高拱坝抗震安全研究

我国是多地震国家,高坝大库多建于西部强震区,其中坝高超过200 m的大坝多为混凝土拱坝,其抗震安全至关重要。结合2018年11月颁布实施的《水工建筑物抗震设计标准》(GB 51247—2018)的编制工作,在高拱坝抗震方面取得的主要研究成果,包括大坝抗震设防水准框架、大坝地震动参数的合理确定、大坝地震动输入机制、大坝—地基系统整体抗震稳定分析和大坝坝体强震损伤破坏机理分析,据此提出了最大可信地震下高拱坝抗震安全定量评价指标。     

水工混凝土结构抗震研究进展的回顾和展望

全面概述了中国水利水电科学研究院近50年来在水工混凝土结构抗震研究领域的主要创新性思路和成果的进展,包括其抗震安全评价的三个相互配套的方面。在地震动输入方面为:大坝抗震设防水准框架的制定、场址相关地震动参数的合理确定、坝址地震动输入机制的理解。在结构地震响应方面为:结构抗震的动力分析、结构抗震的动力模型试验、现场测振试验和地震监测、水工抗震设计规范的编制和修订。在大坝混凝土动态抗力方面为:大坝混凝土全级配大试件动态抗折试验、对试验结果的理论探讨、大坝混凝土三维动态细观力学分析、CT技术在混凝土动态抗力研究中的应用。阐述了研究群体形成的主要工作理念为:突出工程观点、强调全面综合评价、重视实践检验、发扬团队协作精神。最后,提出了今后研究的展望。     

基于增量动力分析与多层感知机的 混凝土坝地震易损性评估

传统坝体地震易损性评估所采用的非线性数值模拟手段的计算量很大，为兼顾大坝地震易损性评估的高效 性与准确性，提出基于增量动力分析（incremental?dynamic?analysis,?IDA）与多层感知机（multilayer?perceptron,?MLP） 的混凝土坝地震易损性评估方法。以我国西北地区某混凝土重力坝为例，建立三维坝体-库水-地基有限元模型并 开展多组地震响应计算。利用等步长调幅处理所选地震动记录，并采用三向地震进行幅值输入；选取峰值 [ 地 面 ] 加速度（peak?ground?acceleration,?PGA）为地震动强度指标，坝顶顺河向位移为大坝损伤指标，初步进行混凝土 坝易损性分析。提取各地震动特性参数作为输入，坝顶顺河向位移为输出，训练并测试 MLP 模型；扩充地震动以 获取各地震动特性参数，利用 MLP 模型进行坝顶顺河向位移的快速预测，实现有限元结果的扩充，进行混凝土坝 易损性分析，并绘制易损性曲线。结果表明，将 MLP 模型引入分析可有效扩充数据量，利用 IDA-MLP 耦合方法 建立的大坝地震易损性曲线符合实际规律，验证了采用 MLP 模型预测混凝土坝损伤指标进而扩充数据的可行性， 在保证精度的情况下大幅提高计算效率，为同类型水工建筑物的抗震安全评价和防震减灾提供科学依据。     

阶梯地形下坝-库水-地基非线性相互作用的动力模型与多因素耦合模拟

为了更精细模拟阶梯地形坝址的混凝土坝在考虑材料非线性、库底吸收等多因素耦合下的地震响应,需要发展适用的坝-库水-地基非线性相互作用动力模型,其中合理的地震动输入是面临的首要问题之一。本文根据波场分离原理和坡面应力自由条件,提出了求解阶梯地形地基自由场的计算方法和该场地条件下坝-基体系的地震动输入方法,可较为准确地反映阶梯地形对坝体动力响应的影响。通过构建坝-库水-阶梯地形地基全域分析模型,可全面考虑坝-库水、坝-复杂场址动力相互作用以及坝体混凝土、近场基岩的非线性力学特性,从而提高了重力坝整体抗震安全评价的合理性。通过场地反应分析和波动散射分析的数值算例,验证了输入方法的有效性。并以阶梯地形下某重力坝挡水坝段为例,研究了场址条件对静-动力组合作用下坝体损伤演化的影响规律,结果表明:距坝踵约一倍坝高以外淤泥覆盖层的吸能作用对坝体损伤影响轻微;岩基的塑性主要从坝踵开始,导致坝踵损伤减轻,坝体位移响应改变,对水平方向的影响更大。     

