官地碾压混凝土重力坝的抗震分析

在西南高地震烈度区建设160m级高的官地碾压混凝土重力坝,其抗震安全性成为大坝设计的关键因素,对大坝进行抗震安全评价具有十分重要意义。本文采用时程分析法计算了该碾压混凝土重力坝非溢流坝段的动力响应,研究该坝在地震中的安全性,并提出抗震措施。计算结果表明,在Ⅷ度地震设防烈度下,坝头部位是大坝的抗震薄弱环节,提高坝头部位混凝土的抗拉强度,可以提高大坝的抗震性能。     

不同地震波荷载作用下重力坝破坏模型差异研究

随机性是地震荷载重要的特征因素之一,在抗震设计中不容忽视.本文选取金安桥重力坝作为研究对象,对大坝处于不同地震波荷载作用下的破坏模式差异展开研究,探讨不同类型地震荷载作用下重力坝的失效特征及动力响应,可以为重力坝抗震设计提供依据.研究结果显示,不同地震波荷载作用下重力坝的破坏模式存在明显差异,大坝位移变化幅值、损伤演化速度与输入的地震动荷载参数关系紧密.因此受地震荷载随机性影响,结构潜在的易损区域并不能仅通过某条单一地震波分析确定,需加强地震荷载频谱特性与结构动力响应相关性的研究.     

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。     

上、下游面坡度对重力坝抗震性能的影响

采用振型分解反应谱法,分析了不同上、下游坡度的某重力坝在8度地震设计烈度下的地震响应,得到了地震作用下大坝不同坡度顺流向和竖向的最大位移响应、坝踵最大拉应力响应和坝址最大压应力响应。通过对比分析,得到地震作用下上、下游坡率变化对重力坝抗震性能的影响。     

基于Kanai-Tajimi模型的重力坝随机地震分析

根据地震最大加速度和功率谱强度的关系,计算Kanai-Tajimi模型的加速度功率谱密度函数,并运用到重力坝随机地震分析中,得出关键部位的位移、应力、加速度及相应加速度响应功率谱曲线与大坝自振频率之间的关系,可为重力坝抗震设防提供参考依据。     

重力坝随机地震动力分析方法研究

本文用随机过程模拟坝基地震动输入及结构动力响应，运用随机振动理论进行二维重力坝结构地震动力分析。提出了二维随机地震动输入实用模型，详细论述了重力坝结构随机地震动力响应的分析方法。     

基于新、旧规范的混凝土重力坝地震响应对比

大坝的抗震计算是设计人员所关注的重点问题,由于最新行业标准GB 51247—2018《水工建筑物抗震设计标准》对标准设计反应谱曲线进行了修订,为了能够准确对比新旧标准的反应谱对坝体造成的影响程度,文章综合应用反应谱法和时程分析法计算了混凝土重力坝典型坝段的地震响应应力,结果显示新规范下大坝重要部位的应力有所增加,结构抗震安全性降低的概率较大,对已运行的重力坝按照新规范进行抗震强度核算的必要性较大。     

基于易损性混凝土重力坝地震风险研究

混凝土重力坝地震风险分析是对坝址区在运行期内遭受某一概率水平地震作用的可能性及发生某种程度地震灾害和社会后果概率的研究论证。采用已给出的大坝地震破损等级评价标准,通过地震危险性分析和地震易损性分析计算,提出了大坝的地震风险评价模型,并据此给出了金安桥大坝不同震害等级的风险概率。这对于优化大坝的抗震设计及科学合理的维修加固决策具有十分重要的意义。     

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。     

层状淤沙对混凝土重力坝地震响应的影响分析

本文研究了不同厚度淤沙对混凝土重力坝地震响应的影响以及一定厚度层状淤沙的不同分布形式对混凝土重力坝的地震响应的影响。基于饱和多孔液固两相介质的压力波动方程,设层状淤沙各层厚度不同,将层状淤沙分为三种不同分布形式,在每种分布形式每层的物理参数相同和物理参数不同两种情况下,确定了淤沙对混凝土重力坝地震响应的影响大小。通过算例分析表明,相同物理性质不同的分布形式对地震响应的影响不显著,而不同的分布形式对坝体的地震响应影响较大。     

