两种非线性模型下重力坝强震破坏机理研究

以某重力坝为例,在已有研究的基础上,分别采用塑性损伤模型和动接触力模型,对混凝土重力坝进行非线性动力分析,研究讨论了坝体头部强震破坏进程、破坏机理以及在贯通前后上下游节点对位移差变化情况,并基于两种模型的本构关系,对比分析了两种模型下重力坝强震损伤破坏演化过程的差异及其对重力坝极限抗震能力的影响。研究结果表明,采用塑性损伤模型计算的混凝土坝坝体头部折坡处的开裂要早于接触模型,但是开裂进程比接触模型慢;若以坝体头部开裂贯通为依据,损伤模型和接触模型的极限抗震能力相差不大,接触模型略低;对头部存在明确层面、不需要考虑网格细化问题等的碾压混凝土坝可采用接触模型,对于不存在明确层面的情况,建议采用损伤模型。     

强震作用下Koyna重力坝和某混凝土重力坝塑性疲劳损伤对比分析研究

对强震作用下混凝土重力坝塑性损伤问题进行了探讨,以Koyna重力坝和国内某混凝土重力坝坝段为研究对象,通过数值模拟分别计算分析出两个重力坝在强震作用下塑性疲劳损伤区域的产生及发展趋势,根据对比分析结果对重力坝设计阶段中需要重点关注的部位提出了有关建议,供设计部门参考.     

考虑强震持续时间的混凝土重力坝损伤累积研究

利用混凝土塑性损伤模型和塑性损伤力学的方法分析了混凝土重力坝在不同强震持续时间(强震持时)作用下的非线性损伤累积破坏效应,并根据大坝局部损伤评价指标和整体损伤评价指标对大坝损伤累积破坏程度进行了评价。分析结果表明:地震动强震持续时间对混凝土大坝损伤累积破坏有重要的影响,地震动强震持续时间越长,混凝土大坝损伤累积破坏越大;根据局部损伤评价指标可以有效地判定大坝抗震薄弱部位在大坝中上部,并且大坝整体损伤累积破坏指数可以反映地震动作用下大坝的整体损伤累积破坏程度,从而有效评价混凝土大坝的抗震性能,为混凝土大坝的抗震设计提供科学依据。     

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。     

基于塑性损伤模型的重力坝非线性地震响应分析

根据Lee和Fenves提出的塑性损伤本构模型及相关算法,自行开发了模拟地震作用下混凝土结构损伤发展过程的计算程序。其特点在于针对拉损伤程度较大时所出现的宏观裂纹张开,引入临界受拉损伤变量作为判断依据修正刚度退化变量,限制拉伸塑性变形过度增加,以求合理反映裂纹张开、闭合所引起的刚度退化和恢复现象。同时,对模型进行黏塑性正则化,以减小计算结果对网格尺寸的依赖性。通过对试件在不同加载条件下的响应和Koyna大坝的地震损伤发展过程的模拟,较好地验证了所采用本构模型和自行开发程序的合理性和有效性。     

强震作用下肋拱式渡槽动力响应及损伤破坏机理研究

为探究强地震作用下肋拱式渡槽结构的损伤破坏演化过程,以长岗坡渡槽为例,建立肋拱式渡槽结构三维非线性有限元模型,采用黏弹性人工边界方法来实现无限域地基的精准模拟,引入混凝土塑性损伤本构模型,开展不同地震强度作用下肋拱式渡槽结构的动力响应分析及损伤破坏模式的研究。研究结果表明：渡槽结构的动力响应随地震强度增大而增大;地震作用下,基于塑性损伤本构模型,通过模拟得到渡槽结构的峰值位移、峰值加速度响应均较线弹性本构模型模拟结果大,主要是因地震波的持续作用使结构出现塑性损伤,致使刚度退化;反之,峰值应力较线弹性模型结果小,主要是因结构出现的塑性损伤会导致结构阻尼增大,耗散能增大。渡槽整体结构损伤严重的部位为顺槽向靠近支墩位置的槽体、跨中肋柱以及支墩、肋拱、肋柱交界处,明晰了槽体、小腹拱、支墩等构件的损伤演化破坏演化过程,揭示了其主要是由结构受力不均而引发的混凝土受拉损伤破坏的损伤破坏机制。研究成果明晰了渡槽结构的抗震薄弱部位,可为类似渡槽结构的抗震设计及加固处理提供理论基础。     

