地震作用下混凝土高趾墙损伤分析

采用混凝土塑性损伤模型和堆石料广义塑性模型,对带有高趾墙的混凝土面板堆石坝静动力反应特性进行了二维有限元分析,研究了高趾墙的损伤发生及发展过程。结果表明,高趾墙在施工和蓄水过程中上、下游两侧受到拉、压应力交替作用,竣工期最大拉应力发生在高趾墙下游面底部,满蓄期最大拉应力发生在高趾墙上游面底部,由于拉应力超过了混凝土抗拉强度,高趾墙出现了轻微损伤;在地震荷载作用下,高趾墙底部损伤程度增大,损伤因子最大超过0.8,同时高趾墙顶部也有轻微损伤,损伤因子小于0.6。通过损伤变量可以清晰地看出高趾墙在地震作用下的破坏过程及薄弱环节,可为混凝土面板堆石坝抗震设计提供理论指导。     

考虑混凝土损伤特性的拉西瓦拱坝破坏路径分析

针对高拱坝破坏路径分析的问题,当前数值模拟方法对坝体混凝土的拉压损伤特性仍考虑不足。为此,采用混凝土塑性损伤(CDP)本构模型,模拟分析了拉西瓦拱坝在静力超载、气温骤降及最大可信地震工况下的损伤破坏特性。结果表明,超载工况下坝体主要以坝踵、岸坡坝基处的混凝土拉伸破坏为主,并在形成损伤贯通区后失去承载力;气温骤降工况下坝体混凝土在表孔及1/4拱坝顶、拱端及坝踵区域可能产生拉伸损伤;地震工况下则主要以坝顶下游面表孔拱冠梁附近的拉伸破坏为主,逐渐形成水平带状破坏区域而失去承载力。研究结果明确了拉西瓦拱坝可能出现的损伤特性及破坏路径,为确定拉西瓦拱坝结构安全监测的关键部位提供了参考。     

高拱坝建基面相对损伤面积敏感性分析

基于损伤本构关系的非线性有限元能较为真实地模拟拱坝的实际工作性态,但用于高拱坝安全度评价时水压力和温度荷载、坝体混凝土的弹性模量和抗拉强度、地基岩石的弹性模量等均具有随机性。以某高拱坝为例,以温降荷载组合作为基本研究工况,根据地形地质条件和坝体体形及施工过程,建立高拱坝非线性有限元计算模型,通过正交试验法建立18种计算方案,得到不同方案下上下游面、建基面相对损伤面积,再运用无量纲化和多元线性回归分析的方法计算建基面相对损伤面积与各影响因素之间的关系。结果表明,建基面相对损伤面积与水荷载、温降荷载呈正相关,与地基岩石弹性模量、坝体混凝土弹性模量、坝体混凝土抗拉强度呈负相关。对建基面相对损伤面积的影响程度从大到小依次为水荷载、地基岩石弹性模量、坝体混凝土弹性模量、坝体混凝土抗拉强度、温降荷载。     

地震作用下高桩码头钢管桩塑性区及损伤特性研究

为研究地震峰值加速度和钢管桩径厚比对高桩码头钢管桩塑性区及损伤特性的影响规律,选取径厚比分别为64、82、100的三种钢管桩,采用p-y土弹簧模拟桩土相互作用,分析了三种钢管桩全直桩码头结构在不同地震峰值加速度下的动力时程,并根据桩身截面的最大应变判别其塑性区域及地震损伤水平。计算结果表明,钢管桩塑性区出现在桩顶和淤泥质粉质粘土层中,桩顶塑性区长度在0~2.09 m范围内,土内塑性区处于泥面以下3.2~8.7m的范围内。随着地震峰值加速度的增加,钢管桩塑性区长度和损伤程度呈上升趋势,在三种钢管桩中,径厚比为100的钢管桩塑性区长度和损伤程度相对较小。     

