不同参数对土石坝地震动力响应影响

采用有限元法研究土石坝边坡动力响应,通过大量有限元计算,研究弹性模量、阻尼比、坝高、覆盖层厚度以及地震动参数对土石坝坝体动力响应的影响规律,为拟静力法高土石坝边坡稳定分析奠定基础。     

两河口高土石坝动力特性振动台模型试验研究

土石坝坝体自身的动力特性,是土石坝在地震动作用下动力响应性状的重要影响因素。本文通过大型振动台模型试验,研究了两河口高土石坝缩尺模型坝的动力特性及其相关影响规律,并根据相似率,用模型坝的动力特性参数推算出原型高土石坝的相应动力特性参数。试验研究表明：在特定的地震动作用下,大坝结构的振型基本稳定;坝体的自振频率、阻尼比和振型系数等动力特性参数受振动强度、振动历史和水库是否蓄水等因素影响。     

基于弹塑性模型参数反演的高土石坝地震响应预测

合理准确描述堆石料的力学特性是高土石坝地震响应预测和安全评价的重要前提。以特高心墙坝填筑期变形的监测结果为目标值开展了三维反演分析,获取了反映大坝真实状态的坝料广义塑性模型和邓肯张E-B模型的参数,探讨了两种本构模型描述高土石坝变形的精度,随后采用反演的广义塑性模型参数开展了高土石坝的地震响应预测及安全评价。结果表明：目前反演分析常用的邓肯张E-B模型无法兼顾竖向和水平变形,且反演参数无法用于动力分析;静动统一的广义塑性模型计算的竖向和水平位移均与实测结果吻合良好,并可直接用于大坝的动力响应预测。所建立的一整套基于弹塑性模型参数反演的高土石坝地震响应预测分析方法,可为高土石坝的安全评价和风险预警提供可靠的技术支撑。     

基于动力有限元法的土石坝地震响应及稳定性分析

地震对土石坝的危害已为工程人员所认识和重视,尤其是"5.12"汶川大地震后,西部地区土石坝在强地震作用下的抗震安全性已成为人们十分关心的重大问题。结合东风水库土石坝除险加固工程,基于动力分析中的等效线性模型,采用平面动力有限元法对土石坝进行了地震反应分析,揭示出不同地震动参数条件下坝体动应力、动位移、加速度、地震残余变形等的分布规律,对大坝的动力稳定性进行了评价,从而为除险加固设计提供了理论依据。     

不同覆盖层厚度对土石坝动力响应的影响

为研究深厚基础覆盖层上土石坝的动力稳定性问题,利用有限元弹塑性动力分析方法进行覆盖层土石坝动力响应分析,通过输入一条实测地震波,研究不同覆盖层厚度对土石坝坝体动力响应的影响规律。结果表明,不同覆盖层厚度对土石坝位移和加速度动力响应规律的影响不同,土石坝动力响应并非随覆盖层厚度的增加而逐渐增大,而是存在一个临界厚度,超过这个厚度以后,动力响应有所降低。     

高土石坝动力反应的敏感性分析

目前高土石坝抗震设计一般要进行坝体动力敏感性分析,但分析方法还没有共识。为此,以典型200m心墙堆石坝为例,进行了土石坝动力敏感性分析,分析结果表明,坝料动力特性取模量比衰减的上限曲线和阻尼比增长的下限曲线进行组合,坝体的动力反应和地震永久变形均最大,建议作为坝体抗震设计的控制工况。     

某土石坝的动力试验和动力反应分析

本文总结了某土石坝的室内材料动力试验,叙述了现场动力参数的测定方法及动力反应分析.在现场的竖井中利用跨孔法、下孔法来测定动力波在土层中的传播速度,从而求出动力试验资料和现场的动力参数相互进行了验证。此外,还利用测定的动力参数对坝体进行了动力反应分析。这些结果为评价该土石坝在地震时的稳定性提供了依据.     

胶凝砂砾石坝抗震特性及其地震作用计算方法

胶凝砂砾石坝具有独特的结构型式,且由低强度材料填筑而成,因此其动力特性和抗震性能具有独自的特征。采用时程动力法,计算分析了胶凝砂砾石坝的动力特性及地震响应规律,探讨了坝体材料、基岩刚度以及坝高变化对该类大坝地震动力响应的影响规律。研究结果表明,与同等高度混凝土重力坝相比这种坝的地震动力响应明显较小,即使在强震作用下,坝体地震动应力仍处于较低水平;胶凝砂砾石坝具有明显不同于重力坝的动力特性和地震响应规律,按现有重力坝拟静力法不能正确计算胶凝砂砾石坝的地震作用效应。在大量分析成果的基础上,研究提出适用于该坝的地震动态分布系数和动水压力分布系数计算方法,可方便用于坝体地震惯性力和坝面动水压力的计算,为采用拟静力法进行该坝抗震设计工作提供了参考依据。     