重力坝极限抗震能力分析方法及其工程应用

重力坝实际可承受的地震动加速度峰值可能远大于设计地震动峰值加速度的水平,研究重力坝的极限抗震能力显得尤为重要。采用ANSYS软件自带的混凝土弥散裂缝本构模型模拟坝体混凝土材料,基于地震超载法逐步放大地震加速度峰值并采用动力时程法研究其动力响应,以混凝土大坝坝体出现贯穿性裂缝或者坝基屈服区连通,且按有限元计算中迭代不收敛为判断依据,计算分析重力坝极限抗震能力,并采用该方法研究了浩口重力坝5号坝段的极限抗震能力。     

基于增量动力分析的混凝土重力坝抗震性能分析

基于性能的抗震设计理念, 利用增量动力分析法(IDA)结合所建立的混凝土重力坝模型, 根据分位分析结果评估重力坝抗震性能。以Koyna重力坝为例, 分别建立以无质量地基法和附加质量法的传统模型和以黏弹性边界法和流固耦合法建立的坝体-地基-库水相互作用抗震分析模型。选取16条地震记录作为输入, 选取地面峰值加速度作为地震强度指标、坝顶相对位移作为结构性能指标, 以此为基础作IDA曲线。将两种模型分位分析结果进行对比, 结果表明:针对不同保证率的地面峰值加速度(PGA), 新模型总体安全冗余度高于传统模型10%~20%, 以传统方法建立的抗震分析模型的计算结果偏于保守, Koyna大坝的极限抗震能力约为0.45g, 其功能保障水平约为0.34g; IDA方法也将为今后大坝抗震设计提供一种新的思路。     

可控震源地震勘探在大坝检测中的应用试验

某电厂大坝为黏土斜墙堆石坝,其黏土防渗层的状态(密实性、一致性等)是极其重要的问题.瞬态瑞利面波探测技术可用来检测堤坝松散层和土坝渗漏水异常区.可控震源激发波形精确可控,可激发高频地震波,以提高地震勘探分辨率,进行浅层薄层地震勘探.本文应用研制的可控震源地震勘探系统对大坝进行了实地测试,对测试数据进行了频散分析,衰减系数与能量分析,波速计算分析.分析结果表明,大坝局部区域存在低速点;研制的可控震源系统可有效地进行浅层地震信号勘探.     

混凝土重力坝动力弹塑性损伤安全评价

本文利用能考虑混凝土软化并可反映实际损伤耗散的模型，对结构进行动力损伤分析，用损伤量这一表明材料或结构渐进破坏的指标，并结合结构应力重分布，对大坝进行地震安全评价。对Koyna坝动力弹塑性损伤分析结果表明，大坝的最大拉应力、最大压应力和损伤分布与Koyna大坝实际破坏情况大致相符，验证了计算模型的有效性。将其应用于三峡大坝的一个非溢流断面，得到地震作用下的弹塑性损伤响应，并据此评价大坝结构的安全性能和超载潜能。研究表明，利用损伤力学进行混凝土重力坝安全评价将取得较合理的结果，损伤是除应力之外对结构安全评判的可信指标。     

基于不同边界的混凝土重力坝地震损伤分析

对于混凝土重力坝的地震损伤研究而言,组建合理的大坝模型对计算结果的精度和可靠性有很大影响,其中模型边界的选取和设置至关重要;采用黏弹性人工边界的重力坝模型计算所需时间较长,操作也较复杂,结合薄层单元和黏弹性人工边界构造了等效黏弹性人工边界,对比了黏弹性人工边界和等效黏弹性人工边界模型的结果,发现两种边界控制下的坝体地震损伤结果类似,坝体受损轻微,且等效黏弹性人工边界消耗的计算资源较少,其结果仍具有较高精度。     