高拱坝流固耦合动力特性研究

高拱坝的动力特性分析是高坝抗震设计的重要内容。结合拉西瓦拱坝,考虑流固耦合作用及粘弹性边界影响,建立拱坝—地基—库水三维有限元模型,以研究库水对拱坝结构振动频率和振型的影响,借助反应谱理论对拱坝进行反应谱计算与分析。结果表明,坝体位移以顺河向为主,位移最大处出现在坝顶;坝体应力主要为拉应力,应力最大处出现在坝顶附近,计算结果与事实情况相符,符合拱坝震动的一般规律;在设计反应谱的振动作用下,该拱坝未出现大范围的破坏,满足《水工建筑物抗震设计规范》要求。     

基于内时损伤的混凝土拱坝结构分析方法研究

根据混凝土拱坝筑坝材料力学特性和损伤拉压变形的不同特点,建立了应变空间内统一的本构关系和损伤演化方程,描述了混凝土在复杂应力状态下的力学性能,并以某混凝土单曲拱坝为例,分别采用自编三维有限元数值分析程序、拱梁分载法和有限元等效应力法计算了不同工况下坝体最大主应力值。结果表明,本文所建本构模型正确、有效,为混凝土拱坝结构分析提供了参考依据。     

基于系统动力学的高拱坝混凝土施工进度风险演化模型

为了探明进度风险因素间的演化作用关系,以高拱坝混凝土施工为例,识别了进度风险因素,定性分析了风险因素间的因果演化关系,采用系统动力学构建了高拱坝施工进度风险演化模型,并针对具体工程对进度风险演化路径和不同演化路径下的施工进度进行了仿真模拟.结果表明,风险因素间的动态演化作用对高拱坝施工进度具有较大影响,不同的风险演化路...     

某水电站工程高拱坝混凝土浇筑垂直运输方案研究

针对西藏高山峡谷地区某水电站拱坝坝体高大、施工场地狭窄导致混凝土浇筑的垂直运输设备选择及布置难度大的问题,为保障大坝浇筑施工,设计了两种混凝土浇筑垂直运输方案,通过对比分析,最终确定了门机与建筑塔机相结合的混凝土垂直运输方案,并探讨了方案的合理性及可行性,可为高拱坝的混凝土浇筑运输提供参考。     

地震作用下某混凝土拱坝表孔孔口配筋设计

在拱坝内开设小孔的孔周混凝土会产生裂缝而导致坝体破坏,在其内部适当配筋能够较好地避免该问题,对此以某水电站为例,建立大坝三维有限元模型,在充分考虑动力分析适应性的基础上,按照不同设计工况,对表孔周边混凝土结构典型部位进行应力分析,评价其应力状态,并进行动力配筋设计。结果表明,拱坝配筋后满足了动力作用下结构安全性要求,计算结果为高拱坝表孔结构的动力配筋设计和优化提供了参考依据。     

高寒地区高拱坝外掺MgO混凝土的温度应力补偿效果研究

鉴于外掺MgO微膨胀混凝土筑坝技术对提高高寒地区混凝土坝的施工速度和经济效益的意义,对高寒地区高拱坝外掺MgO混凝土的温度应力进行了仿真计算,分析了不同MgO掺量对温度应力补偿效果的影响及坝体不同部位掺MgO的膨胀补偿效果。结果表明,在大坝内部,掺MgO对混凝土能起到较好的温度应力补偿作用,且在一定范围内MgO掺量越大,应力补偿作用越明显;对大坝表面混凝土,掺MgO可能使混凝土表面拉应力增大,可通过加强表面保温来有效控制表面拉应力,且宜采用长期保温的温控措施。     