基于COMSOL Multiphysical计算下水库土石坝动力响应特征研究

为研究土石坝动力响应特征,引入人工合成地震波,设计峰值加速度为影响因素,获得坝体水平、竖向加速度响应特征,探讨了土石坝两方向加速度响应与输入峰值加速度关系;研究了坝体应力与位移响应特征,最大压应力为0.6MPa竖向动位移显著低于水平动位移.文章可为研究水库土石坝等水利结构动力响应特征提供一定参考.     

高土石坝的地震动力响应分析方法研究与应用

基于现有的土石料动力本构关系,综合分析了土石料非线性弹性模型和动弹塑性模型的优缺点,以及对高土石坝动力响应分析的适用性。应用等效线性粘弹性本构模型建立动力方程,根据总应力法进行地震反应分析,基于动力反应结果利用Newmark法或等效应变势法进行永久变形分析,依据不排水动力试验结果进行关键曲线的液化判断是最为合适的高效高土石坝地震动力响应计算途径。利用该途径,依据糯扎渡水电站高土石坝坝料特性,对该坝的动力响应进行了人工合成地震波下的动力响应分析,得出该坝的加速度放大系数都小于2,但是"鞭梢"效应明显,坝顶加速度反应较大,可在坝顶附近采取局部抗震加固措施,该情况与坝体抗震结构设计一致。     

渗漏溶蚀混凝土坝力学性能的空间变异性研究综述

概述了国内外混凝土坝渗漏溶蚀的现状;从材料学的角度,基于已有试验和理论研究成果,综述了水工混凝土的溶蚀及力学性能衰变特性;从工程结构学的角度,总结了渗漏溶蚀影响下的坝体混凝土力学性能的空间变异规律;归纳了渗漏溶蚀混凝土坝物理力学参数的空间变异性,论述了可描述坝体力学性能空间变异性的随机场模型,及可评价坝体动力性态的随机有限元动力分析方法的研究进展;指出水工混凝土结构渗漏溶蚀机理、渗漏溶蚀混凝土坝力学性能的空间随机场模型、渗漏溶蚀对混凝土坝动力性态的影响评价方法等方面亟待深入研究。     

观测数据分析中几种方法的探讨(一) 回归-时间序列模型和贝叶斯预测模型

首先，叙述用回归分析与随机时间序列技术的组合方法来处理大坝的监测数据。通常，回归分析后的残差序列并不满足白噪声假设，这个理论缺陷在一定程度上降低了监测的可靠性和预测的正确性。为此，采用鲍克斯—詹金斯方法对残差序列进行再处理。按照上述组合方法求得的计算数据能更好地吻合实测数据，最终的误差序列能符合白噪声特性，并使拟合和预测的正确程度有了较大改善。然后，利用贝叶斯动态模型分析监测资料。采用贝叶斯模型时，由于状态参数(相当于回归系数)能及时调整跟踪，故所得的结果比常规回归分析的结果有更高的精度，计算曲线与实测曲线吻合得更好。     

Application of thermodynamics-based rate-dependent constitutive models of concrete in the seismic analysis of concrete dams

This paper discusses the seismic analysis of concrete dams with consideration of material nonlinearity. Based on a consistent rate-dependent model and two thermodynamics-based models, two thermodynamics-based rate-dependent constitutive models were developed with consideration of the influence of the strain rate. They can describe the dynamic behavior of concrete and be applied to nonlinear seismic analysis of concrete dams taking into account the rate sensitivity of concrete. With the two models, a nonlinear analysis of the seismic response of the Koyna Gravity Dam and the Dagangshan Arch Dam was conducted. The results were compared with those of a linear elastic model and two rate-independent thermodynamics-based constitutive models, and the influences of constitutive models and strain rate on the seismic response of concrete dams were discussed. It can be concluded from the analysis that, during seismic response, the tensile stress is the control stress in the design and seismic safety evaluation of concrete dams. In different models, the plastic strain and plastic strain rate of concrete dams show a similar distribution. When the influence of the strain rate is considered, the maximum plastic strain and plastic strain rate decrease.     