高拱坝抗震动力分析和安全评价

地震荷载作用下大坝动力响应及其抗震安全问题对建于高烈度地震区的高拱坝往往成为工程设计的控制性关键问题，结合现行的《水工建筑物抗震设计规范》(SL203—1997)，综述了高拱坝的抗震设防标准、动力分析方法、大坝混凝土的动态抗力以及抗震安全评价的基本原则、规定和方法及其适用范围，介绍了当前高拱坝抗震研究中包括计入坝区实际地质地形条件、地震动能量向无限远域逸散的所谓地基辐射阻尼影响、坝体伸缩横缝非线性以及坝体全级配混凝土动态特性方面所取得的最新研究进展，就今后高拱坝抗震设计中应重点研究解决的几个问题提出了建议。     

高混凝土坝抗震安全评价的关键问题与研究进展

本文总结介绍了高混凝土坝抗震安全评价方面的最新研究成果,包括震源破裂-传播介质-坝址峡谷地震动的超大规模数值模拟、坝体-地基-库水系统的非线性动力损伤开裂分析、混凝土动力特性的试验与细观数值仿真、基于性能的高坝抗震安全风险评估等内容。最后总结了高坝抗震研究的发展方向,并提出了综合考虑社会、经济、环境与工程的抗震安全风险评价体系研究思路。     

考虑坝-水-地基共同作用影响的挡水坝动力分析

建立了大坝-库水-地基的动力相互作用模型,并基于三维动力有限单元法对某挡水坝进行了抗震分析.计算得到了坝体的动水压力和坝体的自振特性,并依据<水工建筑物抗震设计规范>所规定的振型分解反应谱法进行了大坝的动力分析,评价了大坝的抗震安全性能,指出了坝体的抗震薄弱部位.     

坝址地震动输入机制探讨

本文首先对坝址地震危险性分析给出的设计地震动峰值加速度的基本概念进行了阐述,讨论 了采用封闭的振动体系和开放的波动体系的两种不同地震动输入方式进行建筑物抗震分析的适用范围。论述了作为坝体和地基相互作用中主要因素的地基辐射阻尼的本质,及其在坝体地震响应分析中应予考虑的必要性。总结归纳了与考虑地基辐射阻尼的坝体抗震分析模型相应的两类更合适的入射自由场地震动输入的方式和机制,指出了目前在一些大坝抗震分析中采用地震动输入方式,需要澄清和探讨的问题。最后,对当前在坝址地震动输入方面需要关注和深入探讨的重点问题提出了建议。     

考虑强震持续时间的混凝土重力坝损伤累积研究

利用混凝土塑性损伤模型和塑性损伤力学的方法分析了混凝土重力坝在不同强震持续时间(强震持时)作用下的非线性损伤累积破坏效应,并根据大坝局部损伤评价指标和整体损伤评价指标对大坝损伤累积破坏程度进行了评价。分析结果表明:地震动强震持续时间对混凝土大坝损伤累积破坏有重要的影响,地震动强震持续时间越长,混凝土大坝损伤累积破坏越大;根据局部损伤评价指标可以有效地判定大坝抗震薄弱部位在大坝中上部,并且大坝整体损伤累积破坏指数可以反映地震动作用下大坝的整体损伤累积破坏程度,从而有效评价混凝土大坝的抗震性能,为混凝土大坝的抗震设计提供科学依据。     

龙滩大坝底孔坝段的抗震分析

建立龙滩大坝-库水-地基的动力相互作用模型，并基于三维动力有限单元法对底孔坝段进行抗震分析。计算得到坝体的动水压力和坝体的5阶自振特性，并依据《水工建筑物抗震设计规范》所规定的振型分解反应谱法进行大坝的动力分析，对大坝的抗震安全性能作出评价，指出坝体的抗震薄弱部位。     

强震区高拱坝抗震安全研究

从2008年"5.12"汶川大地震到今年"4.14"玉树地震,西部强震区高拱坝的抗震安全问题成为坝工界密切关注的问题。从我国强震区高拱坝抗震研究与工程建设中现存的问题出发,分析并总结了高拱坝地震破坏机理和高拱坝抗震设计理念(包括抗震评价准则、混凝土材料动力特性研究、高拱坝抗震设计分析等)的研究与发展,指出了当前高拱坝抗震较为适用的抗震措施,为今后的研究提供参考。     

地震波在混凝土重力坝中的特性反应

利用大坝强震观测系统记录的强震事件资料,进行三维空间的频谱、加速度、速度、动力放大倍数分析,从而得出地震波在混凝土重力坝中不同高程、不同方向、不同介质中的加速度、速度反应特性、频谱特性和动力放大特性,为以后工程抗震设计和结构安全性设计提供参考。     

