坝体-库水-地基流固耦合有限元分析的地基模拟

为研究地基特性对坝体—库水—地基流固耦合的影响,以印度柯依那(Koyna)重力坝为例,采用ANSYS中的声学流体单元模拟库水,分别计算了地基为弹性、刚性时坝体在KOBE地震波作用下,典型时刻内库坝面上动水压力分布规律,以及坝顶上游侧水平和竖直位移的时程曲线,进行了模态分析并提取了前7阶频率。结果表明,地基特性对坝体—库水—地基流固耦合的影响非常大,不能简单地将地基视为刚性进行抗震设计。     

曲线重力坝的动力特性和地震反应分析

以某典型混凝土曲线重力坝为例,充分考虑坝体、推力墩、溢流墩和岩基的相互作用,采用空间组合有限元直接滤频法求解地基—坝体系统的自振频率、周期和振型,按振型分解反应谱法计算地基—坝体系统的地震反应。结果表明,地基—坝体系统前6阶振型的振动主要是坝体的整体振动,而后面的高阶振动则主要是以坝顶或下游表面溢流墩的局部振动为主,地基的振动量很小;正常水位下地震时坝体的最大动位移发生在坝顶的顺河流向,最大值为22.1 mm,地基的位移很小;正常水位下地震时坝体的最大动应力分量发生在靠右岸2/3高程附近的横河流向,最大值为2.78 MPa。     

拱坝—库水动力流固耦合作用的有限元数值研究

针对库水在拱坝结构动力响应分析中的重要影响,采用大型有限元分析软件ADINA验证了势流体单元模拟坝体—库水间耦合分析方法的正确性,并以西南某高拱坝为例,分析了考虑库水压缩性及库水位高度等条件下的坝体动力特性,获得了库水对拱坝动力特性的影响规律,可为拱坝抗震设计提供参考。     

地震动峰值速度对小湾拱坝动力响应的影响分析

为了探究地震动峰值速度对拱坝的影响,采用大型有限元分析软件ABAQUS建立了小湾特高拱坝三维有限元模型,考虑地基-坝体-库水相互作用,计算正常蓄水位温降工况下坝体各向位移和应力的最大值及其最大增幅.结果 表明,随着峰值速度增幅的增加,坝体最大第一、三主应力的增幅及坝体各向位移均随之增加,坝体最大第三主应力的增幅增加较快...     

沙牌拱坝整体抗震安全性评价

以沙牌拱坝为例,将坝体及两岸潜在滑动块体在内的近域地基作为一个体系,考虑坝—基—库水动力相互 作用、坝体混凝土破坏、无限地基辐射阻尼、坝体横缝与坝肩可能滑动岩块结构面的动态接触非线性效应及坝基 裂隙岩体的非线性等因素的影响,研究了沙牌拱坝在不同概率水平地震作用下的地震响应与破坏形态,提出以坝 体控制性位移时程曲线的突变并无限增长、坝基交界面出现贯通性破坏区及有限元计算发散作为拱坝整体失稳的 判据,评价了高拱坝的整体抗震安全性,获得了一些有益的结论,可供借鉴。     

考虑库水可压缩性的重力坝地震响应分析

以丰满重力坝重建工程为例,采用ANSYS-FSI流固耦合方法,考虑库水可压缩性对重力坝动力特性的影响,建立了丰满重力坝代表性坝段的坝体—库水—地基模型,分析了丰满重力坝的自振特性及其在地震作用下的动力时程响应。结果表明,考虑库水可压缩性能显著影响重力坝坝体的自振频率,与空库时相比坝体基频降低约16%,且随自振阶数增加,自振频率相对降低越多;与附加质量模型相比,该模型在设计地震荷载作用下能得到更加合理的坝体位移和应力,为丰满重力坝的抗震性能安全评价提供了有限元分析参考。     

马堵山重力坝动力响应分析及安全评价

根据马堵山碾压混凝土重力坝的工程地质条件,选择典型坝段建立坝体和坝基的三维有限元模型,采用反应谱法计算分析了该坝的动力响应,研究了该坝的位移、应力和地震加速度的响应及其变化规律,并分析了坝体位移和应力在地震作用加载后的变化情况.计算结果表明,在设计地震作用下,坝体的最大动位移为7.59 mm,发生在坝体顶部;坝体的最大动应力为1.8 MPa,出现在坝踵部位;最大动加速度为1.466 m/s2,发生在坝体顶部.该坝在设计地震作用下强度满足要求.     

单向及双向输入地震波对拱坝系统的影响

采用ADINA有限元软件建立三维的拱坝—库水—淤沙—地基耦合模型,分别以人工合成地震波水平记录计算输入的单向及双向地震波,改变激励方向,分析了坝体、坝基的位移及应力响应.结果 表明,双向输入地震波下,拱坝体系各监测点的位移和应力响应明显大于单向输入时的情况,同时,位移和应力的最大值与激励角度有关,最不利输入角度处于-4...     

