地基材料对重力坝动力损伤特性影响研究

以Koyna重力坝为例,分别建立坝体-地基整体塑性损伤模型、坝体损伤-地基线弹性模型及坝体损伤-地基弹塑性模型,从坝体损伤分布及坝体损伤耗能两个方面出发,研究不同地基材料对坝体动力损伤特性的影响。研究结果表明,若仅考虑坝体的塑性损伤,而地基为线弹性或弹塑性材料,震后除在坝体折坡处出现贯穿上下游的裂缝外,坝踵部位的混凝土也会出现损伤开裂,若同时考虑坝体地基的整体损伤,坝踵部位混凝土不会出现损伤开裂现象;考虑地基线弹性时,坝体产生的损伤耗散能要远大于其余两种模型;考虑地基弹塑性时,坝体产生的损伤耗散能略大于考虑地基塑性损伤下的坝体损伤耗散能,说明考虑地基塑性损伤时计算出的坝体损伤程度最小,地基弹塑性其次,地基线弹性时计算出的坝体损伤最为严重。     

鲁地拉重力坝坝基非线性对坝体极限抗震能力的影响研究

本文以鲁地拉水电站重力坝为例,采用线弹性模型和损伤塑性模型研究了重力坝坝基非线性对坝体极限抗震能力的影响,以坝体顶部折坡处的损伤区贯穿为"破坏"依据,计算了坝体"破坏"前所能承受的最大地震荷载。结果表明:地基线弹性模型和非线性模型得到的结果分别为1.6倍设计地震和2.2倍设计地震。对比分析可知,考虑地基非线性影响能够显著降低重力坝坝体折坡处的损伤分布,近而可以更好地模拟坝体结构本身的抗震承载能力。     

基于NGA模型的主余震序列作用下重力坝损伤破坏研究

传统的线弹性模型和弹塑性DP模型难以真实反映混凝土、岩石地基在遭遇超出其抗拉压强度时的损伤破坏规律。为更加全面地评估余震作用对已损重力坝结构的累积破坏影响,本文采用塑性损伤力学模型来模拟坝体的动力损伤,同时考虑岩石材料的非线性性质,将塑性损伤力学的方法推广到岩体材料,建立了大坝坝体与地基的整体损伤力学模型,实现了重力坝整体动态损伤演化全过程模拟。结合主震与强余震统计关系和NGA地震动衰减关系构造了主余震地震动序列,分别研究了单次主震、单次余震以及主震后余震对强震区混凝土重力坝坝体地基整体损伤演化的影响。研究结果表明:余震作用对坝基的塑性应变累积效应显著,对于主震受损的混凝土重力坝结构,余震作用能够引起结构较大的二次残余变形。     

地震波斜入射下混凝土重力坝的塑性损伤响应分析

我国西南强震区建设有大量混凝土坝,复杂地形条件下地震波入射角度对混凝土坝动力响应影响较大,然而,目前相关研究以线弹性模型为主,在合理考虑坝体的真实破坏状态方面存在局限性。本文以Koyna混凝土重力坝为研究对象,建立三维非线性有限元分析模型,采用了基于黏弹性边界的地震波动输入方法,结合塑性损伤模型分别分析了地震P波和SV波斜入射下坝体的动力响应,并提出地震破坏评价模型对震后坝体损伤进行评估。研究表明,地震波入射角度及波型对坝体动力响应影响较大,P波入射下位移应力和损伤在60°时达到最大,SV波入射下在0°时达到最大,证明了考虑地震波入射角的必要性;采用塑性损伤本构结合损伤评价指标合理地反映了坝体破坏程度,并针对薄弱地区提出抗震设计改进。因此,在同类型工程的安全评价中应该综合考虑地震波斜入射和筑坝材料的非线性特征。     

地震作用下高面板砂砾石坝渗流-应力耦合研究

天然砂砾石料具有级配离散性差、间断性和施工易分离等特性,强震作用下大坝防渗体一旦发生破坏,将会带来不利影响。采用混凝土塑性损伤模型和堆石料广义塑性模型,对弱透水性高面板砂砾石坝进行动力有限元分析,确定面板损伤分布,进而计算坝体非稳定渗流场,建立以混凝土损伤模型和堆石料广义塑性模型为基础的非稳定渗流-应力耦合计算方法,分析在非稳定渗流作用下,大坝应力和变形的变化规律。结果表明:坝体为弱透水时,地震结束后大坝在非稳定渗流作用下,坝体小主应力显著减小,面板产生向上拉伸、向外弯曲趋势的位移增量,面板部分区域损伤值变大。评价大坝极限抗震能力时,除了考虑地震结束时面板的损伤状态,还应进一步考虑面板破坏后非稳定渗流对应力场的影响。     

