拱坝抗曲折稳定再探

将大曲率圆弧深拱稳定理论引入到拱坝抗曲折稳定分析中,考虑了曲率和剪切变形对拱坝水平拱圈稳定的影响,给出了临界荷载的计算公式,并构造出无铰圆弧拱失稳时超越方程的一种高效的迭代格式解,提出了拱坝水平拱圈抗曲折系数的概念。通过对典型拱坝及失事拱坝进行抗曲折稳定校核,与实际工程十分吻合,得到如下结论:对于拱坝上半部分离坝顶不远处,拱圈容易发生整体曲折失稳,但因上部曲率和厚度较小,使曲率和剪切变形对水平拱圈稳定临界荷载的影响不大;对于拱坝下半部分不容易发生整体曲折失稳,但因下部曲率和厚度较大,曲率和剪切变形使水平拱圈抗曲折稳定临界荷载明显降低,而且剪切变形对拱圈稳定临界荷载的影响大于曲率的影响;坝体和坝肩岩体之间的连接越接近固支水平拱圈越稳定。该文结论对相关规范的制定有参考价值。     

基于拱梁分载法的高薄拱坝水平拱圈曲折稳定评价

该文针对深山峡谷中高拱坝半径较小且截面尺寸较大, 曲率和剪切变形对临界荷载的影响较为明显的特点, 基于大曲率深拱问题在拱坝中应用的理论和经典的拱梁分载理论, 对《拱坝抗曲折稳定分析再探》中的算例重新校核, 重新定义拱坝水平拱圈的抗曲折稳定系数, 并结合柔度系数绘制两者关系曲线, 更直观的判定水平拱圈的稳定性。结果表明:对于拱坝的中上部, 拱圈起主要承载作用, 拱圈的稳定性较弱, 曲率和剪切变形的影响不明显, 容易发生失稳, 故在校核稳定时应当给予重视;对于中下部, 拱圈的稳定性较强, 但剪切与曲率的影响较为明显, 并且剪切变形的影响大于曲率的影响;高拱坝的柔度系数越大则拱圈曲折失稳范围越大, 柔度系数为10时坝高全范围拱圈将不曲折失稳。     

外接触爆炸荷载作用下大口径钢管变形与破坏效应的数值模拟

摘 要：基于动力有限元程序LS-DYNA及Lagrangian-Eulerian耦合方法,对大口径钢管在凝聚态炸药外接触爆炸载荷作用下的非线性动态响应过程进行数值模拟,描述了管道的变形情况、破坏过程以及管道内部应力的发展过程,分析了炸药质量、管道壁厚等因素对钢管破坏效应的影响。并在相同的条件下进行了实验研究,计算结果与实验数据具有较好的一致性。研究表明,小质量炸药爆炸后在装药与钢管接触处产生凹坑、鼓包及层裂等破坏效应;而较大质量炸药爆炸后在其爆破部位发生剪切破坏产生类似弹丸的破片,破片具有较大的动能,能够击穿另一侧管壁。研究结果可应用于管道结构在接触爆炸作用下的毁伤或防护方面的预测,从而为管道的安全防护设计提供理论依据。     

考虑初始应力的混凝土重力坝水下爆炸毁伤特性研究EI北大核心CSCD

水下爆炸冲击荷载由于持续时间短、峰值大,对大坝结构的冲击毁伤破坏往往在短时间内完成,故已有的大坝抗爆防护研究中均忽略了大坝初始应力的影响。采用显隐转换技术,实现了大坝初始应力状态从隐式静力分析到显式动力分析的平稳过渡;通过建立考虑初始应力的混凝土重力坝水下接触和非接触爆炸全耦合模型,分析了不同初始应力状态下大坝动态响应特性,分别探讨了重力和静水压力等初始应力对混凝土重力坝水下爆炸毁伤特性的影响,给出了考虑初始应力状态后的大坝水下接触和非接触爆炸毁伤破坏模式。研究结果表明:初始应力会加重坝身冲切破坏,而减轻上游坝面爆炸成坑破坏和坝踵拉伸破坏。     

