双江口心墙堆石坝三维动力分析及模型试验验证

介绍世界上最高的心墙堆石坝——双江口大坝的振动台模型试验,并利用等效线性方法对模型坝进行三维动力有限元分析,得到坝体加速度放大倍数沿坝高、坝轴线和顺河向的分布规律,并验证了利用等效线性方法进行堆石坝的动力分析是基本可行的。但是有限元难以准确模拟下游松散边坡的表面放大效应,可能导致计算结果偏小,且地震动输入较大时,等效线性方法计算结果误差较大。根据原型坝的数值分析可知,原型坝加速度反应的总体规律计算值与试验值大致相同,利用模型试验相似率推算的原型坝自振频率也与计算值相差不大。说明利用振动台模型试验研究高堆石坝的动力特性和动力反应有重要参考价值。     

双江口心墙堆石坝振动台模型试验研究

通过振动台模型试验,得到了双江口心墙堆石坝的自振频率、阻尼比和振型等动力特性参数,研究了坝体地震加速度反应和残余变形等分布规律,这些成果可供大坝抗震设计参考使用,对其他工程亦有一定的参考价值,也是验证和改进地震动力反应方法和计算程序的基本资料.本文详细介绍振动台模型试验概况,包括模型设计、模型制作、加速度传感器埋设、表面位移测点布置和试验方案等情况.     

双江口心墙堆石坝动力特性的振动台模型试验研究

本文通过进行不同地震动输入的振动台模型试验,研究模型坝的动力特性及其变化规律,并通过土石坝振动台模型试验相似率推算了原型坝的动力特性.研究表明:(1)对于一次振动,模型坝各测点所得自振频率及阻尼比基本一致,表明坝体具有大致固定的振型;(2)随台面激励峰值加速度的增大,自振频率明显降低,而阻尼比增大;(3)自振频率及阻尼...     

地震作用下的两河口高土石坝地震残余变形和破坏振动台模型试验研究

由于目前高土石坝强震记录资料缺乏和其它试验技术的局限性,土石坝的地震模拟振动台模型试验仍是当前研究大坝结构地震残余变形特性和破坏机理的重要手段.本文利用大型振动台模型试验,研究两河口高土石坝模型坝的地震残余变形特性和在强烈地震作用下的破坏过程和状态,并类推分析原型高土石坝的地震残余变形规律和动力破坏模式.试验结果表明:地震作用下,心墙堆石坝的地震残余变形相对较小;坝体动力破坏的形式主要是河谷段、靠近坝顶坝坡的散粒体滑移和浅层滑动;多维地震动,对坝体的地震残余变形控制和动力稳定不利.基于试验结果和分析,建议在高土石坝抗震设计中,加强对河床坝段坝顶区的保护.     

双江口心墙堆石坝地震加速度反应的振动台模型试验研究

本文通过不同地震波输入的振动台模型试验,得到模型坝的加速度分布资料,研究测点位置、台面地震波强度、地震波类型、多向输入、先期振动和蓄水等因素对加速度放大倍数分布的影响.研究表明:(1)坝体地震动加速度反应在河谷坝段最为强烈,且随所处坝体部位高度的增加而增强;(2)对相同高程上各点,以中心线坝体测点加速度反应最小,上、下...     

满足相似条件的混凝土重力坝振动台试验方法研究

本文以某拟定高混凝土重力坝工程挡水坝段为研究对象,进行了坝体库水压力模拟的大型振动台动力模型试验。为解决坝体动力模型破坏试验中,库水材料只能选择液体水导致坝体模型材料密度比尺难以改变的限制,通过弹簧系统及附加质量模拟坝体的库水压力,满足坝体模型材料密度比尺变化的要求,从而使模型试验效果更佳。通过多组坝段模型的试验对比研究发现:本模拟方法可以有效模拟库水压力,可满足密度比尺的限制,方便可调;在模拟地震响应中,满库与空库坝段的动力特性有着明显不同;空库坝段与满库坝段模型的破坏特征也有明显区别。     

