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.     

混凝土动力塑性损伤分析中的单元尺寸效应探讨

本文讨论了混凝土非线性分析中的单元尺寸效应,并基于断裂能和钝裂缝带模型提出把开裂应变作为开裂位移与积分点单元特征长度的函数,应用于塑性损伤模型中,保证了断裂能的唯一性,有效地消除混凝土塑性损伤分析中的单元尺寸效应。利用本文开发的有限元程序对混凝土单轴受拉和koyna重力坝地震损伤分析的实例计算表明,本文提出的方法是有效可行的。     

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。     

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。     

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。     

脉冲型地震作用下重力坝整体损伤破坏研究

已有研究表明,脉冲型地震动对结构抗震安全具有显著影响。目前,对脉冲型地震动作用下混凝土重力坝整体损伤特性则缺乏研究。基于Koyna重力坝工程实例,建立了能够合理反映坝体混凝土、坝基岩体动态损伤演化过程的多耦合仿真模型;从NGA-West2强震数据库中选取脉冲型和非脉冲型地震动记录,并比较分析了其反应谱特征;研究了脉冲型地震动作用下重力坝整体损伤演化规律,包括损伤区域、耗能特征和位移响应等。结果表明：脉冲型地震动对混凝土重力坝坝体和地基的整体损伤破坏有显著影响,能够引起重力坝体系较大的能量耗散和位移响应;地震动结束后,经受脉冲型地震动作用的重力坝坝头部分残余变形明显大于非脉冲型地震动,对坝体下部残余变形影响较小。     

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。     

基于混凝土损伤塑性模型的自然通风冷却塔非线性抗震分析

为了明确人字型支柱对自然通风冷却塔抗震性能的影响,基于混凝土损伤塑性模型运用通用有限元软件ABAQUS建立了三维实体模型,并考虑了构造配筋,进行地震波作用下的时程分析。通过对冷却塔抗震薄弱部位支柱部分节点拉伸损伤因子的输出统计进行分析,研究不同跨间距和不同支柱对数的人字型支柱对冷却塔结构抗震性能的影响。研究表明：对人字型支柱冷却塔,缩小跨间距有利于提高结构的抗震性能;在不考虑风阻等其他因素时,本研究所选塔型适当增多支柱对数有利于提高结构的抗震性能。     

深覆盖层土石坝三维有限元应力应变分析

采用邓肯张E—B非线性模型对某深覆盖层坝基上沥青混凝土心墙土石坝进行了三维有限元应力应变分析，采用无质量地基模拟坝基和山体对坝体沉降变形和应力的影响，给出了深覆盖层上坝体的应力和变形特点，特别是沥青混凝土心墙上的应力、位移分布特点，为大坝的安全设计提供理论依据。     

基于广义塑性模型的高面板堆石坝静、动力分析

考虑筑坝砂砾料的压力相关性,对广义塑性模型的弹性模量、加载塑性模量和卸载塑性模量进行了修改,并根据筑坝砂砾料静、动力试验确定了修改后的模型参数。采用修改后的广义塑性模型,进行了200m级砂砾石面板坝的有限元静、动力反应分析。计算结果表明：采用修改的广义塑性模型,可以直接得到坝体在地震荷载作用下发生的永久变形;弹塑性分析得到的大坝静力变形、动力反应和地震永久变形规律合理;合理考虑压力相关的广义塑性模型用于高面板坝静、动力有限元分析是可行的。     

温变效应对大体积混凝土结构的损伤开裂分析

根据大体积混凝土受载损伤开裂特性，本文提出了考虑外部温度变化效应的三维损伤开裂非线性有限元分析方法，给出按非线性有限元分析的混凝土裂缝宽度和限裂配筋的估算公式。并采用自行编制的三维有限元程序。     

混凝土细观力学模型研究:非均质影响

本文在改进的混凝土随机骨料生成技术的基础上,基于连续介质力学的方法,采用非线性损伤本构关系描述混凝土细观各相组成--骨料、砂浆与界面的性能,建立了随机骨料数值模型与相应的细观单元参数选取方法;在算法上,通过对比二维与三维有限元隐式和显式解法求解混凝土细观力学问题所需内存及CPU时间,表明基于有限元显式解法可有效地减少内存及机时的耗费.在此基础上,引入细观各相组分力学性能的Weibull概率统计分布以表征材料的非均质性,进行了系统的研究.结果表明,细观各相组分的非均质性对混凝土力学性能具有重要影响,主要表现特征为材料力学性能的离散性与强度差异性.     

基于改进接触界面模型的离散元复合断裂模拟

断裂过程区的合理表征对于混凝土和岩石等准脆性材料非线性损伤断裂的模拟具有重要意义。本文基于内聚力模型框架,对传统可变形体离散元方法中离散块体的接触界面模型进行改进,引入具有拉断性质的摩尔-库仑屈服面和BK复合能量演化准则,构建能够考虑单拉、拉剪与压剪响应区的非线性界面本构方程,并在分析模型中引入Voronoi镶嵌几何策略以克服断裂扩展路径对离散块体拓扑的依赖性。选择Galvez非对称三点弯梁试验对本文接触界面模型进行验证,计算和试验结果有较好的一致性,充分表明本文模型用于模拟I型和复合断裂问题的适用性。     

岩石流变损伤本构模型

将Kachanov蠕变损伤理论引入到常规粘塑性体中对其进行了改进,将改进后的粘塑性体与Poyting-Thom-SOil体进行串联,建立了一个岩石流变损伤模型,并利用砂岩蠕变试验结果对其进行了验证。结果表明：该模型能够较好的反映岩石蠕变全过程,且拟合结果和试验结果吻合的较为理想,从而也证明了其合理性。     

软弱岩体对西龙池上库1#副坝应力变形的影响分析

西龙池抽水蓄能电站上库1#副坝为沥青混凝土面板堆石坝,坝址地质地形复杂,有软弱岩层出露。本文采用E-B模型和Bursers粘弹性模型分别模拟堆石材料和沥青混凝土材料的应力应变关系,对该坝进行二维及三维应力变形有限元分析,计算结果较合理地揭示该坝在施工和蓄水过程中的受力和变形性状。本文对改善面板变形的两种软弱岩体开挖处理措施的效果作出了数值模拟和合理评价,为设计提供了参考。     

脉动压力作用下直埋式蜗壳非线性动力响应

直埋式蜗壳外围混凝土在内水压力作用下会产生损伤,并且在脉动压力作用下损伤有可能会发展,混凝土结构损伤必然对结构的抗振特性产生不利影响,本文在研究三峡水电站右岸15#机组采用直埋方案的可行性时,为了得到在脉动压力和损伤发展共同作用下该结构的动力响应,应用ABAQUS有限元软件,把非线性动力损伤的概念引入混凝土的本构模型,建立了相应的轴对称有限元动力损伤数值分析模型。计算结果表明：蜗壳采用直埋式方案对厂房抗振性能无明显不利影响,结构振动反应基本在允许范围内。     

地下埋藏式钢岔管三维有限元分析

结合某抽水蓄能电站的地下埋藏式钢衬钢筋混凝土岔管工程实例，采用Marc有限元软件，对钢岔管与围岩联合承载进行数值模拟。通过三维有限元线性和非线性计算，考虑了初始地应力、开挖支护引起的二次应力，以及钢衬与混凝土垫层间的初始缝隙对钢岔管受力和变形的影响，分析了岔洞开挖、支护及充水运行等工况下，钢衬、混凝土衬砌、围岩的应力和变形，得出了一些对工程有意义的结论。