考虑强震能量持时的混凝土重力坝损伤累积效应研究

地震动持时对大坝的损伤演化有显著影响,但目前在多向地震动持时方面的研究较少。为综合考虑多向地震动持时对重力坝累积损伤的影响,以某重力坝为研究对象,考虑混凝土的塑性损伤模型,分别考虑单一水平向、水平向和竖向两向地震动作用,采用综合能量持时公式研究综合能量持时对大坝损伤累积效应的影响,以及不同强度阈值范围的能量持时与大坝损伤指标之间的相关性。研究表明：能量持时对大坝的损伤破坏有显著影响,长持时的地震动会对大坝造成更严重的损伤破坏;竖向地震动作用会加剧大坝损伤破坏,进行大坝动力计算时应考虑地震动竖向分量的影响;15%~85%强度阈值范围的能量持时与损伤指标之间的相关性最优。研究成果可为大坝抗震设计提供参考。     

基于疲劳损伤的水库混凝土重力坝抗震性优化研究

重力坝被广泛应用于发电、供水等水利工程中,而疲劳损伤情况下的重力坝会引起严重的安全隐患。以云南省昭通渔洞水库为例,通过构建混凝土重力坝线弹性动力模型和混凝土塑性损伤模型,对重力坝进行数值模拟分析。结果表明,在地震波的影响下,重力坝坝顶和坝踵部位分别受到拉力和竖直向应力的影响。设置齿墙宽度为5和20m, 20m齿墙宽度时坝基面应力值最小,能有效加强坝体的稳定性。研究结果可为重力坝抗震性研究提供参考。     

地震载荷作用下混凝土重力坝损伤分析

为了深入研究混凝土重力坝在地震载荷作用下进入非线性状态并发生损伤破坏的力学机理,通过损伤力学理论对混凝土重力坝的损伤机制进行分析,运用有限元软件对混凝土重力坝发生损伤现象进行数值模拟。分析在x、y方向的地震载荷作用下,混凝土重力坝发生损伤的区域。监测坝体靠近损伤区域的节点的主应力变化情况。研究表明:在坝踵、坝趾以及坝颈下游面这些应力集中区域易发生损伤现象,主应力随着地震加速度时程变化而变化,地震加速度幅度越大,坝体的受拉应力水平越高,范围也越大,拉应力水平极易达到抗拉强度,进而发生损伤现象。揭示了混凝土重力坝在地震载荷作用下损伤的发生机制,为混凝土重力坝的设计和施工提供理论依据。     

强震作用下混凝土重力坝破坏模式研究

采用混凝土弥散性裂缝模型,运用非线性模型对国内某高混凝土重力坝进行破坏模式研究。通过地震超载法得到各类典型坝段最终破坏形态,并对典型坝段的裂缝演化进行了时间历程模拟,得到裂缝出现、发展至坝体破坏全过程。研究得出了不同类型坝段在极限地震荷载作用下的破坏规律,并对重力坝抗震关键部位和薄弱环节进行了总结,为实际工程中采取工程措施提供了参考。     

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。     

近断层地震动作用下重力坝损伤特性研究

为了解近断层脉冲型地震动作用下的重力坝损伤特性,以Koyna重力坝为例建立了塑性损伤模型,并对模型的正确性进行了验证。从坝体损伤区域分布、坝顶关键点位移以及坝体损伤耗能情况3个方面出发,对比研究了具有向前方向性效应、滑冲效应和无脉冲效应近断层地震动对重力坝损伤特性的影响。结果表明：向前方向性效应地震动作用下坝体产生的损伤破坏范围、坝顶关键点位移变形及坝体损伤耗能最大,其次为无脉冲效应地震动,滑冲效应地震动造成的影响最小,说明向前方向性效应地震动会对重力坝产生更为严重的损伤破坏影响,在重力坝抗震设计过程中应重点关注向前方向性效应地震动造成的影响。     

碾压混凝土重力坝失稳破坏机理研究

采用非线性有限元法，对碾压混凝土重力坝的应力分布和稳定性进行了分析计算，着重研究了在考虑和不考虑碾压混凝土层面影响的情况下碾压混凝土重力坝的失稳破坏机理。     

碾压混凝土重力坝破坏机理研究

碾压混凝土重力坝采用大仓面薄层连续浇筑，其层面是一个薄弱环节，这是一常规混凝土坝的主要区别之一。“八五”期间结合仿真模型试验和非线性有限元法计算，对碾压混凝土重力坝体层间破坏的形状、位置、发生条件及其影响因素进行了研究，为设计碾压混凝土重力坝提供科学依据。     