采用挤压式边墙结构的面板堆石坝的动力反应分析

本文通过数值模拟方法研究采用挤压式边墙结构的面板堆石坝的地震动力反应;选取沈珠江等效粘弹性动力模型及其残余变形模式模拟坝料的动力特性,通过挤压式边墙概化数值模型描述挤压式边墙结构的静动力特性,对高烈度条件下采用挤压式边墙结构的公伯峡面板堆石坝进行了地震动力反应分析;计算了这一采用新型结构的大坝的坝体和面板的动力响应,包括坝体的动变形和残余变形、面板的应力变形和周边缝变位情况等。     

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。     

基于反应谱法的重力坝有限元等效动应力响应分析

提出了由有限元法得到的振型求船振型内力及振型等效应力,并根据反应谱法理论求解重力坝等效动应力响应的分析方法.本文对四个在建或拟建的重力坝,用悬臂梁反应谱法和有限元等效应力法分别进行了计算,比较了坝体几个典型部位等效动应力响应.结果表明,在坝体体型有突变的地方,有限元等效应力法相较悬臂梁法所得值有明显的增高,更敏锐的反映出了应力集中对坝体垂直动应力的影响.本文提出的方法简单易行,比悬臂梁反应谱法更能反映坝体体型的影响.     

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.     

考虑温度荷载的丹江口大坝非线性地震反应分析

在目前的规范中,混凝土重力坝地震分析时是不须要考虑温度荷载的,但对于丹江口大坝加高工程,众多的研究及现场的监测数据表明,丹江口大坝新老混凝土结合面开裂主要是由于温度应力引起的。为更为详实地反映大坝的实际情况,在考虑温度荷载和新老混凝土结合面开裂状态的基础上,对丹江口大坝进行了非线性地震反应分析。     

考虑持时的高沥青混凝土心墙坝抗震性能评价

现行水工抗震设计规范中关于强震特性中的幅值和频谱均有明确规定,而强震持时特性对高性能水工结构地震反应的影响至今尚未被纳入规范中。目前衡量强震持时特性的定义方式较多,但多数情况下仅考虑单方向地震动持续时间,低估了多方向强震持时特性对高性能水工结构地震反应的影响。鉴于上述原因,本文以西部大石门高沥青混凝土心墙砂砾石坝为例,建立“大坝-宏观库水-坝基”动态耦合分析系统,基于能够考虑多方向强震持时特性的综合持时指标,通过增量动力分析（IDA）法探究短持时和长持时地震对高沥青混凝土心墙砂砾石坝抗震性能的影响。采用坝顶相对震陷率作为抗震性能的评价指标,给出了高沥青混凝土心墙砂砾石坝的性能水平划分等级,得到了考虑地震动综合持时特性的大坝地震易损性概率曲线。结果表明：地震动综合持时特性对大坝不同性能水平的破坏概率影响显著;当地震动强度相同时,长持时地震动作用下大坝的破坏概率均大于短持时地震动作用。     

拱坝随机振动响应的概率分析及抗震安全评价

本文介绍如何利用反应谱方法对结构动力响应做概率分析,并用Monte-Carlo方法进行验证,结果表明两种方法结果一致。应用反应谱方法对拱坝随机振动响应进行了分析,研究了均匀振动下拱坝随机振动响应的概率分布,对拱坝在基准期内的抗震安全作了评价。     

基于PLS-ELM响应面法的坝基抗滑稳定可靠度分析

复杂重力坝坝基抗滑稳定可靠度问题中,研究变量个数多,隐式功能函数非线性程度高,使用传统响应面法求解时拟合精度不高、收敛困难、结构计算量大。针对该问题,提出了重力坝坝基抗滑稳定可靠指标估计的偏最小二乘-极限学习机（PLS-ELM）动态响应面法。采用适用于处理高维度、小样本、非线性回归问题的极限学习机模型（ELM）构建隐式功能函数的响应面,并采用偏最小二乘法（PLS）优化极限学习机模型的隐含层神经元个数和输入权值,将极限学习机响应面和蒙特卡洛模拟法相结合,并构造合理的迭代方式,实现极限学习机响应面动态更新和可靠指标求解。在此基础上对某重力坝挡水坝段进行坝基抗滑稳定可靠度分析,结果表明：该方法结构计算量少,响应面拟合精度和效率高,算法容易收敛且适用性广,易于与多种结构计算方法和软件结合,适用于实际工程的坝基抗滑稳定可靠度分析;工程实例中坝基抗滑稳定可靠指标为5.10,满足规范要求;软弱夹层的材料参数对重力坝抗滑稳定可靠度影响最大。     