基于ABAQUS 的黏弹性人工边界在重力坝分析中的应用

无限地基的辐射阻尼效应是影响坝体地震反应的重要因素。本文采用黏弹性边界并在非线性有限元软件ABAQUS软件上成功实施,经与理论解的结果对比,具有较高的求解精度。文中以典型的Koyna重力坝地震反应分析为例,比较了黏弹性边界与传统的固定边界无质量地基的计算结果,特别是利用混凝土损伤模型对Koyna重力坝遭遇强震时震害现象进行了初步分析,得到了大坝下游折坡处与实际遭受的地震破坏现象和破坏程度基本一致的结果。     

地震作用下混凝土重力坝破坏过程与破坏形态数值仿真

在考虑混凝土材料细观非均匀性影响的基础上,探讨了在材料参数和地震动等不确定性因素影响下混凝土重力坝的破坏过程和破坏形态。通过对金安桥混凝土重力坝的180个样本的非线性数值模拟统计分析,得到了不同地震作用水平下的大坝损伤破坏情况,并提炼出四种典型的破坏形态。计算结果表明随着地震动的增大,大坝损伤总体上趋于严重,但也存在高地震动水平下轻微损伤的情况。典型的破坏形态除了坝头折断、坝踵开裂以外,还发现了下游面起裂、贯穿至上游的情况,且随着地震峰值加速度的增大而越发明显。这对于全面了解重力坝地震损伤的薄弱环节,优化抗震措施提高大坝抗震能力是十分有意义的。     

黏弹性人工边界地震动输入方法及实现

本文对实现黏弹性边界的常用方法进行了总结,对相应于黏弹性边界的地震动输入公式进行了详细推导,把自由场应力的求解也转化为自由场速度的求解,简化了地震动输入公式,并给出了地震动输入的简化方法。基于ABAQUS软件,进行算例分析并和理论解进行对比,验证了各种黏弹性边界实现方式及本文地震动输入方法的合理性和正确性。最后,对大朝山重力坝典型挡水坝段进行地震响应分析,通过施加黏弹性边界并输入相应地震动,评价了无限地基辐射阻尼的影响,并与无质量地基模型的计算结果进行了比较。结果表明,考虑辐射阻尼效应后坝体地震响应明显降低,故在实际工程抗震分析时对其影响应予以适当考虑。     

基于扩展有限元法的重力坝强震潜在失效模式分析

扩展有限元法（XFEM）通过在相关节点的影响域上富集非连续位移模式,使得对非连续位移场的表征独立于单元边界,可以有效描述混凝土中的裂纹扩展。以Koyna重力坝为例,采用XFEM 分析了大坝地震渐进破坏过程和失效模式,数值模拟结果与文献中的模型试验结果基本一致,验证了计算模型的有效性。考虑地震动频谱特性的影响,采用合理的地震波对国内某混凝土重力坝强震下的动力破坏过程进行了数值仿真分析,得到了不同水平地震作用下的大坝破坏形态,并概化出强震作用下混凝土重力坝的潜在失效模式,为大坝抗震设计、特定失事模式下的工程安全风险率分析及洪水演进提供计算基础。     

地震作用下混凝土重力坝破坏过程与破坏形态数值仿真

在考虑混凝土材料细观非均匀性影响的基础上,探讨了在材料参数和地震动等不确定性因素影响下混凝土重力坝的破坏过程和破坏形态。通过对金安桥混凝土重力坝的180个样本的非线性数值模拟统计分析,得到了不同水平地震作用下的大坝损伤破坏情况,并提炼出4种典型的破坏形态。计算结果表明随着地震动的增大,大坝损伤总体上趋于严重,但也存在高地震动水平下轻微损伤的情况。典型的破坏形态除了坝头折断、坝踵开裂以外,还发现了下游面起裂、贯穿至上游的情况,且随着地震峰值加速度的增大而越发明显。这对于全面了解重力坝地震损伤的薄弱环节,优化抗震措施提高大坝抗震能力是十分有意义的。