拱坝横缝非线性动力响应的模型试验和计算分析

本文采用脆性材料（重晶石膨润土混合料）制作的拱坝模型来研究拱坝横缝的非线性动力响应，通过振动台输入谐波和地震波对械模型拱坝进行动力试验，并运用拱坝非线性分析有限元程序ADPD-88来进行计算比较，试验结果验证了数值模型的可行性，揭示了带横缝拱坝在地震荷载作用下的反应规律。此外，本文对运用有限元程序来计算拱坝横缝地震非线性反应提出了若干建议。     

大岗山拱坝考虑阻尼器抗震措施的非线性动力反应分析

本文在已有的拱坝非线性动力分析程序ADAP-88中加入阻尼器模型,开发完成了可考虑阻尼器抗震加固措施的数值分析程序,并将该程序应用于大岗山拱坝的非线性动力反应分析中。研究表明,阻尼器抗震措施对控制高拱坝在强震作用下的横缝张开度有一定的效果,但对坝体应力的分布规律和量值影响不大。     

乌东德拱坝非线性地震反应分析

本文在计入坝、地基和库水动力相互作用的情况下,用LDDA(拉格朗日不连续变形分析)模拟拱坝横缝,粘弹性边界为吸能边界的拱坝地震输入模型计算乌东德拱坝非线性地震反应,研究无限地基辐射阻尼和拱坝横缝对坝体反应的影响,分析乌东德拱坝的静动力响应和拱坝横缝在地震作用下的张开情况,并将其计算成果与基于人工透射边界的时域显式有限元方法进行了比较分析.     

不同库水模型对拱坝横缝开度的影响

地震作用下横缝的张开、闭合与滑移对高拱坝的动力响应有着显著的影响,而横缝的张开度是有横缝拱坝抗震分析的一个重要计算指标.结合实际工程,采用有限元混合法模拟横缝的非线性行为,用多次透射人工边界条件计及无限地基的辐射阻尼效应,给出三种库水模型及其数值求解方案,考查不同库水模型对高拱坝横缝开度的影响.计算表明,忽略水体的可压缩性将引起显著的计算误差,横缝最大张开度不但幅值不同,沿坝轴线方向的分布也有较大差异.附加质量模型和忽略水体的可压缩件将过分夸大库水对坝体的作用,在计算中应该考虑库水的可压缩性.     

有横缝高拱坝非线性地震响应动接触模型

本文针对有横缝高拱坝的非线性动摩擦接触问题,提出一种新的动接触算法——有限元混合法。该方法根据接触问题局部非线性的特点,将作用在接触体上的力系分解为外力和接触界面上的接触力,以接触体的位移为基本未知量,而以接触区域局部坐标系下的结点接触力为迭代变量,将非线性接触迭代收缩在可能接触面上进行,把复杂的摩擦接触非线性反映在接触力的变化上,使得迭代计算变得简单易行,并且当考虑坝体中有多条横缝的情况,可以保持关于接触力的柔度矩阵的带状性和稀疏性,大大提高了计算效率。文中首先给出了有横缝高拱坝的非线性动摩擦接触问题的力学模型,推导得出了相应的有限元柔度方程,然后详细给出了迭代求解的步骤。最后,用本文方法对地震作用下某高拱坝横缝的张开与闭合过程进行了算例分析。     

不同横缝接触与库水模型对拱坝动力反应的影响

本文基于有限元非线性动接触模型，对拱坝横缝非线性动力响应进行研究，重点讨论：(1)拱坝横缝键槽对限制缝面切向滑移的不同程度约束对反应的影响；(2)分别采用Westergard模型和不可压缩流体有限元模型考虑上游库水对坝面的动压力作用，比较分析了上述不同水库模型对拱坝在地震作用下横缝开度响应分布的影响。计算结果表明：(1)考虑键槽对横缝两侧施加完全切向约束条件对降低拱坝两岸的横缝开度幅值有重要的意义；(2)相比流体有限元模型，基于Westergaard动水压力公式计算得靠近两岸坝肩部位横缝开度响应有一定程度偏大，这一结论已被前人试验成果所证实。     

特高拱坝横缝开度问题研究

本文借溪洛渡拱坝为例,探讨特高拱坝横缝开度控制的有效方法与措施。利用横缝开合模拟技术,真实模拟大坝横缝在施工过程中横缝的开合叠代过程,在反馈分析其横缝开度的基础上,对未来横缝的开度进行了预测预报,针对大坝横缝开度偏小的特点,提出了有效增大横缝开度,增强可灌性的措施与方案,为保障拱坝横缝灌浆效果、保证大坝整体安全提供重要保障。     

基于虚拟裂缝模型的带横缝高拱坝的抗震性能研究

针对国内某高拱坝,基于Hillerborg断裂力学理论的混凝土本构模型,采用constraint-function的接触算法,考虑大坝的横缝和诱导缝,建立三维坝体-地基动力相互作用分析模型。选取不同地震波,对模型进行非线性动力时程分析,研究地震过程中混凝土坝体拉-压交替的受力规律以及动力损伤的开裂过程,分析横缝和诱导缝在地震中开合往复的工作性态。研究方法和研究成果对评价高拱坝的抗震性能提供一种有效的方法。     

拱坝横缝的张开温度及其应用

拱坝横缝工作性态是评价大坝全生命周期性能的重要组成部分,利用温度值对其特性开展研究并实现对其控制,具有重要的实际价值。本文通过分析实际工程数据,总结了拱坝横缝随坝块混凝土内部温度变化的规律。定义了拱坝横缝的张开温度并推导了其计算方法,阐述了横缝张开温度在实际工程中的具体应用。结果表明：横缝张开温度可作为判断横缝工作性态的重要指标,并以此为依据为工程提供个性化优化措施,达到精准控制横缝张开时机及张开量的目的。     