基于Mooney-Rivlin模型的充水式橡胶坝工作性态研究

鉴于坝高、内压比是橡胶坝最重要的参数,考虑材料非线性和几何非线性,基于Mooney-Rivlin模型,建立了不同坝高、内压比的橡胶坝有限元模型,计算其应力和位移,分析了坝高、内压比对橡胶坝工作性态的影响。结果表明,在设计工况下,坝体最大应力位于坝袋与底板锚固处,最大位移位于坝顶偏下游侧;坝高越高、内压比越大,坝体最大有效应力及最大位移也越大。可见在满足需要的情况下,应选择较小的内压比及较低的坝高。     

基于卡尔曼滤波法的碾压混凝土拱坝垂直位移变形分析

介绍了卡尔曼滤波法的基本原理,以白莲崖碾压混凝土双曲拱坝为例,选取坝顶垂直位移为分析对象,建立了卡尔曼滤波模型,进行实例计算,预测大坝变形。计算结果表明,卡尔曼滤波模型能充分考虑温度、库水位和时效影响对坝体变形的影响,预测精度高,具有工程应用价值。     

基于反应谱法的某高拱坝动力分析有效振型阶数探讨

多振型反应谱动力分析时,所取振型阶数会影响计算结果的精度和可靠性,而合理的阶数与结构的复杂性有关。以某高拱坝为例,计算了横河向、顺河向、竖直向三个方向地震单独激励下各阶振型参与质量系数及其累计值、对应的位移和应力,以此确定合理的振型阶数。结果表明,各阶振型参与质量系数的大小变化并无明显规律,但当振型阶数达6～7时其累计值将超过90%,此时坝体最大的位移及最大主应力均趋于稳定,其后振型对地震作用效应影响已不超过5%;与横河向和顺河向地震激励相比,需取较多的振型阶数才能得到较为稳定的位移和应力。     

考虑横缝影响的某双曲拱坝动力分析

基于某拱坝有限元模型,采用动接触模型模拟拱坝横缝,分析横缝对拱坝地震响应的影响及动力作用下拱坝横缝的开度。与无横缝模型结果对比分析表明,横缝的存在会使拱坝应力重分布,且其张开可减小拱向应力,同时增加梁向应力。从最大主应力角度考虑,横缝的存在削弱了拱坝的整体性,导致最大主应力增大,但对位移的影响不大;横缝开度较大区域集中在拱冠梁和左右岸坝肩位置,因而横缝影响在拱坝动力分析中不可忽略。     

土工格栅加筋土石坝的试验和数值模拟研究

为进一步了解土工格栅加筋土石坝的变化特性,对土工格栅和堆石料接触面特性进行了拉拔试验,发现接触面上的剪应力较大,且随上覆压力的增加而增加;试验拉拔位移主要为土工格栅的伸长量,接触面上的相对位移较小,因此加筋土石坝数值模拟应设置土工格栅和堆石料接触面变形协调,并将试验结果应用于加筋土石坝的数值模拟中,分析了土石坝加筋前后应力变形特性和动力响应的变化规律。结果表明,加筋对土石坝变形的抑制效果主要体现在地震工况下;加筋后坝体的地震永久变形有所减小,加筋对顺河向的地震永久变形抑制效果大于震陷;加筋后顺河向永久变形指向下游,最大震陷位于坝顶。     

鲁皂水库重力坝地震动力响应分析

为分析软弱地基上溢流坝的抗震安全性能,以贵州省兴仁县鲁皂水库重力坝为例,基于流固耦合理论,考虑地震作用下库水和大坝之间的相互作用,建立了溢流坝段有限元模型,采用时程法进行地震动力分析,获得了坝体动应力、动位移和加速度的分布规律,并将水工建筑物抗震规范中的振型分解反应谱法与时程法的计算结果进行对比。结果表明,该工程具有良好的抗震安全性能。     

哈达山工程土坝地震反应三维有限元分析

以哈达山水利枢纽坝址区地震为例,采用三维非线性有限元法建立了土坝和坝基的三维非线性有限元模型,并根据提供的地震动加速度曲线采用动力时程分析法对大坝进行地震反应分析。结果表明,设计地震作用下坝体的加速度、位移和应力反应均小,地震永久变形不明显,约为最大坝高(含坝基覆盖层)的0.10%,整体稳定性满足要求,设计方案合理。     

基于MARC振型分解反应谱法的重力坝抗震安全评价

针对大型通用有限元软件MARC在振型分解反应谱法分析中的不足,采用Fortran编制子程序,对MARC进行了二次开发。以某重力坝溢流坝段和挡水坝段为例,利用MARC子程序接口FORCDT编制相应子程序,将每个节点各阶振型对应的地震力读入MARC中,从而计算出大坝各阶振型地震力作用下的位移和内力,并采用SRSS(平方和开方)的方法求解结构响应。结果表明,该重力坝的安全性满足抗震规范的要求。