三峡大坝巴东地震动力响应分析与强震监测比对研究

在混凝土坝抗震研究中,大坝强震监测与数值模拟的成果相互比对验证分析对于认识大坝抗震特性有着特别重要的意义。本研究采用地震波动反应分析方法,将三峡大坝在2013年巴东5.1级地震的实测自由场强震记录作为输入,开展了不同阻尼比下的大坝地震反应分析,将不同阻尼比下的成果与泄2#坝段坝体不同高程的实际强震监测记录进行比对和分析,一方面证明了考虑辐射阻尼作用的地震波动分析方法能够合理反映大坝的地震响应,另一方面结果也表明对于远小于设计地震水平的较小地震动输入,混凝土坝结构体系的阻尼比应取为5%以下的较小数值。

基于坝肩失稳破坏模式的高拱坝地基体系地震易损性分析

为了开展高拱坝-地基体系整体稳定地震易损性分析,从坝肩潜在滑块滑动失稳破坏模式出发,综合考虑了地震动和材料参数的不确定性,采用增量动力分析方法(Incremental Dynamic Analysis,IDA),开展了基于概率统计框架的1000次非线性动力响应分析。分别采用特征点残余滑动位移和滑动面积比作为评价结构响应的性能指标,以地震动峰值加速度(peak ground acceleration,PGA)为地震动强度指标,定量的划分了高拱坝-地基体系的不同性能水平,绘制了地震易损性曲线,并对不同极限状态下的地震易损性进行了评估和分析。结果表明,基于特征点残余滑动位移的IDA曲线可以将高拱坝-地基体系分别划分为局部滑动破坏和整体滑动失稳破坏两个破坏等级;基于滑动面积比的IDA曲线可以划分为轻微滑动破坏、中等滑动破坏和整体滑动失稳破坏三个破坏等级;从而根据高拱坝-地基体系的实际地震需求从概率意义上评判结构所处的破坏状态,为高拱坝的抗震优化设计、加固和维修决策提供科学依据。

重力坝深层抗滑稳定研究

对地质条件复杂的某重力坝工程挡水坝段,以非线性有限元法进行静力荷载作用下的深层抗滑稳定研究,揭示了由于基岩内部软弱结构面的存在和变形而使地基逐步破坏并导致坝体和地基最终失稳的机理。与刚体极限平衡法分析结果相比较,指出后者的局限性及其原因。同时建议对将发生大变形为滑裂体提供运动空间的软弱带直接进行加固,这一措施可有效防止重力坝的深层抗滑失稳。

大岗山拱坝-地基体系整体抗震安全性研究

基于高拱坝-地基整体抗震安全评价体系,对设计地震动峰值加速度达0.5565g的大岗山拱坝-地基体系的地震响应进行数值分析,并分别对其在不同地震超载倍数和不同基岩控制性滑裂面抗剪强度降低倍数下的安全性和破坏机理进行研究,以寻求坝体控制性位移或与位移相关的变量随安全系数变化曲线的拐点作为整体失稳判断准则,进一步明确了具体实施方法,并对其整体抗震安全性作出评价。

高拱坝非线性地震反应分析中横缝模拟方案研究

本文采用显示有限元结合人工透射边界的地震波动模拟方法和动接触力模型 ,研究了高拱坝地震反应分析计算模型中 ,合理模拟坝体非线性地震反应所需的横缝设置条数、位置和间距 ,得出了设置少数横缝能基本反映坝体应力反应 ,但横缝张开度则与横缝布置间距密切相关 ,准确模拟横缝开合情况需模拟横缝实际间距 。

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。

纵缝对重力坝地震反应影响的研究

本文采用显式有限元结合人工透谢边界进行波动分析 ,配合动接触力模型考虑纵缝接触非线性问题 ,用静动组合方法考虑静动荷载的耦合作用 ,形成新的重力坝地震反应分析的计算体系 ,对一典型的含纵缝重力坝进行了地震反应分析 .在考虑地基辐射阻尼的条件下得出了纵缝的存在及纵缝初始宽度、填充情况。