一种提高管片隧道衬砌结构抗内爆炸性能的工程措施研究

地铁等城市隧道是恐怖爆炸袭击的主要目标之一。盾构管片隧道由不同类型的预制混凝土管片通过接头处的紧固螺栓拼装而成的。由于接头的存在,与整体式衬砌结构相比,其整体刚度和承载水平比较弱,变形和破坏机理与整体式衬砌结构不同。考虑内爆炸的恐怖袭击条件,目前关于管片隧道衬砌结构抗内爆炸的研究成果很少。从分析全尺寸管片内爆炸试验结果入手,分析了内爆炸荷载作用下管片衬砌结构变形和破坏规律,梳理出控制衬砌结构破坏的关键因素和关键位置,提出一种在接头螺栓处添加柔性垫圈来降低与螺栓接触区域管片的破坏程度的方法,以期达到优化衬砌结构抗内爆炸性能的目的。最后采用数值模拟方法,对所提出了抗爆减爆工程措施进行了分析研究。结果表明,该方法可以有效减小管环在接头处的局部破坏,提高管片衬砌的抗内爆炸性能。     

室内爆炸与火灾联合作用下约束钢柱损伤评估

结构体系提供的约束刚度和附加质量会显著影响钢柱在爆炸下的动力响应,同时火灾下结构对热膨胀的约束会导致钢柱内产生附加轴力,受力特性与无约束柱明显不同。采用引入损伤的Johnson-Cock强度模型分析了约束钢柱在室内爆炸荷载作用下的损伤情况,建立了评估约束钢柱在爆炸与火灾联合作用下破坏情况的压力-冲量-时间曲面图及表达式。为了说明结构约束的影响,将计算结果与无约束钢柱在爆炸与火灾联合作用下的破坏时间进行对比,并进一步分析了超压时程曲线形状、约束刚度及钢柱几何尺寸对P-I-t曲面图的影响。结果表明,当爆炸荷载强度较小时,约束钢柱的破坏时间早于无约束钢柱,当爆炸荷载强度较大时,约束钢柱的破坏时间晚于无约束钢柱;超压时程曲线形状参数越大,约束钢柱在爆炸作用下越易破坏;约束刚度对钢柱在爆炸与火灾联合作用下的破坏时间基本无影响;当爆炸损伤较小时,钢柱壁厚对破坏时间影响很小,当爆炸损伤较大时,钢柱壁厚度越大,钢柱越易破坏,但在压力-冲量-时间空间中,仍为壁厚越小、柱高越高的钢柱越易破坏。     

钢板夹钢管组合板抗接触爆炸性能研究

鉴于钢管良好的变形能力、吸能特性和夹层结构在强度、刚度上的优势,提出了分层结构为钢板-钢管芯层-钢板的三明治型抗爆组合板。对芯层钢管数量为5根、4根、3根的组合板进行了TNT装药量为1kg的接触爆炸试验,考察了各板在承受接触爆炸冲击荷载时的变形及破坏情况,并对变形破坏过程进行了理论分析和数值模拟。研究表明,钢板夹钢管组合板承受接触爆炸冲击荷载时,主要发生局部压缩变形。钢管变形是组合板耗散能量的主要途径。增加钢管数量,增大钢板厚度,增大钢管管壁厚度,均可减小组合板在接触爆炸条件下的变形破坏,提高抗接触爆炸性能。     

锦屏一级高拱坝大垫座稳定性研究

针对锦屏高拱坝155m高特大垫座,采用多重网格法,对垫座的可能滑动面进行搜索,分别计算滑块1―滑块12在分期填筑、正常蓄水位等工况下的抗滑安全系数Ks。计算结果表明:垫座分期填筑时,抗滑安全系数Ks的变化范围为1.71―2.33;正常蓄水位时,由于拱肩推力作用,垫座抗滑安全系数Ks有所提高,抗滑安全系数上升为1.91―2.65,满足稳定性要求。     

近爆作用下钢筋混凝土板动态破坏的数值模拟研究

当爆炸在结构构件表面发生时,产生的冲击波将会对结构构件造成损伤和破坏,而准确预测潜在的爆炸对结构构件造成的损伤是进行重要建筑物和防护结构抗爆设计的基础。为研究近爆作用下钢筋混凝土板的抗爆性能,采用AUTODYN软件建立了混凝土和钢筋的三维分离式实体模型,数值模型考虑了应变率对钢筋和混凝土材料动力本构特性的影响以及炸药-空气-结构之间的流固耦合相互作用,分析了不同炸药量作用下钢筋混凝土板的损伤机理和破坏特征,合理展现了钢筋混凝土板从混凝土开裂、碎片形成、部分钢筋屈服断裂到板局部震塌的动态演变过程。随着炸药量的增大,钢筋混凝土板的破坏模式逐渐由整体弯曲破坏转变为局部的冲切破坏     