深厚覆盖层上高心墙坝地震惯性力动态分布系数研究

对于强震区坐落在深厚覆盖层(深度超过50 m)上的高土石坝,通过拟静力稳定分析结果初步判定其抗震稳定性是抗震设计的主要内容,其中水平向地震惯性力沿坝基覆盖层至坝顶的动态分布系数是关键。然而,现行《水工建筑物抗震设计标准》(GB 51247—2018)中地震惯性力动态分布系数多基于坐落在基岩上的高土石坝的动力响应规律确定,现有动态分布系数忽略了深厚覆盖层和地震动强度对地震动传播规律的影响。因此,以坐落在深厚砂砾石覆盖层上150 m级高黏土心墙堆石坝为研究对象,结合现行土石坝设计规范和国内已建高土石坝实例,基于统计平均的方法确定了坝顶宽度、坝料分区、坝坡坡比、覆盖层材料的静、动力特性等关键参数,深入探讨了150 m级高黏土心墙堆石坝在小震(0.1 g)、中震(0.2 g)和大震(0.4 g)规范谱地震动作用下不同深度砂砾石料覆盖层的动力响应分布规律,进而总结归纳出不同深度覆盖层下150 m级高黏土心墙堆石坝的水平向地震惯性力的动态分布系数,将其引入到拟静力法稳定分析中,最后基于最危险滑动面和最小安全系数与现行规范所得结果进行对比分析。研究结果表明,小震(0.1 g)和中震(0.2 g)下采用文中推荐的考虑深厚覆盖层和地震动输入强度影响的水平向地震惯性力动态分布系数时将得到更符合工程实际的评价结果。研究成果可为深厚覆盖层上的高土石坝抗震设计提供参考依据。     

土石坝动力分析中的阻尼模型研究

阻尼模型对土石坝动力计算结果有着很重要的影响,各种响应都是阻尼的函数,能否正确估计阻尼,直接影响到结构动力分析结果的可靠性。目前在工程实际应用中,阻尼系数大多只考虑土石坝的自振特性。通过分析表明,地震波频率特性对土石坝地震响应有着重要的影响,尤其对高土石坝影响更大。通过探讨几种考虑地震动频率特性的现有的阻尼模型,为土石坝动力计算中阻尼模型的选取提出建议。     

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。     

动态弹性模量变化对拱坝动力反应的影响

现行水工抗震设计规范规定,大坝混凝土动态弹性模量在静态弹性模量基础上提高30％,对岩体动态变形模量的取值并无规定,现行工程实践中岩体动态变形模量通常在静态变形模量基础上提高30％。根据国内外最新研究成果修编中的新规范拟规定：大坝混凝土动态弹性模量在静态弹性模量基础上提高50％,岩体动态变形模量取为静态变形模量。本文针对新规范的这一变化,结合不同高度的拱坝,从大坝白振特性、动位移、动应力及静动综合应力诸方面进行比较分析,论证混凝土两种动弹性模量以及基岩两种动变形模量取值的影响。结果表明,坝体动弹模从30％提高到50％以及基岩动变模是否提高30％对坝体动力特性和地震反应影响不大。     

拱坝随机地震行波效应分析

将随机振动的虚拟激励法与拱坝地基动力相互作用FE-BE-IBE时域模型结合,发展了一个可以考虑随机地震动行波效应的拱坝随机动力响应计算模型,并用Monte-Carlo法对模型进行了验证.不同行波波速的计算结果表明,行波效应可以影响拱坝的动力响应,幅度在10%~20%,较小的行波波速在坝体边界产生应力集中现象,表明行波效应对拱坝动力响应具有显著影响.     

高土石坝-地基动力相互作用的影响研究

我国土石坝建设高度已迈入300 m级,其体积和质量巨大,坝-基交界覆盖区域(建基面)沿顺河向长可超千米,且筑坝材料具有非线性特性,地震时的坝-基动力相互作用问题越发受到工程界的关注,亟待开展系统研究。本文以我国已建和拟建的若干代表性高土石坝工程为背景,采用波动分析方法考虑坝-基动力相互作用,系统地讨论了地基截取范围的影响,并通过与传统振动分析方法对比,研究了坝-基动力相互作用对大坝地震反应的影响。结果表明:高土石坝的地震反应计算采用波动分析方法更符合实际;在考虑坝-基动力相互作用时,建议地基截取范围取坝-基交界面顺河向长度的0.3～0.5倍(面板坝时约1.0H～1.5H,心墙坝时约1.2H～1.8H,H表示坝高);与振动分析方法相比,波动分析方法获得的坝体加速度极值降幅约为10%～40%,动位移极值降幅约为10%～50%,面板动应力极值降幅:拉应力约为20%～40%,压应力约为15%～30%。可见,坝-基动力相互作用的影响是显著的,振动分析方法不能反映地震对大坝作用的实际情况,高估了大坝的地震反应,从而低估大坝的极限抗震能力。