基于两类横缝接触模型的拱坝非线性动力响应研究

本文基于主、从接触面的接触边界方法,采用限制接触面切向滑移的弹簧单元,模拟切向完全约束的高拱坝横缝在地震动荷载作用下张开、闭合的非线性力学行为,并应用有限元隐式迭代方法求解结构的动力响应。为了适应拱坝计算,文中对基于接触边界的ABAQUS模型进行了功能扩展,包括引入弹簧单元约束切向滑移、嵌入有限元库水附加质量等。通过讨论接触边界与接触单元模型的有限单元格式,比较了两类接触模型的特点。分别采用该模型与基于接触单元法的ADAm88模型模拟某拱坝的动力响应,两者得到了基本一致的规律：结点位移与横缝开度吻合良好,动位移与开度时程反映出相同的动力响应周期,二者都反映出横缝张开引起的拱向拉应力释放和梁向应力的增加。通过计算验证了ABAQUS模型在拱坝动力计算方面的适用性,说明该模型适合作为一个扩展平台嵌入其他的本构、边界模型以全面模拟实际拱坝的动力特性。     

岩体劣化对谷幅变形及高拱坝安全性的影响

拱坝建成蓄水后,水环境的变化会引起坝址区岩体力学性能的改变,进而引起谷幅收缩,影响大坝安全。针对锦屏一级拱坝蓄水初期出现的地基异常变形现象,基于岩体遇水劣化规律和非饱和渗流-应力耦合基本理论,建立岩体遇水劣化模型,采用非线性有限元数值分析方法,研究蓄水初期库区岩体劣化下的谷幅变形规律,进一步分析谷幅收缩对坝体结构的影响。研究表明：库岸岩体劣化对谷幅变形产生直接影响;岩体劣化程度越高,谷幅收缩越明显,坝体上游消落带区域的谷幅变形最为突出;随着水位升高,库岸岩体劣化范围扩大,坝体的最大顺河向位移、最大主拉应力和最大主压应力略有减小。因此,锦屏拱坝蓄水后由岩体劣化造成的谷幅变形不会影响坝体的整体安全。     

基于多拱梁和刚体极限法雨棚拱坝性能分析

由于修建水库时低估岸坡安全系数和大坝应力计算误差较大,导致拱坝与库坡之间稳定性差。因此,在水库工程选址初期,确定拱坝安全系数和大坝应力十分重要。以雨棚拱坝为例,在坝体抗滑稳定和应力计算的荷载组合中提出基本组合和特殊组合两种方式,并采用拱坝多拱梁混合法和刚体极限稳定方法计算坝体应力和坝肩岩体的稳定,研究方法可为相关工程提供参考与借鉴。     

四川泸定Ms6.8级地震大岗山特高拱坝变形特征分析

大岗山双曲拱坝坝高210 m,坝址位于鲜水河、安宁河和龙门山三条断裂带交汇处附近,其抗震设防加速度为557.5 cm/s²,是世界上抗震设防标准最高的高拱坝。在泸定Ms6.8级地震中,大坝强震监测系统记录到了完整的地震波形,且顺河向最大峰值加速度达到586.63 cm/s²,是目前国内已建200 m级高拱坝中唯一经历近场强震考验的大坝。依据大坝震后变形宏观现象和监测原观数据,对大坝坝体与地基系统变形进行了分析。结果表明：震后大坝整体向下游变形,径向位移增量在-1.53~20.04 mm之间,弦长拉伸增量在15.27~23.50 mm之间,大坝横缝在地震过程中存在开合过程,低高程横缝存在一定残余张开,增量在-0.08~0.46 mm之间,变形整体协调。同时,大坝左右岸坝肩、坝基置换块、大坝与基础等部位存在一定的残余错动,这是导致大坝产生较大残余变形的主要原因,但大坝坝体本身仍处于弹性工作状态,最终在新的平衡位置上保持稳定,表明大岗山拱坝经受住了本次强震考验。相关成果可为震后大坝安全评估、高拱坝抗震设计及研究提供参考。     