变幅循环荷载下胶凝砂砾石材料的动强度特性研究

动强度是大坝稳定安全分析的重要参数,对工程设计具有重要意义。采用大型动三轴仪,开展变幅循环加卸载试验,探究了不同围压和水泥含量对胶凝砂砾石(CSG)材料动应力—动应变关系的影响;基于摩尔—库伦强度准则,以动应变为塑性内变量,研究了CSG材料在经历塑性变形时其动强度参数的演化规律。结果表明,动粘聚力和动内摩擦角随水泥含量增大而增加;随着动应变增加,动粘聚力下降较快,动内摩擦角增加,骨料间的剪切滑移产生的摩擦力起主导作用;达到峰值动应力时,骨料间的有效受力面明显减小,动粘聚力下降平缓,动内摩擦角减小,具有一定的滞后性。动粘聚力随动应变变化的规律符合幂函数关系;动内摩擦角与动应变变化的规律符合二次函数关系。研究结果可为CSG坝的抗震设计优化提供理论参考。     

冻融循环作用下英安岩力学及损伤特性研究

为研究冻融循环作用下硬性岩的力学及损伤特性,以某拟建水电站坝区英安岩为例,开展了室内饱水状态下岩石的冻融循环、电镜扫描、单轴压缩、三轴压缩等试验,建立了冻融荷载耦合作用下较为真实的岩体损伤本构模型,分析了高寒山区冻融英安岩的力学性质及损伤特性。结果表明,冻融循环使岩样发生了裂隙扩展和颗粒析出;单轴压缩条件下,岩样破坏以单轴压缩产生的受荷损伤为主,有限的冻融循坏对英安岩(硬性岩)造成的损伤有限;三轴压缩条件下,随着循环次数的增加岩样损伤增加,随着围压增加岩样损伤有所减弱,且英安岩对围压的敏感性大于冻融循环。     

硫酸盐腐蚀作用下水工混凝土的细观损伤本构模型

水工混凝土的力学性能是影响水利工程设施稳定性的重要影响因素。采用力学试验与理论分析相结合的方法建立考虑硫酸盐腐蚀效应的细观损伤本构模型。结果表明,硫酸盐腐蚀提高了混凝土破坏后的损伤程度;随着腐蚀时间增加,抗压强度和弹性模量呈指数型衰减规律,破坏应变呈增大趋势;由试验结果求解了形状参数m和尺度参数ε₀,进而求解了考虑硫酸盐腐蚀影响的细观损伤本构模型;通过实测试验数据验证了采用理论模型预测应力—应变关系的合理性。提出的本构模型可为水工混凝土力学行为的预测提供参考。     

长期浸泡与干湿循环作用下砂岩损伤特性研究

为探究库岸边坡岩体的损伤特性,以常见的中风化砂岩为例,通过室内长期浸泡、干湿循环条件下的力学试验,分析了砂岩的物理参数、应力—应变曲线及劣化特征。结果表明,长期浸泡对岩样的损伤作用分为前期的饱和作用和后期的水解作用;干湿循环的每个周期都会造成岩样小颗粒脱落或胶结物溶解。长期浸泡、干湿循环两种状态对岩样的损伤都很大,且首次损伤程度较大,占整体损伤的一半以上。研究结果为库岸边坡的稳定性研究提供了理论依据。     

高剪切力下气泡聚并与破碎特性的数值研究

了解气泡在剪切力场中的聚并与破碎机理及生长与运动特性,对于气液搅拌槽中桨叶的优化设计具有重要意义。将欧拉-欧拉模型与群体平衡模型(population balance model, PBM)进行耦合,对不同剪切力下的气液两相流场进行求解,研究了剪切力、高剪切力下进气速度、气泡塔高度对气泡聚并与破碎的影响,并结合气泡的聚并与破碎模型对高剪切力下气泡的聚并与破碎机理进行了探究。研究表明,剪切力主要影响气泡的破碎,当剪切力较小时其对气泡破碎的影响较小,随着剪切力的增大其对气泡破碎的影响逐渐显著,使小气泡的含量大幅增多;高剪切力下进气速度、气泡塔高度对气泡的聚并与破碎的影响不明显。