高拱坝抗震安全研究

我国是多地震国家,高坝大库多建于西部强震区,其中坝高超过200 m的大坝多为混凝土拱坝,其抗震安全至关重要。结合2018年11月颁布实施的《水工建筑物抗震设计标准》(GB 51247—2018)的编制工作,在高拱坝抗震方面取得的主要研究成果,包括大坝抗震设防水准框架、大坝地震动参数的合理确定、大坝地震动输入机制、大坝—地基系统整体抗震稳定分析和大坝坝体强震损伤破坏机理分析,据此提出了最大可信地震下高拱坝抗震安全定量评价指标。     

高拱坝抗震安全性能评价指标探讨

随着拱坝建设高度和设防烈度的不断提高,传统的强度评价指标已无法满足抗震安全评价的需求。针对300 m级高拱坝的抗震安全评估,建立了考虑坝体横缝接触非线性、坝体混凝土材料非线性以及坝基岩体断层、夹层非线性的有限元模型,采用地震动逐级加载,分析了拱坝的横缝开度、坝顶变形以及坝体损伤随着地震动强度的变化规律。分析表明:尽管在地震动强度很大的情况下坝体中上部损伤程度很大,但坝顶位移、横缝张开度等响应随地震动强度的变化并没有表现出明显的突变现象,并不适宜作为坝体抗震安全的评定指标和监测指标;相比而言,坝体损伤体积的变化随着地震动强度的增加出现突变,反映了坝体整体的破坏状态,可以作为拱坝抗震安全的评价指标;今后需要解决坝体变形、横缝开度等与坝体、坝基损伤之间的相关性关系。     

高拱坝抗震安全评价指标研究——以白鹤滩拱坝为例

为研究拱冠梁中上部在地震作用下的局部稳定性,提出合理的局部抗震安全评价指标,本文以白鹤滩拱坝为例,建立三维有限元模型进行数值模拟计算。将拱冠梁中上部作为研究对象,以基于坝段的抗滑安全系数及抗滑安全系数持时作为局部安全评价指标,研究了两个指标随地震动峰值加速度(PGA)的变化规律及其沿坝段高程的分布规律,并基于指标的统计结果明确了拱冠梁中上部薄弱位置。结果表明,随着PGA的增加,拱冠梁中上部抗震安全薄弱面所在的位置是逐步降低的。PGA低于0.8g时,拱冠梁中上部位抗震安全的薄弱面位于0.79~0.83倍坝高位置;PGA大于等于0.8g时,拱冠梁中上部抗震安全的薄弱面位于0.76~0.79倍坝高位置。本文计算结果与高拱坝振动台地震破坏试验结果相近,提出的评价指标应用于拱冠梁中上部的评价效果较好,可为高拱坝中上部抗震薄弱部位的定位及大坝安全监测提供参考。     

高拱坝抗震动力分析和安全评价

地震荷载作用下大坝动力响应及其抗震安全问题对建于高烈度地震区的高拱坝往往成为工程设计的控制性关键问题，结合现行的《水工建筑物抗震设计规范》(SL203—1997)，综述了高拱坝的抗震设防标准、动力分析方法、大坝混凝土的动态抗力以及抗震安全评价的基本原则、规定和方法及其适用范围，介绍了当前高拱坝抗震研究中包括计入坝区实际地质地形条件、地震动能量向无限远域逸散的所谓地基辐射阻尼影响、坝体伸缩横缝非线性以及坝体全级配混凝土动态特性方面所取得的最新研究进展，就今后高拱坝抗震设计中应重点研究解决的几个问题提出了建议。     

当前混凝土高拱坝抗震研究中的几个问题

综述能对坝基、坝身与库水综合分析的简单实用方法,合理的高拱坝抗震安全评价准则,混凝土材料强度的动力特性,坝址河谷地震动的输入模型,抗震工程措施等高拱坝抗震研究中亟待解决的问题和难点.在分析高拱坝抗震研究最新进展的基础上,提出进一步完善用动力分析技术研究坝、水、地基综合系统的地震响应、更新抗震设防理念、建立不均匀地震动模型、加强抗震工程措施的有效性研究等建议.     

基于向量地震动强度指标的拱坝地震易损性分析

将地震动顺河向分量的一、二阶谱加速度以及地震动横河向、顺河向分量的一阶谱加速度分别作为反映地震动强度的向量指标,建立了以拱冠位移、横缝开度和损伤体积比为性能指标的拱坝地震易损性曲面,以预测拱坝在不同强度水平的地震作用下达到各级破损的概率。以白鹤滩拱坝为研究对象,考虑地震动以及材料的不确定性对拱坝进行增量动力分析,将分析结果取对数后进行二元线性回归,得到概率地震需求模型,然后建立了不同性能指标的拱坝地震易损性曲面,并对基于向量地震动强度指标和基于标量地震动强度指标进行拱坝地震易损性分析的效率进行了比较。研究结果表明:基于向量IM的易损性分析能够显著降低拱坝地震需求预测的离散性,同时基于向量IM比标量IM更加高效,采用基于向量IM的地震易损性曲面对拱坝进行易损性分析能更加准确地评估拱坝的抗震性能。     