垫座及扩大基础对高拱坝抗震性能的影响分析

拱坝的抗震薄弱环节包括坝踵、坝肩等部位,针对不良地形、地质条件采用的扩大基础等基础处理措施对高拱坝地震动响应和损伤破坏的影响,采用地震动逐级加载的动力分析法研究了坝顶节点和拱冠梁节点的顺河向位移、横缝开度以及坝体损伤体积比等地震动响应随地震动超载的变化规律。结果表明,所采取的扩大基础等处理措施尽管会加大边缝的张开度,但对拱坝整体抗震性能是有利的,可以有效的降低坝面的损伤破坏程度和范围,结果对类似工程具有参考意义。     

Failure analysis method of concrete arch dam based on elastic strain energy criterion

The arch dam is a type of massive water-retaining structure made of concrete. The overall failure mechanism and corresponding analysis criterion are key issues of concern in the dam engineering field. In this paper, the energy evolution of arch dams in the failure process is studied first, which can be decomposed as energy dissipation accompanied by concrete damage and elastic strain energy absorption and release during elastic deformation. An evaluation criterion for failure analysis of concrete arch dams is then established based on elastic strain energy. An orthotropic damage constitutive model for dam concrete is then proposed along with its numerical simulation method, which is established for structural failure analysis. Numerical simulations show that the elastic strain energy in elements increases with increasing overload safety coefficient and finally converges to the concrete material surface energy, at which time the locally plastic damage area develops rapidly and finally leads to cracking failure of structures. The proposed failure analysis criterion for concrete dams under integrated loads is suitable for analyzing dam instability failure, which has great operability and value in engineering applications in the future.     

基于多个响应量的拱坝地震易损性分析

以白鹤滩拱坝为研究对象,选取成组强震记录,同时考虑地震动和材料的不确定性,采用增量法对白鹤滩拱坝进行了地震易损性分析。统计连续调幅地震动作用下拱坝损伤破坏过程,直观的划分了拱坝地震破坏等级,确定了拱冠位移、横缝开度和损伤体积比这三个响应量在各破坏等级间的界限值,从而可通过这三个响应量定量描述拱坝的破坏等级。通过拟合增量动力分析结果,分别建立了三个响应量的概率地震需求模型,进而求得地震易损性曲线,并综合比较了不同破坏等级下基于三个响应量的易损性曲线,全面反映了拱坝易损性。利用易损性曲线可以预测不同强度地震作用下拱坝达到各级破坏的概率,为基于性能的拱坝抗震安全评价提供了理论依据。     

重力坝水下接触爆炸的数值分析

采用显式程序AUTODYN中的Euler-Lagrange耦合算法模拟混凝土重力坝水下接触爆炸。研究在不同炸点的水下接触爆炸荷载作用下大坝的动力响应以及损伤裂纹分布特点。针对上述特点采用泡沫铝作为抗爆材料,研究了泡沫铝的抗爆效果。研究结果表明:采用泡沫铝作为大坝水下爆炸抗爆材料能大幅降低爆炸冲击波幅值,减小大坝的动力响应,同时能减小爆炸对坝体产生损伤及裂纹分布范围,具有良好的抗爆性能。     

常规面板堆石坝坝前水下防爆距离的确定和影响因素

鉴于混凝土面板堆石坝较弱的抗爆性能,确定合理的坝前水下防爆距离,为坝前水下反恐安全防护设计和预警监测范围提供参考是必要的。选取常规100m级高的面板堆石坝作为分析对象,借助有限元程序Abaqus/Explicit,采用声学介质描述库水,采用大坝-地基-库水系统有限元模型,主要考虑坝前不同距离发生10kg TNT当量水下爆炸,研究混凝土面板的损伤破坏情况及其影响因素。计算结果表明：堆石体变形模量Er、面板竖缝和周边缝摩擦系数fj、面板与堆石体之间摩擦系数fb等三个参数在常规范围内取值不会对最终面板破坏的预测产生质的影响。得到结论：坝前水下防爆距离Dp定为200m是合适的。     

