平面SV波斜入射下重力坝动力响应分析

为了研究地震动斜入射情况对重力坝的影响,在考虑无限地基辐射阻尼效应的前提下,基于隐式有限元结合应力型黏弹性人工边界的方法,通过大型有限元软件ANSYS APDL实现地震波等效荷载的转换,并从无限地基中截取三维地基验证了地震波等效输入的正确性,建立了重力坝-库水-地基-黏弹性人工边界的有限元动力分析模型,重点研究了平面SV波斜入射对重力坝坝体地震反应的影响。结果表明:随着平面SV波斜入射角度的增大,坝体关键部位的竖直向位移呈现出逐渐增加的趋势,顺河向位移呈现出逐渐降低的趋势,其中坝顶竖直向位移最大增加幅度达到52%,最大降低幅度达到34.9%;坝体关键部位的应力对平面SV波入射角度的改变敏感程度不太一致,其中坝踵处第一主应力呈现出逐渐降低的趋势,入射角度为30°时第一主应力最小值达到2.045 27 MPa,坝趾处的第三主应力呈现出逐渐增加的趋势,入射角度为30°时第三主应力最大值达到8.228 54 MPa,在同类工程设计中应重点关注。     

城市水库溃坝耦合极端降雨前后模拟对比分析

以探究城市上游水库溃坝耦合极端降雨及仅溃坝两种工况下洪水灾害程度的变化为目标,确定郑州市二七区、中原区、金水区及惠济区为研究区域,结合芝加哥雨型公式及长历时暴雨强度公式推求设计暴雨,依托“7·20郑州特大暴雨”实测数据推求研究区域产汇流特征,建立极端降雨与洪水过程的响应关系。在此基础上,以郑州市二七区尖岗水库为研究对象,构建两种工况下二维溃坝洪水演进模型,对水情信息进行对比分析。结果表明：相比于仅溃坝,降雨耦合溃坝工况下淹没范围更大,其中增加的淹没范围内各点的最大水深、流速、洪水严重性程度均处于较低等级。在河道两侧,两种工况下各等级水深、流速及洪水严重性淹没范围大致相同;地势较低的区域降雨耦合溃坝工况下淹没水深和流速增大较多,易涝点水深增加约0.6 m,选取断面水面线升高约1 m。     

考虑持时的高沥青混凝土心墙坝抗震性能评价

现行水工抗震设计规范中关于强震特性中的幅值和频谱均有明确规定,而强震持时特性对高性能水工结构地震反应的影响至今尚未被纳入规范中。目前衡量强震持时特性的定义方式较多,但多数情况下仅考虑单方向地震动持续时间,低估了多方向强震持时特性对高性能水工结构地震反应的影响。鉴于上述原因,本文以西部大石门高沥青混凝土心墙砂砾石坝为例,建立“大坝-宏观库水-坝基”动态耦合分析系统,基于能够考虑多方向强震持时特性的综合持时指标,通过增量动力分析（IDA）法探究短持时和长持时地震对高沥青混凝土心墙砂砾石坝抗震性能的影响。采用坝顶相对震陷率作为抗震性能的评价指标,给出了高沥青混凝土心墙砂砾石坝的性能水平划分等级,得到了考虑地震动综合持时特性的大坝地震易损性概率曲线。结果表明：地震动综合持时特性对大坝不同性能水平的破坏概率影响显著;当地震动强度相同时,长持时地震动作用下大坝的破坏概率均大于短持时地震动作用。     

水深及衬砌弹性模量对水工隧洞动位移的影响

考虑水工隧洞在不同的输水深度和衬砌弹性模量条件下的地震动力响应变化规律,对研究水工隧洞在地震激励作用下的变形破坏机制非常重要。根据黏弹性人工边界和地下结构抗震计算理论,选取合理的材料参数和模型边界条件,应用ANSYS建立了某水工隧洞的三维有限元模型,对其施加拟合后的人工地震波,并采用瞬态分析法计算了隧洞结构模型在不同输水深度和衬砌弹模下的动位移变化规律。结果表明:输水深度在一定程度上可以改变水工隧洞抗震性能,水工隧洞随着输水深度的增加,水平位移和竖向位移受影响的程度有明显的区别,水平位移先增加后减少,竖直位移无明显规律;衬砌弹性模量能够在很大程度上影响水工隧洞的抗震性能,各参考点的水平位移随着衬砌弹性模量的增加呈现出先减小后增加,大部分参考点的竖直位移都在增加;水工隧洞在地震发生后其拱顶及拱肩受影响程度比较大,在水工隧洞设计中应特别关注。     