小湾拱坝在不同概率水平地震作用下的抗震安全性研究

本文采用非线性地震波动分析方法,将坝体、地基、库水的强震反应作为满足体系中接触面边界约束条件的波传播问题求解,以坝体位移反应发生突变作为拱坝体系整体失稳判断准则,依据设计概率水平及实际可信超设计概率水平确定的地震动,对小湾拱坝的地震响应进行数值计算分析,给出其在不同水平地震作用下的抗震超载安全度。分析结果表明,该拱坝在实际可能发生的最大地震作用下,尚有1.3倍的超载裕度,其抗震安全性能满足设计要求。     

高拱坝稳定性评价的方法和准则

以高拱坝的极限受务过程中的破坏机制为基础，探讨了拱坝弹性应力状态，非线性状态，流变状态和失稳变形的极限状态，总结了若干高拱坝分析的结果，建议以地质力学模型的破坏试验有限元分析方法以及相应的稳定性评价准则，采用点，面安全度方法评价稳定。     

高拱坝技术的新进展

根扰世界上已修建高拱坝的实践及研究成果，近年来我国结合工程实际，国家组织科研院所，大学院校，设计院及施工单位对高拱坝的关键技术进行攻关研究，在高拱坝泄洪消能，动静力分析及施工等方面取得的成果，大多属创新性的并有普遍适用性，具有广泛的推广应用前景，对推进高拱坝技术的进展起到推动作用。     

强震区高拱坝抗震安全研究

从2008年"5.12"汶川大地震到今年"4.14"玉树地震,西部强震区高拱坝的抗震安全问题成为坝工界密切关注的问题。从我国强震区高拱坝抗震研究与工程建设中现存的问题出发,分析并总结了高拱坝地震破坏机理和高拱坝抗震设计理念(包括抗震评价准则、混凝土材料动力特性研究、高拱坝抗震设计分析等)的研究与发展,指出了当前高拱坝抗震较为适用的抗震措施,为今后的研究提供参考。     

关于强震下拱坝损伤整体判别指标的初步探讨

地震动的强烈不确定性使得高拱坝在满足设计地震烈度要求的前提下必须深入研究超载地震动作用下的抗震裕度。本文通过对考虑横缝的高拱坝在不同强度地震动下的响应进行了分析，并根据计算结果，得到大坝在逐级增强的地震动作用下，拱冠顺河向位移和输入加速度呈现出分段变化的规律。相比于搜索拱坝结构在强震作用下具有较强随机性的失效路径而言更有可操作性，在如何解决超静定拱坝在强震下的整体抗震性能评价指标方面提出了有益的参考。     

新抗震规范要求下高拱坝抗震安全研究

白鹤滩水电站区域构造稳定性较差,2016年的设计地震动参数复核结果表明,场址100年超越概率2％相应基岩水平地震动峰值加速度为451 gal.根据NB 35047-2015《水电工程水工建筑物抗震设计规范》、GB18306-2015《中国地震动参数区划图》以及地震安全评价结果,基于复核后的地震动参数,对高289 m的白...     

乌东德高拱坝抗震设计研究

乌东德水电站地处亚欧大陆地震带,其抗震性能受到广泛关注。采用“静力设计、动力调整”方法进行大坝体形设计,并采用现行抗震规范规定的基本分析方法与非线性有限元法对大坝选定体形的抗震性能与抗震安全性进行分析评价,提出了大坝抗震措施和强震监测设计方案。研究结果表明,乌东德高拱坝在设计与校核地震作用下,坝体应力状况较好,与国内几座高拱坝相比,应力水平较低,横缝开度较小,坝肩抗滑稳定裕度大,大坝-坝基系统具有较强的极限抗震能力。     

强震下拱坝损伤整体判别指标的初步探讨

地震动的强烈不确定性使得高拱坝在满足设计地震烈度要求的前提下必须深入研究超载地震动作用下的抗震裕度。本文通过对考虑横缝的高拱坝在不同强度地震动下响应的分析,得到大坝在逐级增强的地震动作用下,拱冠顺河向位移和输入加速度呈现出分3段变化的规律。由此提出了拱坝整体抗震性能的3个阶段水平。同时,地震动峰值加速度也是一个随机变量,本文考虑了这个随机性,计算了拱坝在考虑某大小地震作用下处于某一功能水平的概率。相比于搜索拱坝在强震作用下具有较强随机性的失效路径的方法而言更有可操作性,本文在解决超静定拱坝在强震下的整体抗震性能评价指标方面提出了有益的参考。     

重力坝抗震性能的POA-ETA评价方法

本文结合耐震时程法(ETA)和静力弹塑性分析法(POA)各自的优点,提出了能够考虑结构多阶振型、地震随机性影响的POA-ETA法,并以此对混凝土重力坝进行抗震性能分析。通过分别对ETA和POA基本原理进行分析,总结了POA-ETA法的基本原理以及实施的关键步骤。采用ETA法生成不同峰值加速度的ETA时程,并以此作为激励,得到结构的动力响应。通过动力响应结果,得到结构的能力谱曲线,延性比-等效周期比,延性比-等效阻尼比曲线,并以此代入POA法中评价结构的抗震性能。本文采用Koyna混凝土重力坝模型,使用提出的POA-ETA法对坝体结构"中等破坏"、"严重破坏"两种损伤指标所对应的性能点(谱位移)值进行计算,从而对坝体结构抗震性能及抗震指标进行分析。研究表明,采用POA-ETA法可以得出不同损伤程度下的抗震性能,具有一定的适用性。