动态循环荷载下大坝混凝土拉压转换损伤本构模型构建及影响研究

目前混凝土坝抗震安全评价中,对于动态循环荷载下大坝混凝土损伤本构模型中从受拉状态向受压状态转变过程(拉压转换)中的混凝土弹性模量变化,一般都基于商用软件ABAQUS的“单边效应”假设,认为混凝土弹性模量立即恢复为初始弹性模量。上述假设的合理性缺乏试验验证,直接影响混凝土坝抗震安全评价的可靠性。通过对全级配大坝混凝土拉压转换全过程试验成果的观察分析,发现混凝土从受拉状态进入受压状态后弹性模量并非立即恢复为初始弹性模量,而是由损伤后弹性模量连续渐进恢复至初始弹性模量,期间原有的受拉残余应变在压应力作用下迅速减小到较小数值,因此ABAQUS的“单边效应”假设并不符合实际情况。本文以全级配大坝混凝土拉压转换全过程试验成果为基础,提出受拉损伤发生后,拉压转换时受压应力应变关系采用双折线模型的思路,据此推导了相应的应力-应变关系解析表达式,构建了更接近混凝土拉压转换时真实状况的本构关系数值模型。通过实际工程的计算分析,发现常用的受压弹性模量立即恢复为初始弹性模量的损伤本构模型过高估计了坝体刚度,可能带来偏于不安全的评价结果。

高拱坝体系整体抗震安全评价方法研究

采用非线性地震波动反应分析方法,将坝体、地基、库水的强震反应本质上作为满足体系中接触面边界约束条件的波传播问题,在时域内以显式有限元方法求解。在不同概率水平的地震波作用下进行高拱坝与地基体系的有限元时程分析,并建议了以坝体位移反应发生突变为依据的拱坝体系整体失稳判断准则,从而建立了进行高拱坝体系整体抗震安全评价的方法,并以小湾拱坝为算例,对其抗震安全度作出初步评价。

高拱坝抗震钢筋配置方案研究

采用显式有限元结合人工透射边界的地震波动模拟方法和动接触力模型,进行了一高拱坝多种布设抗震钢筋方案的分析比较。基本方案为在坝体上部106m高的范围内布设6层拱向钢筋,每层上下游面各放置96根φ32的含钒抗震钢筋HRB400,对坝体上下游均布设钢筋、仅坝体上游布置钢筋、坝体上游距坝面4m位置布筋,以及坝体上游距坝面4m位置配置数量减半的抗震钢筋的4种方案均与不配筋计算方案的结果进行了比较。以抗震钢筋的主要功能即限制坝体横缝在地震中的张开度为主要考察依据,在满足张开度限制条件下,又考虑施工方便和经济性要求,推荐了在坝体上游距坝面4m位置配置数量减半的抗震钢筋是较为经济、合理的高拱坝抗震钢筋配置方案。

有缝重力坝—地基系统地震反应分析方法

本文针对目前重力坝地震反应分析中存在的一些问题。提出了一种考虑无限地基的辐射阻尼作用，考虑坝体分缝时的接触非线性的静动组合的地震反应分析方法，并根据这一方法的思想编制出有限元分析程序，通过实际工程的分析计算验证有其有效可行。

高拱坝-地基系统整体稳定强震破坏机理研究

本文按照现行《水电工程水工建筑物抗震设计规范》(NB 35047—2015)的相关规定,采用地震超载的方式进行某拱坝-地基系统的极限抗震承载能力研究,在寻求典型部位的变形随地震作用加大而变化的曲线上出现拐点作为系统整体安全判据的同时,关注坝体-地基系统从局部到整体的变形发展状况,寻求安全判据的量化指标与其强震破坏发展过程中重要的物理变化之间的关联性,对大坝极限抗震能力进行了评价,并明确了该拱坝-地基系统在给定的整体稳定计算模式下的破坏机理。

非线性坝体地基系统的静动组合分析方法

为配合因考虑地基辐射阻尼作用和大坝坝体横缝非线性两大关键因素而采用的地震波动反应分析方法和动接触力计算模型,该文建立了对非线性结构反映静动荷载耦合作用的静动组合计算方法,使得动接触力模型能够用于静力问题的计算,同时使得静力计算和采用波动模拟方法的动力计算能够统一、连续进行。

混凝土重力坝—地基系统强震破坏模式研究

本文建立考虑基岩内断层接触非线性及软弱带材料非线性的混凝土重力坝—地基系统有限元模型,按照现行《水电工程水工建筑物抗震设计规范》的相关规定,采用地震超载的方式进行某重力坝-地基系统的极限抗震承载能力研究,对其不同坝段的强震破坏模式进行分析,得出两坝段由于截面特性和基岩地质条件的不同的而呈现不同的破坏模式,并在此基础上对重力坝极限抗震承载能力进行评价。