重力坝与坝基体系地震损伤破坏分析

为了揭示重力坝坝基体系地震破坏过程,需要同时考虑坝体和地基的损伤破坏。本文建立了较为完整的重力坝-地基-库水非线性动力分析模型,同时利用笔者开发的程序模拟了重力坝地基体系的地震破坏。结合印度Koyna坝震害,研究了坝体和地基岩体均采用损伤模型重力坝地基体系的地震破坏过程。作为比较分析,对坝体采用损伤模型、地基采用Drucker-Prager弹塑性模型进行了重力坝地基体系的地震破坏研究。计算结果表明,地基分别采用损伤模型和Drucker-Prager弹塑性模型,得到不同的破坏模式。坝体地基均采用损伤模型模拟的结果与实际震害接近,能更好反映重力坝地震损伤破坏。     

碾压混凝土坝考虑异弹模效应的应力分析

将碾压混凝土坝视为具有各向异性弹性特性的均质体，通过在垂直于层面的竖向和平行于层面的横向采用不同弹模来考虑层面对坝体应力影响；同时考虑了坝基弹性的变化对坝体应力影响。由各向异性体的物理方程推导了碾压混凝土的物理方程和弹性矩阵。通过对算例的有限元分析得出了坝体材料异弹模特性和坝基弹性变化对坝体局部应力的影响规律。     

基于无限元边界模型的高拱坝损伤开裂数值分析

基于ABAQUS中的混凝土损伤塑性模型,分别建立了考虑地基辐射阻尼效应的有限元—无限元耦合模型和无质量地基模型,讨论高拱坝在设计地震作用下采用两种地基模型得到的应力、横缝开度、坝顶顺河向位移和损伤开裂情况。结果表明：无质量地基模型与无限元边界模型相比,坝体拱向和梁向应力最大值明显增加,增大了坝体的横缝开度和坝顶顺河向位移,同时坝体的损伤开裂情况更为严重。因无限元边界模型能考虑地基的辐射阻尼效应,能真实地反映坝体的地震响应,而无质量地基模型夸大了坝体的地震响应,故用无质量地基模型进行坝体的抗震分析是过于保守的。     

重力坝与坝基体系地震损伤破坏分析

摘要：为了揭示重力坝坝基体系地震破坏过程,需要同时考虑坝体和地基的损伤破坏。本文建立了较为完整的重力坝-地基-库水非线性动力分析模型,同时利用本文开发的程序模拟了重力坝地基体系的地震破坏。结合印度柯依那（Koyna）坝震害,研究了坝体和地基岩体均采用损伤模型重力坝地基体系的地震破坏过程。作为比较分析,研究了坝体采用损伤模型地基采用Drucker-Prager弹塑性模型重力坝地基体系的地震破坏。计算结果表明,地基分别采用损伤模型和D-P弹塑性模型,得到不同的破坏模式。坝体地基均采用损伤模型模拟的结果与实际震害接近,能更好反映重力坝地震损伤破坏。     

基于坝基塑性损伤的重力坝极限抗震能力研究

目前关于重力坝的研究大多仅考虑坝体的损伤破坏,而将坝基设为线弹性材料,这可能导致大坝震害情况与实际不符,而考虑坝基塑性损伤能明显减轻重力坝坝体损伤程度,可以更加真实的模拟出大坝的抗震承载能力。本文基于塑性损伤力学理论,以我国西南某拟建重力坝为研究对象,建立了考虑坝体-坝基整体塑性损伤的三维有限元动力计算模型,并对模型的正确性进行了验证。采用时程分析法分析了该重力坝在不同地震强度下的震损情况,并以坝体裂缝贯通上下游为失稳判别标准对该坝的极限抗震能力进行了评价。结果表明：当地震动强度为0.5g时,下游折坡处损伤区域贯通上游,此时重力坝上部坝体可视为脱离块体,重力坝产生失稳,因此可以判定该重力坝的极限抗震能力为0.5g。     

地基辐射阻尼对高拱坝非线性地震反应的影响

本文建立了一种拱坝-地基-库水系统地震反应分析的非线性有限元模型,可以同时考虑无限地基的辐射阻尼、坝体混凝土损伤开裂非线性和坝体横缝非线性等影响高拱坝地震反应的关键因素。利用所建立的有限元模型,以我国拟建的大岗山高拱坝为例,分析研究了地基辐射阻尼对坝体混凝土损伤开裂和坝体横缝开度的影响。结果表明,地基辐射阻尼可以明显减小强地震荷载作用下,坝体中上部的损伤开裂程度和坝体横缝的最大张开度,并改变其分布规律。     

ANSYS黏弹性边界在拱坝抗震分析中的应用

坝体-库水相互作用、地基辐射阻尼效应和地震波动输入方式是影响坝体地震响应的重要因素。基于大型非线性有限元程序ANSYS,利用APDL语言编写了施加动水压力、三维黏弹性边界和外源波动输入子程序。最后将该程序应用到某拱坝的地震响应分析中,并将ANSYS中的多线性等向强化模型与线弹性模型计算的结果进行了对比。结果表明:黏弹性人工边界考虑了地震波的远域能量逸散,其计算结果更加合理;考虑了材料非线性后,坝体单元应力有所减小,节点位移有所增大,更符合坝体实际的地震响应。     

