应分布的影响。计算结果表明：(1)考虑键槽对横缝两侧施加完全切向约束条件对降低拱坝两岸的横缝开度幅值有重要的意义；(2)相比流体有限元模型，基于Westergaard动水压力公式计算得靠近两岸坝肩部位横缝开度响应有一定程度偏大，这一结论已被前人试验成果所证实。     

地震作用下重力坝动水压力的高精度时域公式

提出一种计算直立坝面上地震动水压力的高精度时域公式,与坝体有限元模型结合用于考虑坝-水动力相互作用,避免半无限库水区域的数值模拟。在频域内,基于库水区域分离变量解析解和坝-水交界面条件推导精确的坝面动水力-坝面绝对水平运动关系,之后利用作者已经提出的时间卷积局部化方法将该关系转化为含有辅助变量的高阶精度时域公式。该公式的时空离散形式与坝体有限元模型的耦合方程,可以采用显式时间积分方法求解。为了能够利用商用有限元平台分析非线性坝体-库水动力相互作用问题,在ABAQUS有限元软件中通过UEL用户单元子程序二次开发实现了提出的动水力公式,公式用户单元在有限元建模阶段与坝体有限元模型无缝结合,后续动力计算过程中无须重启动等任何特别处理。刚性坝面地震动水压力分析表明,提出公式的计算结果稳定,并与解析解较好吻合;之后将该公式应用于Koyna重力坝地震反应分析。     

混凝土重力坝抗震配筋加固措施的效果研究

混凝土坝遭遇强烈地震导致坝体严重受损已有先例.工程界建议布置坝面钢筋以提高坝体抗震性能.基于此,本文应用嵌入式滑移模型和钢筋刚化模型模拟混凝土重力坝配筋前后的地震动力响应,据此评价坝面配筋措施的抗震效果.计算结果显示,配筋前后结构整体响应基本一致,但布置坝面钢筋后坝体裂缝由集中裂缝分散为多条裂缝,裂缝张开位移和扩展深度较配筋前减小;此外,钢筋滑移对坝体裂缝分布形态也有一定影响.研究表明:配置坝面钢筋对限制与分散混凝土开裂将起到一定的作用,有助于提高混凝土坝抗震性能.     

白鹤滩首蓄期变形预测混合模型方法北大核心CSCD

首蓄期准确预测坝体变形,合理安排蓄水计划对于特高拱坝安全进入运行期具有重要意义。为解决特高拱坝首蓄期坝体变形预测较难的问题,本文提出了一种特高拱坝首蓄期坝体变形预测混合模型方法,并结合白鹤滩特高拱坝首蓄期坝体变形监测资料进行工程实例验证。该模型结合白鹤滩特高拱坝首蓄期三阶段蓄水计划的背景,结合三个蓄水目标下白鹤滩拱坝拱冠梁坝段正垂测点的监测数据量大小,在首蓄期初期采用多元回归模型,在首蓄期中后期对PLdb18-2到PLdb18-6五个测点采用优化的LSTM模型,对于坝顶的PLdb18-1采用多元回归模型。本文针对混合模型及全过程采用单一模型的预测结果和实测结果进行对比,本文提出的混合模型方法精度最高,误差率不超过4%,且具有较好鲁棒性。     

频率非平稳对大岗山拱坝非线性响应的影响

本文以大岗山拱坝为例,研究频率非平稳特性对坝体非线性响应的影响。选择不同的实际地震动时程作为计算输入,通过研究这些时程的时频特性,确定对坝体非线性响应影响较显著的一些因素。尽量统一可能对坝体非线性响应产生影响的其它时程特性,使得频率非平稳特性成为唯一或少量影响因素之一,从而最大限度地考虑频率非平稳的作用。结果显示,渐进谱峰值结合渐进谱的分布形式可以较好解释大岗山拱坝的非线性计算结果。     

基于耐震时程法的高拱坝地震易损性分析

基于耐震时程分析方法（ETA）,建立了三维坝体-库水-地基动力相互作用模型,进行高拱坝抗震性能评价。以基于目标反应谱合成的10条耐震加速度时程曲线为地震输入,选取坝体损伤体积比、坝顶坝踵顺河向相对位移和拱冠梁横缝开度作为结构性能指标,通过对结构不同性能水准的定义,建立了极限状态与结构性能指标之间的关系,以此为基础绘制易损性曲线。结果表明：随着耐震时程输入时间的增加,拱坝的各项响应值随之增大,不同响应指标对地震强度的敏感性不同,且ETA法与增量动力分析法（IDA）得到的响应结果基本一致,在同一性能水平下采用不同评价指标时对应的超越概率也不相同。因此,在进行结构的抗震性能评价时应综合考虑不同结构响应指标,选取不同性能下超越概率最大的结构响应指标进行分析。