超高心墙堆石坝大型振动台模型试验及数值模拟

我国西南强震区兴建高坝抗震问题非常突出。振动台模型试验是研究土石坝动力反应和震害机理、验证动力计算方法的有效手段。论文以300m级的双江口超高心墙堆石坝为依托,介绍了大型振动台模型试验,并利用等效线性模型对模型坝进行了数值计算。通过对试验值和计算值的比较,验证了等效线性模型能较好的模拟坝体的动力反应。两种方法均反映出坝体最危险位置在下游坝坡0.75～0.85H处,且空库比满库的地震反应明显偏大。但是,有限元难以准确模拟松散边坡的表面放大效应,可能导致计算结果偏小;且等效线性方法属于非线性粘弹性模型,不能反映先期振动和坝体破坏过程。     

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.     

水电站压力管道系统较大比尺水击模型试验设计方法

理论上讲 ,按重力相似准则设计模型 ,并保证模型材料与原型材料的弹性相似 ,即能在模型上模拟原型的水击现象。但对于较大模型比尺 ,很难找到理想的模型材料。为此 ,本文提出了模拟水击的时间变态模型设计方法 ,通过图解法验证了其比尺关系。最后 ,结合糯扎渡水电站引水系统进行了模型设计和试验研究     

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。     

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。     

库底淤沙对混凝土重力坝地震响应的影响

将库底淤沙层模拟为液固两相孔隙介质,用以固相位移和液相压力为基本未知量的u-p格式的Biot方程进行分析,建立了坝体-地基-库水-淤沙系统的动力反应分析模型.用该模型分析了地震荷载作用下库底淤沙层对重力坝动力特性的影响,结果表明淤沙层厚度增加会使坝面动水压力减小,使坝体加速度响应略有增大.     

地震时水库空穴对重力坝的影响

本文研究混凝土重力坝在强震作用下产生的水库空穴问题。水库空穴系指流体与坝面在振动过程中产生的周期性脱离与撞击现象。模型试验初步证实了这一现象。本文视库水为不可压缩之理想流体,建立了两个水库空穴模型:(一)简化模型:引用WESTERGAARD动水压力公式,视库水为集中的附加质量,研究坝面空穴过程;(二)有限元模型:以有限元素离散库水,得到了空穴条件下等效于动水压力的一致附加质量,研究坝面空穴过程。塞于上述模型,对重力坝反应的影响进行了研究,并与模型试验作了比较。初步结论是:空穴分离过程将减小坝体反应;空穴撞击过程则将增大坝顶反应,增加坝顶拉应力。     

拱坝地震破坏的模型试验与数值模拟

从模型试验和数值模拟两方面研究拱坝在地震作用下的破坏情况.在振动台上进行了高拱坝的动力模型试验,研究空库情况下整体坝的破坏过程和破坏形态.试验中采用仿真混凝土,模拟部分地基和山体.由设计加速度反应谱生成地震加速度时程,在顺河向逐级加载输入.为与模型试验互相验证,文中模拟相似的条件,对拱坝的原型进行非线性有限元分析.在宏观均质假定的基础上考虑混凝土细观分布的非均匀性,得出的破坏过程和破坏形态与模型试验结果一致.证明了模型试验设计和本文数值模型的有效性.研究表明,顶拱中部附近是拱坝抗震设防的关键部位,地震作用下易发生开裂,极端情况下坝块可能脱落,随后其两侧的混凝土相继脱落导致破坏区域扩大,应对该区域进行深入的抗震分析并采取合理的抗震措施.     

库底吸收对重力坝动力响应的影响分析

水库库底吸收是重力坝-地基-库水系统在地震作用下相互作用中的重要组成部分。本文基于声固耦合方法结合阻抗边界条件可以对水库库底吸收进行模拟,通过算例验证可知无论是激励频率相同库底反射系数不同还是激励频率不同库底反射系数相同两种情况都可以得到准确的坝面动水压力分布曲线。通过对丰满新建重力坝的分析可以得到的结论为不同库底反射系数对坝面动水压力分布有显著影响,动水压力幅值随着库底反射系数的增加而变大,坝体动力响应也随之变大;讨论了丰满老坝对新坝坝面动水压力分布的影响,由于上游老坝的存在,新坝整个坝面上动水压力幅值明显变大。     

流动减阻技术在泄洪洞模型中的应用

对于大型泄洪洞泄流能力及其水力学问题,通常采取模型试验的方法进行研究.但是由于模型比尺的限制,使得试验模型的糙率偏大,得到的试验结果存在误差,因此需要减小泄洪洞模型的阻力.本研究结合某水电站工程实际,首次将涂层减阻方法应用在大型泄洪洞模型试验研究.模型试验结果表明,涂层减阻技术能够有效地增加泄洪洞泄流能力,泄洪洞出口流速和水舌挑距也有较明显的增大,这对泄洪洞的安全高效泄洪十分有益.     