基于不同本构模型的拱坝地震响应分析

基于线弹性本构、D-P本构和ABAQUS中的损伤塑性本构,对某拱坝进行动力响应对比分析。结果表明:在正常蓄水位下,采用损伤塑性本构时坝体的顺河向位移峰值最大、D-P本构次之、线弹性本构最小,且采用损伤塑性本构时坝体的顺河向位移响应最大值有滞后现象;采用损伤塑性本构坝体的应力峰值较其他两种本构坝体的应力峰值小,考虑材料的非线性后,应力值较线弹性本构和D-P本构更符合材料的实际承载能力;上游面的坝踵部位和下游面的两侧坝肩部位出现了不同程度的损伤,应加强这些部位的安全防护。     

考虑库底淤积层作用的碾压混凝土重力坝地震响应分析

以碾压混凝土重力坝为对象,开展了水平地震动作用下库底淤沙层对大坝动力响应影响的研究。将坝体碾压混凝土和基岩材料模拟为Drucker-Prager弹塑性材料,考虑碾压混凝土大坝层面和坝体-基岩交界面处的不连续非线性行为,采用相关流动法则和Lagrangian流体单元,考虑弹性地基,库水以及水库底部沉积物等不同材料介质间的相互作用,对有无沉积物和不同沉积物高度情形的碾压混凝土大坝进行了动力反应分析。分析结果表明,地震作用下库底淤沙层对碾压混凝土重力坝动力特性有着一定的影响,地震动作用下碾压混凝土大坝的弹塑性分析应适当考虑淤积层的影响。更多还原     

深厚覆盖层基础均质坝应力变形非线性有限元分析

针对某拟建的位于深厚覆盖层基础上的均质坝,建立了可考虑地基混凝土防渗墙及软弱地基对坝体应力变形影响的有限元计算模型,基于邓肯E—B材料本构模型,采用中点增量法,对该坝施工期和蓄水期的应力变形进行了二维非线性有限元分析计算,获得了不同时期坝体及坝基应力变形的分布与变化规律。     

地震作用下某重力坝极限抗震能力分析

基于ABAQUS建立了某拟建重力坝二维有限元模型,坝体采用塑性损伤材料,坝基为线弹性材料,对该坝在不同地震强度下的损伤分布情况、位移情况及耗能情况进行了分析。以坝体裂缝贯通上下游为失稳判别标准,该重力坝的极限抗震能力为0.3651～0.4g。     

高塑性混凝土防渗墙在湿陷性黄土坝基中的应用

位于三门峡市西段村水库大坝工程地基主要为厚层湿陷性黄土,对坝体和坝基土与混凝土防渗墙结合不利。经过三期配比试验研究,通过减少水泥用量、增加膨润土和粘土用量,保持砂石料配比基本不变,配制出了低胶凝材料、低弹性模量的双低高塑性混凝土防渗墙。采用非线性有限元理论对施工期、完建期、蓄水后坝体坝基应力应变进行计算与分析,结果表明:所配制的高塑性混凝土能保证强度和防渗性能要求,坝体和坝基应力、应变协调良好。     

混凝土坝坝体配筋抗震措施研究

已有研究表明，对混凝土坝抗震采用线弹性分析得到的最大拉应力远大于混凝土的抗 拉强度，在强震作用下，坝体将不可避免地产生开裂。本文以拉压应力损伤因子为内变量，采用混凝土塑性损伤模型，分析了坝体在地震荷载作用下的刚度退化以及在多维应力状态下拉应力引起的损伤破坏。在抗震措施方面，文中研究了塑性损伤模型的配筋模拟，并针对印度Koyna坝的震害情况，根据配筋前的塑性损伤分析，设置了两种不同的配筋方案，据此进行了塑性损伤动力分析，给出了配筋前后坝体的拉应力损伤因子分布及坝顶动位移响应。通过计算比较了配筋前后坝体的拉应力损伤因子分布范围及坝顶动位移响应，结果说明，配筋抗震措施能够明显地减小坝体损伤区的范围，显著限制坝体损伤区的扩展与贯穿，有效地改善了坝体的抗震性能。     

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。     

混凝土面板堆石坝地基防渗墙塑性损伤数值分析

在坝体填筑和水库蓄水作用下,防渗墙工作和受力条件复杂,可能产生塑性应变和墙体开裂.本文结合实测资料和数值分析,研究面板堆石坝深覆盖层地基防渗墙的应力变形和损伤特性.在基于实测资料分析防渗墙应力变形特性的基础上,采用混凝土塑性损伤模型,建立防渗墙应力变形及损伤特性的三维数值计算模型.数值模型考虑坝体和地基渗流-应力耦合效...