基于云模型-熵权法的大坝风险等级评价

大坝溃坝会造成灾难性的人员伤亡和经济损失,因此准确评价大坝的风险等级并及时加以防治对大坝安全运营至关重要。以大岗山高拱坝为工程依托,针对大坝稳定性影响因素具有复杂性和随机性的特点,提出了采用云模型评价单因素风险等级和熵权法综合评价大坝安全等级的思路。首先详细分析了影响大坝稳定性的风险因素,确定了大坝稳定性影响因素评估指标体系,并借助专家打分的方式,获得了各因素的影响分值;然后在此基础上利用云模型划分了25个三级风险指标的风险等级,结果显示均位于中风险和高风险等级区间;最后采用熵权法确定各三级指标的综合权重,计算出大岗山高拱坝稳定性加权分数5.69分,对应安全等级Ⅲ级。实践表明,云模型-熵权法评估结果可靠,符合工程实际,可为大坝风险评价提供借鉴。     

坝基措施对高拱坝抗震性能影响的比较研究

拱坝拟建场址的河谷地形、地质条件通常很复杂，坝基处理对于改善拱坝受力状态具有很重要的作用。针对白鹤滩拱坝采取不同的坝基措施(无垫座和扩大基础、设置坝肩垫座、扩大基础),对比分析了在设计地震动下，拱坝位移、横缝开度以及坝体损伤等响应随着地震动强度增大的变化规律。结果表明，采取扩大基础和垫座对于拱坝地震动抗震性能是有利的，坝肩垫座对拱坝整体地震动响应及损伤破坏的影响不大，扩大基础影响较大。     

基于ABAQUS的拱坝三维有限元等效应力计算

在拱坝三维弹性有限元计算中,近基础部位会出现明显的应力集中,而坝踵坝趾常为拱坝应力控制的关键部位,得到其准确的应力分布对指导设计具有重要意义。通过ABAQUS进行拱坝三维有限元计算,结合Python二次开发实现拱坝建基面任意积分路径应力的提取和截面内力的计算,并通过材料力学法完成局部等效应力处理。计算表明：该方法能实现建基面任意路径下的应力等效,有效改善坝体应力集中现象。     

高拱坝抗震性能评价指标研究

随着高海拔、高寒、高烈度地震区水电工程的建设,基于强度的拱坝抗震安全评价标准已无法满足工程实践的需要。本文采用非线性数值分析模型对拱坝进行了地震动IDA(逐步动力增量分析)研究,提出了评价大坝抗震安全性新指标,即:坝体损伤体积比和坝面损伤面积比;结合实际工程分析了地震峰值加速度与坝体位移、坝体损伤体积比和坝面损伤面积比之间的关系。结果表明,相比于已有的拱坝抗震性能评价指标,所提出的坝体损伤体积比和坝面损伤面积比指标,可以更清晰地反映出不同强度地震动作用下的拱坝损伤变化趋势和抗震承载能力,更适合作为评价拱坝抗震性能的指标。     

玄庙观碾压砼拱坝基础处理方案设计与施工

玄庙观水库工程以灌溉为主,兼有发电、防洪效益。针对玄庙观水库工程的基本工程情况、地质情况,以及玄庙观碾压砼拱坝基础处理方案的设计与施工进行了介绍。     

拱梁分载法在拱坝应力分析中的应用

混凝土砌石拱坝运行多年之后,会发生大坝材料老化、渗漏等情况,在安全评价过程中,需根据具体坝体材料老化程度重新进行稳定性分析。拱坝属于超静定结构,影响拱坝应力计算的因素较多,坝体和基岩材料强度、温度作用、扬压力作用、荷载组合、坝肩岩石情况等诸多因素,都会对稳定计算结果有显著的影响。文章以混凝土砌石拱坝安全评价中的稳定性分析为例,探讨了拱梁分载法在混凝土砌石拱坝中的计算以及各参数的选取。