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...     

水体对河床式水电站厂房动力特性和地震动力响应的影响分析

为探讨库水、尾水及流道内水体对河床式水电站厂房动力特性和地震动力响应的影响,以势流体单元模拟水体、粘弹性边界模拟地基辐射阻尼效应,建立了完整的机组坝段厂房结构—地基—水体耦合有限元分析模型。结果表明:水体对河床式厂房结构动力特性和地震动力响应有较大的影响,没有正确考虑水体作用的动力计算偏于不利;仅模拟库水和尾水的附加质量及势流体模型,由于对占主要部分的流道内水体的影响无法估计而带来较大的误差;计算中对水体进行简化模拟时必须考虑流道内水体的作用。     

国内外混凝土拱坝原型振动试验分析

原型振动试验是研究大坝动力特性的重要手段,原型试验与模型试验、数值分析手段相结合,对深入研究坝体的动力特性至为重要。本文在收集国内外混凝土拱坝原型振动试验资料的基础上,对其中一些规律性的问题,如拱坝的自振特性及其影响因素、拱坝的阻尼、库水可压缩性的影响等进行了简单评述。     

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.     

泵装置模型试验模拟方法分析

本文从流体力学的一般原理出发,运用相似理论的方程分析法,系统地分析泵装置动力特性、空蚀特性、飞逸特性的相似模拟方法,阐述了相似准则之间的关系、参数换算比尺及模型试验要点,推导得出了泵及泵装置效率换算新的计算公式,并给出水力效率换算系数的理论表达。     

含双斜结构面重力坝坝基失稳模式及破坏机理研究

软弱结构面对坝体抗滑稳定极为不利,尤其是当坝基存在多组不同软弱结构面组合时,其深度、范围、倾角等因素均对坝体稳定具有较大影响。武都重力坝最大坝高119.14m,其坝基地质条件十分复杂,其中断层F31、10f2、f115及f114组合形成多组双斜结构面,坝基深层抗滑稳定问题突出。为了探讨含双斜结构面重力坝坝基滑动失稳模式及破坏机理,采用三维地质力学模型试验方法,对武都重力坝坝基中的多组双斜结构面进行重点模拟,进行超载法破坏试验研究。试验得到了坝基的破坏过程和破坏形态,揭示了坝基的破坏机理,其中19#典型坝段超载安全系数Kp=3.0,坝基失稳模式为沿断层10f2和f115组成的双斜结构面的深层滑动破坏。最后,通过三维有限元计算验证了地质力学模型试验成果。研究成果为类似含双斜结构面重力坝的设计施工和加固处理提供了科学依据。     

混凝土重力坝全坝段三维动力分析

混凝土重力坝抗震分析多针对典型坝段采用二维模型进行。但对于较窄河谷、地震烈度较高等情况,坝段间的动力相互作用对重力坝的地震影响不可忽视。本文采用全坝段三维有限元模型、计入地基辐射阻尼、坝段间动态接触等影响混凝土重力坝地震响应的关键因素,研究分析高烈度区混凝土重力坝地震响应,并与坝段三维模型、无质量地基模型、无横缝整体坝模型的分析结果进行对比,揭示各种因素对混凝土重力坝地震响应的影响,并提出提高坝体抗震能力的工程措施。     

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...     

土石坝静力学模型试验研究

用土石坝静力学模型试验不仅能以高精度测出模型坝体内各点的垂直位移w、水平位移u,还能根据u、w值推算出坝体内各点的应力水平,找出剪切破坏区,从而评价坝体稳定性。在试验中不仅可以考虑非线性应力应变,也可以在模型中实现渗流和地震荷载的模拟。目前已能初步形成一套较完整的模型试验和成果分析方法。笔者以我国某大型水电站上游堆石围堰模型试验得出的u、w实测数值为基础,运用本文介绍的分析方法给出了坝体在各个阶段的应力水平等值线图。这些图显示出该坝体在原设计中的薄弱环节。文中还提出了相应的工程措施。     

地震作用下海上风电联接变压器动力模型试验北大核心CSCD

海上风电联接变压器作为海上风电场的主要设备,其抗震安全性关系到海上风电场的平稳运行。针对海洋平台—附属电气设备在地震作用下的动力传递过程及楼层反应谱研究,以及电气设备的动力响应特性和自身薄弱部位研究,开展了变压器1∶10模型比尺的振动台模型试验研究;模型试验与数值仿真分析结果的对比表明,海洋平台的动力特性会显著影响传递至设备底部的地震加速度的低频部分;结构的应力薄弱部位发生在储油柜下方支架处。基于弹性相似的振动台缩尺模型试验可以反映原型结构的地震动响应特性,为附属设备的抗震反应谱研究提供依据,可以直接展示抗震薄弱环节。