非线性坝体地基系统的静动组合分析方法

为配合因考虑地基辐射阻尼作用和坝体横缝非线性两大关键因素而 采用的地震波动反应分析方法和动接触力计算模型，本文建立了对非线性结构反映静动荷载耦合作用的静动组合计算方法，使得动接触力模型能够用于静力问题的计算，同时使得静力计算和采用波动模拟方法的动力计算能够统一、连续进行。

拱坝坝体—地基动力相互作用的振动台动力模型试验研究

在振动台上进行拱坝动力模型试验时,设置人工阻尼边界,以模拟地震时地震动能量向无限远域地基逸散的地基幅射阻尼效应。选用液体作为阻尼材料,其厚度根据阻尼液体的黏滞系数、基础材料的弹性模量和密度确定。试验同时模拟坝体—地基—库水的动力相互作用和坝体伸缩横缝的动力非线性影响。通过数值对比计算分析,验证了同时计入上述诸多复杂因素影响拱坝系统动力模型试验研究的可行性。为今后进行类似试验研究,合理评价高拱坝的抗震安全,探索了新的研究途径。

有缝拱坝-地基系统非线性地震波动反应分析方法

拱坝坝体中缝界面在地震作用下的开、合模拟对拱坝地震反应有重要影响。目前在拱坝地震反应分析中应用的一些模型，如Fenves模型、Dowling的三参数模型，存在对缝界面的接触状态模拟精度不高的问题，这对于准确评价工程上关心的经界面最大张开度是不足的。此外，坝基中存在的断层、节理、裂隙等软弱夹层的非线性力学特性和无限地基能量辐射作用对拱坝地震反应也有重要影响．在拱坝地震反应分析中同时考虑这三种影响因素难度很大，在国际上尚未解决，本文将动接触力模型与景式有限元的波动模拟方法相结合，解决了这一难题，并且提高了缝界面接触状态的模拟精度．文中还利用动力学方法求解了拱坝的静态反应，并在此基础上提出了上种适用于非线性结构反应的静、动作用组合方法。最后；以拟建中的小湾拱坝为例分析了横缝和底缝对拱坝地震反应的影响。

浅论拱坝坝肩抗震稳定

本文从拱坝震害,分析了拱坝抗震的特点、薄弱部位和坝肩动力失稳的过程,指出了拱坝坝肩抗震稳定分析与边坡稳定分析的不同之处,探讨了失稳安全系数的定义和意义,最后,回顾了基于现行抗震规范要求的刚体极限平衡方法并指出了其局限性,以及“九五”攻关期间所采取的改进措施,提出了更切近实际,能反应拱坝抗震稳定诸特点,从概念和方法上都有别于传统的刚体极根平衡法的新的拱坝坝肩抗震稳定分析方法,以及与之相配套的以坝体为主体的坝肩岩体稳定的工程安全准则。

基于动接触力法的拱坝坝肩抗震稳定有限元分析

本文提出了应用基于动接触力方法的显式有限元技术进行拱坝坝肩抗震稳定分析的新思路,给出了相关公式。新的分析方法,将坝肩岩体、地基、坝体和库水作为一个统一体系进行动力分析计算,能有效地考虑坝肩可能滑动块体与坝体的动力相互作用,较真实地反映拱坝和坝肩受到地震作用的实际状态,并对小湾拱坝坝肩抗震稳定进行了分析研究。结果表明:在设计正常水位情况,小湾拱坝的地震作用超载安全系数约为1 3;在设计地震作用下,小湾拱坝的"降强安全系数"仅为2 58,而仅考虑静载作用时,即使以拱坝坝端应力不超过静态抗拉强度作为达到极限状态的工程判别定量标准,其坝肩的静态"降强安全系数"也高达4 0以上。因此,地震的作用使安全系数有较大降低。小湾拱坝坝肩抗震稳定是安全的,但安全裕度不高。

高拱坝伸缩横缝间布设阻尼器对坝体地震反应影响的研究

对设置伸缩横缝的小湾高拱坝结构,应用子结构理论,分别就正常高水位与常遇低水位两种水位工况,考虑坝体伸缩横缝在地震交变荷载作用下反复开合引起的缝面间滑移、接触等效应的影响,坝体—库水的相互作用而产生的动水压力的影响,对坝体的抗震性能进行了地震反应分析。对伸缩缝间设置阻尼器这新的设计思想进行了可行性的研究,论证推导了阻尼器的计算模型,探讨了阻尼器对坝体抗震性能的影响。