强地震作用下混凝土重力坝响应特性分析

研究了混凝土重力坝在高强度地震作用下的响应特性,分析了在地震峰值加速度不断增加时坝体屈服区域的发展方向。针对两个典型坝段,运用混凝土塑性损伤模型模拟了其结构的非线性特性。考虑了地震情况下动水压力的作用,通过动力有限元时程分析法计算了不同地震条件下两个坝段的动态响应。计算结果表明:当地震加速度较小时,重力坝只在坝踵区域出现小部分屈服,坝体能正常工作。若提高地震烈度,则局部损伤会纵深发展到达灌浆廊道部位,坝体会形成贯穿上下游的屈服区域并逐渐扩大致使结构失去稳定性。经两个坝段计算结果相互比较,得到了混凝土重力坝在强震作用下的非线性破坏形式,较为真实地反映出坝体的响应。     

超强地震作用下拱坝的损伤开裂分析

本文根据混凝土抗拉软化特性,基于混凝土塑性损伤模型,分析了大岗山双曲拱坝在超强地震荷载作用下的损伤开裂。研究采用非线性有限元的精细网格,考虑横缝非线性效应,应用时域方法分析了高拱坝在超强地震作用下的开裂形式以及损伤随着地震时程的发展情况。研究表明,拱坝在0.56g(PGA)超强地震荷载下坝体中上部梁向损伤指数达到0.9,拱坝该部位可能发生损伤开裂。同时由于损伤使坝体刚度下降导致坝顶位移与横缝开度显著增大,如横缝开度最大由16.2mm增大到36.8mm,因此需要考虑采取坝体抗震加强措施。     

混凝土损伤对重力坝可靠度的影响

混凝土重力坝运行若干年后或多或少都会出现一定的损伤,可能会严重影响重力坝的结构可靠度。基于混凝土损伤的基本原理,引入了损伤变量、有效应力和混凝土损伤模型等基本概念,利用材料力学原理建立了重力坝沿建基面的抗滑稳定、坝趾抗压强度和坝踵抗拉强度的功能函数,结合混凝土损伤及重力坝功能函数建立了极限状态方程。运用JC法对某一典型混凝土重力坝进行了实例分析,并针对坝高做了敏感性分析,得到了较为满意的结果。     

基于 ABAQUS 的高拱坝强震作用下的损伤破坏分析

为预测高拱坝在强烈地震作用下可能的开裂范围,基于有限元软件ABAQUS内嵌的混凝土损伤塑性模型,对国内某拱坝在强烈地震作用下的动力响应进行了数值模拟,得到了地震全过程拱坝拉损伤分布和典型单元的损伤发展时程。分析表明,大坝在经历强震作用后总体损伤不大,但坝体拱冠梁附近中上部及坝体与基岩交界处局部损伤严重,是抗震薄弱部位。研究给出了拱坝的损伤发生、发展过程,为高拱坝抗震安全评价提供了一种分析途径。     

混凝土重力坝-水库系统非线性动力响应试验研究

本文旨在通过小尺度模型（1:150）的实验室方法,研究混凝土重力坝-水库系统的非线性响应。为了保持相似性,采用适当的水泥、砂、膨润土和水的配比确定模型坝的特征,大坝-水库模型能够传递水库水的水动力,且无水渗透。研究分别对空水和满水情况下的大坝-水库系统进行试验,以观察大坝的基本行为、裂缝形成、裂缝张开、裂缝平面滑动和裂缝稳定性模型,采用损伤塑性模型进行数值分析。研究忽略了刚性坝基础的影响,计算了大坝模型的特征频率和由拉伸损伤引起的裂缝扩展,并与试验值进行了比较。结果表明,所建立的大坝-水库系统实验模型是准确的。     

龙滩碾压混凝土重力坝试验研究

碾压混凝土重力坝采用大仓面薄层连续浇筑，其层面是一个薄弱环节，这是与常规混凝土坝的主要区别之一。为此结合仿真模型试验和非线性有限元法计算，论述碾压混凝土重力坝层面破裂面的形状、位置、发生条件及其影响因素，为设计碾压混凝土重力坝提供了科学依据