基于块体砌筑技术的大岗山高拱坝地质力学模型试验研究

地质力学模型试验因能真实地模拟复杂地质构造,直观地反映破坏过程而成为研究地基及其上部结构稳定性和安全性的重要方法,广泛应用于高拱坝整体稳定和加固分析。采用块体砌筑技术不仅可以模拟裂隙岩体的变形和强度,而且能模拟坝基不连续结构面、坝体构造以及加固措施。将块体砌筑技术应用于基础处理的大岗山拱坝地质力学模型试验,结合加载和测量监测设备,得到拱坝坝体位移和应力的分布规律、坝体和坝基岩体的破坏机理及破坏过程。采用3个特征超载安全系数K₁ (起裂安全系数),K₂ (非线性变形安全系数)和K₃ (破坏安全系数)对大岗山拱坝整体稳定性进行了评价。通过与国内主要高拱坝模型试验的稳定性结果对比分析,说明大岗山拱坝整体稳定性和安全性均较高。通过与基础未处理的大岗山拱坝模型试验结果对比分析,说明基础处理措施具有明显的加固效果。     

Damage prediction of concrete gravity dams subjected to underwater explosion shock loading

The damage prediction of concrete gravity dams under blast loads has gained importance in recent years due to the great number of accidental events and terrorist bombing attacks that affected engineering safety. It has long been known that an underwater explosion can cause significantly more damage to the targets in water than the same amount of explosive in air. While the physical processes during an underwater explosion and the subsequent response of structures are extremely complex, which involve lots of complex issues such as the explosion, shock wave propagation, shock wave-structure interaction and structural response. Hence a sophisticated numerical model for the loading and material responses would be required to enable more realistic reproduction of the underlying physical processes. In this paper, a fully coupled numerical approach with combined Lagrangian and Eulerian methods, incorporating the explosion processes, is performed. The RHT (Riedel–Hiermaier–Thoma) model including the strain rate effect is employed to model the concrete material behavior subjected to blast loading. Detailed numerical simulation and analysis of a typical concrete gravity dam subjected to underwater explosion are presented in this study. In terms of different TNT charge weights, the structural response and damage characteristics of the dam at different standoff distances are investigated. Based on the numerical results, critical curves related to different damage levels are derived.     

老旧砌石拱坝的结构安全度研究

依据现行《砌石坝设计规范》(SL25—2006)的坝体拉压应力的控制准则去评估砌体胶凝材料已老化劣化的小型砌石拱坝的结构安全度,往往无法得出符合定性判断的结论,因此须研究新的分析和评估方法.基于非线性多拱梁法,采用ADAO(arch dam analysis and optimization,拱坝分析与优化)软件模拟分...     

基于改进云图法的高土石坝抗震可靠度分析

高土石坝抗震可靠度研究对大坝抗震防灾和震害风险研究具有重要意义。通过考虑地震动和筑坝料参数双重随机性,建立基于地震易损性和地震峰值加速度概率密度函数的高土石坝抗震可靠度模型,为研究不同设计使用年限的高土石坝抗震可靠度提供依据。通过拉丁抽样方法选取筑坝料参数样本并与选择地震动组合成样本对,选取坝顶相对震陷率作为性能参数,提出考虑抗震设防标准的高土石坝性能水平了;采用SWANDYNE Ⅱ程序进行动力计算,并根据改进云图法得到不同地震峰值加速度下坝顶相对震陷率的地震易损性三维曲面;结合糯扎渡高土石坝不同设计年限的概率分布函数与地震易损性曲面,确定不同设计年限失效概率和抗震可靠度。分析结果表明:随着设计使用年限增加,大坝各个性能水平可靠度不断减小,对于严重破坏状态下不同设计年限可靠度均能满足《水利水电工程结构可靠性设计统一标准》规范要求,说明糯扎渡高土石坝在变形方面抗震设计是合理的。     

基于LSSVM的重力坝地震稳定易损性分析

提出了一种基于最小二乘支持向量机的易损性分析方法,将有限元数值计算的结果作为学习样本,建立最小二乘支持向量机模型,进而进行Monte Carlo仿真,获得结构的易损性曲线,在保证计算精度的同时,提高了计算效率。采用该方法对某重力坝挡水坝段进行了动力稳定易损性分析,并对主要参数进行了敏感性分析。结果表明,该坝段能够保证设计地震作用下的动力抗滑稳定性,且有较大的安全裕度。     

浆砌块石拱坝爆破振动响应有限元时程分析

浆砌块石拱坝的振动效应具有砌体结构和拱形结构的双重特征,通过振动速度和频率判据来评价大坝的安全性有一定局限性.通过引入混凝土损伤塑性模型,同时考虑拱坝的固有特性及振动持时,采用实测振动速度作为边界条件输入的方法,对爆破振动影响下的浆砌块石拱坝进行有限元时程分析,研究了大坝在爆破振动作用下的位移和损伤特性,为类似工程的安...