围岩类型及衬砌厚度对水工隧洞地震动力响应的影响分析

以分析水工隧洞在地震激励作用下的变形破坏机制为目标,针对不同围岩类型和衬砌厚度条件下水工隧洞位移变化,根据地下结构抗震计算理论,选取合理的材料参数和模型边界条件,使用ANSYS建立了某水工隧洞的三维有限元模型,对其施加水平和竖向地震激励,应用瞬态分析法计算了隧洞结构模型在不同围岩类型和衬砌厚度下的水工隧洞动力响应。结果表明,在相同衬砌厚度下,随着隧洞围岩强度的降低,水平位移和竖向位移受影响的程度有明显的区别,即水平位移越来越大,竖直位移无明显规律可循;在相同的围岩强度下,水工隧洞并不会随着衬砌厚度的增加而趋于稳定,在Ⅲ类围岩的情况下,水工隧洞的位移随着衬砌厚度的增加而越来越大,Ⅴ类围岩下改变衬砌厚度对水工隧洞的位移几乎没有影响。因此,合理的设计围岩类型和衬砌厚度,可以既满足水工隧洞抗震性能要求,又能够降低工程造价。研究结果对合理设计隧洞衬砌厚度、增强抗震性能具有参考价值。     

不同方向地震激励对水工隧洞位移的影响

目前在研究水工隧洞地震响应时只考虑了单向地震激励,忽略了双向地震激励,故不能合理地分析不同方向地震激励对水工隧洞位移的影响。因此,选取合理的材料参数和模型边界条件,应用ANSYS建立了某水工隧洞的三维有限元模型,对单向地震激励和双向地震激励下的水工隧洞进行了位移分析。结果表明,不同方向的地震激励对水工隧洞的水平位移和竖直位移影响不同,水平位移主要受x方向地震激励影响,竖直位移主要受y方向地震激励影响,并根据单向地震激励和双向地震激励存在的相关性,建立了位移数学关系模型。     

地震动峰值速度与峰值加速度对重力坝动力响应影响

基于有限元结合应力型黏弹性人工边界的方法,建立了丰满水电站重建工程挡水坝段有限元数值模型,分析了地震动0°输入时不同峰值速度和峰值加速度对重力坝地震反应的影响。结果表明,地震动峰值速度对坝体参考点位移、应力的影响程度明显大于地震动峰值加速度;随着地震动峰值速度的增加,坝体各参考点顺河向位移和竖直向位移都呈现出逐渐增加的趋势;第一主应力和第三主应力分别在坝踵和坝趾处影响程度大。     

基于改进多目标粒子群算法的土石坝基座体型优化研究

沥青混凝土心墙坝中基座体型和心墙厚度会较大程度地影响大坝安全性。针对传统优化方法过于依赖设计经验、设计周期长、成本高且难以解决复杂优化问题等缺陷，提出一种新的沥青混凝土心墙坝体型智能优化方法。以基座体型和心墙厚度共６个尺寸参数为优化变量，以坝体最大沉降、基座大主应力、心墙大主应力和坝坡安全系数为优化目标构建了数学模型，使用改进的多目标粒子群算法和ＦＬＡＣ３Ｄ有限差分软件分析数学模型，得到了多目标综合最优的Ｐａｒｅｔｏ解集。结果表明:采用改进的多目标粒子群算法，优化后的方案相较初始方案，４个优化目标值均得到一定程度的提升，优化效果良好；坝体最大沉降优化程度基本可忽略，后续同类型优化分析中，可不将该参数设置为优化目标；得到的Ｐａｒｅｔｏ解集为决策者提供了多个可选方案，所用方法对今后类似工程的尺寸优化设计具有一定的参考价值。     

近断层强震作用下跨断层水工隧洞地震动强度参数优选研究

为了选择合适的地震动强度参数来预测和评估跨断层水工隧洞在近断层地震动作用下的响应情况，对17个地震动强度参数与隧洞地震响应的相关性进行了研究。以某跨断层水工隧洞为例，从PEERNGA-West2中选取60条实测地震动分别作为输入，对模型进行非线性动力时程分析；选取断层处6个特征点间的最大相对位移表征衬砌的结构响应情况，分析各地震动强度参数与隧洞衬砌结构响应的相关性。结果表明，近断层地震动作用下，跨断层水工隧洞的地震响应与速度型地震动强度参数的相关性明显高于加速度型和位移型地震动强度参数。因此，在水工隧洞抗震性能研究时，应优先选用速度型地震动强度参数。     

正断层错动下的输水隧洞动力响应分析

长距离调水工程中的输水隧洞通过潜在地震地区时，存在活动断层错动引发的重大工程安全隐患，揭示断层错动对输水隧洞稳定性影响的研究具有非常重要的工程意义。基于围岩、断层破裂带、衬砌和内水的动力相互作用特征，使用ABAQUS有限元分析软件，建立了围岩-断层破裂带-衬砌-内水三维数值模型，深入分析了各种断层错动量、宽度及粘聚力对输水隧洞稳定性的影响。结果表明，处于较小断层错动量、断层宽度及较大断层粘聚力情况下的输水隧洞衬砌结构竖向位移及损伤程度有所减小，结果对跨断层输水隧洞动力响应理论研究有一定的参考价值。