混凝土拱坝温度应力与横缝性态智能控制方法

温控防裂与横缝工作性态调控是混凝土拱坝施工期面临的两大难题,而冷却通水策略是控制拱坝混凝土安全、横缝开合的关键因素。为此,本文提出了混凝土拱坝温度应力与横缝性态智能控制方法,并综合应用智能化控制理念、仿真分析工具、自动控制技术构建了混凝土拱坝温度应力与横缝性态智能控制系统。分析表明,该系统有效调控了坝体应力与横缝工作性态、充分发挥了混凝土材料性能、大幅提升了温控施工效率,实现了拱坝温控防裂与横缝性态调控的多目标智能优化。     

带横缝拱坝地震破坏机理的振动台试验研究

本文通过脆性材料制作的带横缝拱坝模型,采用逐步加大的谐波荷载,考察拱坝的动力破坏机理.通过对模型拱坝整个破坏过程的观测,重点研究不同破坏阶段模型拱坝在动力荷载作用下的一些反应规律.同时,结合试验模型坝体的破坏历程.对拱坝计算专用有限元程序ADADP-88的合理性做进一步验证,为工程实际的破坏计算预估莫定基础.     

汶川地震中沙牌拱坝坝体分缝开裂分析

采用基于接触力方法的接触非线性模型研究沙牌拱坝横缝和诱导缝在汶川地震中的工作性态,同时计入地基辐射阻尼效应。对横缝和诱导缝取不同强度的组合进行多方案的对比计算,从上游坝顶张开度时程、最大张开度数值以及最大张开度分布三个方面进行较为全面的分析,对解释汶川地震中沙牌拱坝横缝和诱导缝地震反应有参考价值。     

高拱坝非线性地震反应分析中横缝模拟方案研究

本文采用显示有限元结合人工透射边界的地震波动模拟方法和动接触力模型,研究了高拱坝地震反应分析计算模型中,合理模拟坝体非线性反应所需的横缝设置条数,位置和间距,得出了设置少数横缝能基本反映坝体应力反应,但横缝张开度则与横缝布置间距密切相关,准确模拟横缝开合情况需模实际间距,及顶拱冠和两坝头可能出现较大横缝开度的结论。     

地震动峰值位移对高拱坝地震反应的影响

本文研究地震动峰值位移对高拱坝地震反应的影响,为此选用根据水工规范设计反应谱拟合而成的峰值加速度及速度相同,而峰值位移不同的两组地震动时程(每组35条)作为输入。在显式有限元结合黏弹性人工边界的时域波动分析方法的基础上,以小湾拱坝为例,统计分析两组地震动分别按顺河向垂直入射时小湾拱坝的地震动力响应,探讨峰值位移对小湾拱坝–地基系统地震反应的影响。计算结果表明地震动峰值位移对坝体的主应力、顶拱拱端的拱向应力及拱冠梁底部附近的梁向应力均有较显著的影响,对于坝体顺河向位移也有较大影响。因此,对高拱坝进行抗震安全评价及设计时,应考虑地震动峰值位移的影响。     

库底饱和淤积砂层对高拱坝地震反应的影响研究

本文中采用时域显式有限元方法,将库底淤积砂层模拟为重流体,以小湾拱坝为例,分析可压缩库水条件下库底饱和淤积砂层对高拱坝地震反应的影响。计算结果表明,从总体上来说饱和淤砂层的存在对高拱坝地震反应影响较小,但是仍有一些局部反应的变化值得注意。     

用刚体弹簧元研究拱坝的地震破损过程

在满足刚度、强度和荷载等效的基础上，本文采用三维刚体弹簧元模型模拟连续一非连续介质系统，通过拱坝在自重和水压荷载作用下的位移场和应力场的计算，并且与有限元方法计算的结果对比，表明该法在模拟连续介质方面的精度在工程上可以接受。随后应用这一模型分析某拱坝的地震破损过程，计算结果表明，地震加速度峰值对拱坝整体性受损存在一临界值，对于研究的某拱坝，在选定的几何参数和物理参数条件下，当地震加速度峰值小于0．4g时，坝体的整体性保持较好，地震引起的动力残余位移较小且呈线性变化；当地震加速度峰值大于0．5g时，由于强震的往复作用，横缝以及水平施工缝的开裂造成拱坝中上部产生分离的混凝土块体，拱坝整体性受损较重。因此，建议在坝体中上部配置钢筋抗震加固带以提高拱坝的抗震安全性能。     

考虑重力坝纵缝结合程度的非线性有限元数值模拟

为了对老化混凝土重力坝纵缝进行较为合理的模拟,在分析接触面法向和切向非线性受力特性的基础上,详细给出了具有厚度的接触面单元的法向和切向本构关系模型,特别是针对工程中实际问题提出了适合描述纵缝结合程度的法向关系新模型,编制了有限元计算程序.该程序对接触面非线性计算采用增量迭代法,实现了接缝单元强度校核时的结点不平衡力计算与单元法向嵌入控制时的嵌入调整同步进行.本文利用典型算例验证了该程序的合理性、精确性与普适性.最后,通过对一实际老混凝土重力坝纵缝的模拟,明确纵缝各力学参数对坝体变形和应力的影响规律,并为混凝土重力坝类似接缝问题的分析研究提供新的思路和实用数值方法.