基于猫群算法的重力坝抗滑稳定可靠度分析

响应面法是计算重力坝抗滑稳定可靠度的重要方法。针对传统响应面法缺乏参数筛选分析,且缺少利用群体智能算法求解可靠指标研究的不足,提出一种基于猫群算法的加权动态响应面可靠度分析方法,克服经典蒙特卡洛方法需要大量重复抽样的缺点。首先,在考虑坝基岩体渗流应力耦合作用的基础上,采用定量全局敏感性分析方法（EFAST法）筛选基岩参数;其次,通过加权响应面拟合隐式功能函数,同时利用猫群算法求解可靠指标并实现响应面的动态更新;最后,以某重力坝工程为例进行可靠度分析。结果表明,基岩抗剪参数对大坝安全稳定有较大影响,重力坝可靠指标计算结果为2.71,与规范方法结果有显著一致性,所提方法合理可靠,具有较高的实用价值。     

库水模拟对拱坝动力特性的影响分析

库水可压缩性和库水-坝体动力相互作用是影响坝面动水压力以及拱坝动力特性的重要因素。本文以拉西瓦拱坝为例,建立拱坝-地基-库水系统有限元模型,研究库水模拟对拱坝动力特性的影响。采用Westergaard附加质量与流固耦合两种不同的库水模拟方法,分别考虑附加质量、流固耦合的不可压缩库水、流固耦合的可压缩库水等三种情况,对比分析了拉西瓦拱坝的动力特性。分析结果表明,库水的存在会导致拱坝系统的各阶自振频率减小;考虑库水可压缩性导致拱坝的各阶自振频率进一步减小,且各阶振型发生变化。分析结果可以为高拱坝真实工作性态研究和地震反应分析提供参考依据。     

古田溪一级重力坝悬臂梁振型分解反应谱法抗震计算

本文提出了重力坝悬臂梁材料分区规则，按此规则可确定任一水平条块的材料组成、形状、大小与位置。在振型分解反应谱法抗震计算中，提供了不等间距的悬臂梁柔度计算公式，考虑了地震动水压力的作用与地基弹性的影响．研制了相应的计算程序。利用该程序对古田溪一级重力坝进行了地震烈度7度的抗震计算，得出了一些有价值的结论。典型坝段的计算结果规律性强，自振周期与有限元法结果基本一致，表明本文的方法与程序是正确可靠的，可用于重力坝抗震设计。     

高堆石坝施工度汛挡水风险动态控制模型研究

在高堆石坝施工度汛不允许过水的条件下,通过调整坝体施工进度可实现挡水风险控制。针对挡水风险的不确定性,将自适应控制理论引入高堆石坝施工度汛过程,构建挡水风险动态控制模型。采用实测洪水序列的一阶自回归模型模拟洪水过程,计算施工度汛实时挡水风险率;考虑决策者风险偏好,以度汛决策阶段可接受风险率作为期望轨迹对实时风险率进行跟踪,以实体轨迹逼近期望轨迹为目标,动态调整高堆石坝挡水高程,控制度汛挡水风险至可接受范围内。工程实例分析表明:施工度汛挡水风险动态控制模型能有效控制风险至预期,并较好地解释了决策者意愿付出最大成本在度汛后期趋于稳定的原因,为高堆石坝施工进度控制和度汛决策提供了依据。     

考虑前期震动影响的紫坪铺面板坝震后抗震安全评价

围绕经受了＂5.12＂汶川大地震的紫坪铺大坝的震后加固,根据地震后最新核定的地震动参数,采用三维真非线性动力反应分析方法,进行了紫坪铺大坝震后抗震安全评价。紫坪铺大坝是经历了汶川大地震强震的,在进行震后的抗震计算和抗震安全性评价时,应当考虑前期震动的影响。采用试验研究和计算分析,研究了前期震动对大坝地震反应的影响,进行了设计地震下的大坝动力分析,从稳定、变形、面板防渗体系安全等多角度,对震后大坝的抗震安全性进行了评价,分析了抗震薄弱环节,对抗震加固措施提出了建议。所提出的抗震安全性评价方法以及有关规律和结论,可为工程设计和建设提供技术依据。