混凝土坝抗震安全评价指标和方法研究

以提出混凝土坝整体抗震性能评价指标体系和方法框架为目标,分析研究了美国水工建筑物设计规范(EREM)基于性能目标的抗震评价方法、评价标准、定量化性能指标,同时对国内外相关成果进行了对比分析。针对高混凝土坝的最大设计地震(MDE)的设防水准以及最大可信地震(MCE)的安全目标,为了更好地评价地震动作用下结构性态,应注重定量化评估坝体—地基—库水的整体效应,以及应力和变形响应的累积效应,结合现有的高混凝土坝的抗震评估,进行线弹性评价和非线性响应分析。线弹性评价预测应引入USACE评价程序和判别准则中的结构需求能力比、超线弹性累计时间和性能曲线等定量化指标,再结合现行规范从坝体关键部位、横缝等方面进行非线性响应分析修正分步实施,建立混凝土高坝抗震性能定量化评价框架。研究成果为混凝土坝抗震性能评价提供参考。     

《混凝土面板堆石坝设计规范》探析

通过对比分析DL5016-93《混凝土面板堆石坝设计导则》和SL228-98,SL228-2013,DL/T5016-2011《混凝土面板堆石坝设计规范》,在放空洞、填筑料及其填筑标准和防治混凝土面板破损等规定的变化,探讨对混凝土面板堆石坝特性认识的不断深化。     

混凝土大坝地震损伤分析

基于大坝混凝土的地震反应特点及损伤力学的基本概念,建立了一种考虑残余应变的混凝土 非线性损伤模型。模型中假定混凝土的损伤是各向同性的,损伤状态由拉、压损伤变量予以描述;模 型考虑拉损混凝土反向受压时刚度恢复及受损混凝土却载后存留一部分残余变形,单轴时损伤及残余 变形的发展由一组经验曲线表示;混凝土损伤准则由Drucker-Prager曲线形式给出;模型中待定参数 由混凝土材料试验结果确定。采用简单的算例对该模型进行考核,并将其应用于Kyona坝体的地震损 伤分析中。     

混凝土动态弹性模量对重力坝地震反应的影响分析

现行水工抗震规范中规定,大坝混凝土动态弹性模量在静态弹性模量基础上提高30%。这一规定体现的是混凝土瞬时模量与持续模量的差异,而非加载速率的影响。根据国内相关混凝土坝设计规范,持续模量约为瞬时模量的0.67倍,亦即瞬时模量可较持续模量提高50%。本文结合不同高度的重力坝,从大坝自振特性、动位移、动应力及静动综合应力诸方面进行比较分析,论证两种动态弹性模量取值的影响。结果表明:坝体动态弹性模量提高率从30%增至50%后,对重力坝动力特性及地震反应的影响很小。     

重视高坝大库的抗震安全——纪念唐山大地震30 周年

本文概述了我国面临高坝建设的历史机遇和其抗震安全的严重挑战，提出确保大坝工程抗震安全的基本理念。首先，大坝抗震安全评价必须要遵照坝址地震动输入、坝体结构体系的地震响应和大坝材料的动态抗力三个方面相互配套的原则：同时要有敢于突破传统、敢于创新的精神；最后，提出了在当前我国高坝中占主位的拱坝的抗震安全关键技术问题，并简要报导了在其地震动输入、坝体结构体系的地震响应和大坝材料的动态性能三个方面的最新研究进展。     

大岗山水电站前期勘测设计中的大坝抗震研究

大岗山水电站坝址区设计地震峰值加速度达到557.5 cm/s2,大岗山拱坝的最大坝高达210 m, 其地震动响应规律复杂,通过前期勘测设计阶段系统、全面的研究,抗震方面存在的有关问题在可行 性研究阶段已基本明确,采取的相应工程措施满足可行性研究阶段工程抗震的要求,大岗山拱坝的抗 震安全性能够得到保证。     

浅论砼面板堆石坝设计

砼面板堆石坝在我国起步较晚,但发展很快。该坝体断面大部分是按经验确定的,只有少数情况要进行稳定分析。坝体砼面和防浪墙的结构和布置,可参考已建工程而定。要重视填筑体的材料选择和分区。面板坝的设计大部分作二维有限元分析,少数作三维分析。对面板的施工要采取严格措拖,防止出现裂缝。     

论混凝土坝抗震设计与计算中混凝土动态弹性模量的合理取值

目前我国混凝土坝抗震设计与计算中,混凝土动态弹性模量取值偏小较多,其结果导致动态变位和坝体自振周期偏大,而地震荷载偏小.笔者给出了混凝土坝抗震设计和计算中混凝土动态弹性模量的合理取值方法.