Seismic response analysis of arch dam-water-rock foundation systems

The effect of water compressibility on the seismic responses of arch dams is not well understood.In this paper,a numerical model is developed with rigorous representation of the dynamic interaction between arch dam-water- rock foundation.The model is applied to the seismic response analysis of an arch dam with a height of 292m designed to a seismic intensity of IX.It is shown that consideration of the water compressibility clearly decreases the stress responses at key positions of the dam,while the added mass model gives a conservative estimate.

Seismic Response Analysis of Portal Water Injection Sheet Pile

To further the study on the newly developed portal water injection sheet pile under static loads, in this paper, by adopting the nonlinear calculation module of FEM software ANSYS, a model for the interaction between the soil and the sheet piles is set up, and the seismic response analysis for this type of space-retaining structure is performed. The effects of the embedded depth and the distance between the front pile and the back pile on the dynamic characteristics of the portal water injection sheet pile are studied.

土石坝-覆盖层-基岩体系动力相互作用研究

在我国西部强震区拟建的土石坝多坐落于覆盖层上,覆盖层土体具有动力非线性和饱和特性,土石坝-覆盖层-基岩体系动力相互作用复杂。为研究土石坝-覆盖层-基岩体系动力相互作用特性,分别采用地震动一致输入方法(联合地震惯性力和约束边界)和非线性波动输入方法(联合自由场非线性动力响应和非线性人工边界),对覆盖层上土石坝进行有限元动力反应分析,考虑了覆盖层厚度、土体动力特性、地震强度及地震波频谱特性的影响效应,着重讨论了大坝的加速度反应峰值。结果表明:在覆盖层土体饱和特性的影响下,一致输入方法不能合理模拟大坝体系动力的相互作用,所获得的坝体竖向加速度反应误差显著。非线性波动输入方法理论上更为严密,其所获得的坝顶竖向加速度峰值较一致输入方法降低明显,降低率为20%～62%,且当输入地震动以高频成分为主时一致输入方法的误差较大。对于坝顶水平向加速度峰值,非线性波动输入方法较一致输入方法的降低率为5%～32%。当土体材料阻尼效应明显时一致输入方法的误差较小,当输入地震动以低频成分为主时其误差较大。一致输入方法会明显低估覆盖层上土石坝的极限抗震能力。当土石坝可能遭受竖向分量较大的近场地震时,有必要采用非线性波动输入方法评价大坝抗震性能。

拱坝—可压缩库水—地基地震波动反应分析方法

本文采用理论数值模型严格模拟可压缩库水与拱坝、地基间的动力相互作用 ,提出了一种拱坝—可压缩库水—地基系统地震波动反应的时域显式分析方法 .针对位于Ⅸ度地震设防区、坝高 2 92m的小湾高拱坝 ,用本文方法进行了地震动力反应分析 ,得到如下结论 :考虑库水可压缩性将显著降低对小湾拱坝抗震起关键控制作用的部位的动拉应力 ,降低幅值可达 4 5 % ,表明附加质量模型过分夸大了小湾拱坝的地震动应力反应 ,对小湾拱坝的抗震安全评估是不合理的 .

混凝土面板堆石坝与库水动力相互作用研究

推导了时域内求解压缩性库水与面板堆石坝相互作用的计算公式．研究了不同动水压力模型对坝水系统自振频率及实测地震作用下坝体动力反应的影响．结果表明，动水压力模型对系统频率的影响不大；坝体动力反应，威氏公式与不可压缩库水模型接近，可压缩库水模型与不考虑动水压力情况接近．地震所激起的动水压力不同模型虽有差别，但数值较小．面板堆石坝的动力分析建议采用可压缩水体动水压力模型．

拱坝-库水-地基耦合系统坝身泄洪动力分析

本文用数学模型的方法研究了拉西瓦拱坝—库水—地基耦合系统的动力特性,分析了水舌冲击水垫塘紊流诱发耦合系统的随机振动的动力响应。研究表明:(1)拉西瓦拱坝系统自振频率低,相邻振型密集,库水不但使频率降低(最大约19％),而且改变了其振型分布。(2)地基材料的特性(比重、弹模)对拱坝系统的动力特性影响较大,在水弹性模拟试验中必须采用与地基真实弹模和比重接近的材料。(3)水舌冲击水垫塘诱发拱坝系统的动位移、动应力均较小。计算结果与1:150拉西瓦水弹性模拟实验结果进行了比较。

T型管及管内流体动态响应仿真研究

根据实际物理实验,采用ALE有限元方法模拟了冲击情况下T型管及管内流体动态响应的水锤过程。经过对比关键点水压时程变化的仿真结果与实验数据,验证了ALE流固耦合有限元方法在水力瞬变仿真模拟方面的可行性。在此基础上,进一步分析了T型管的变形和动态周向应力。通过仿真发现管壁动态周向应力峰值大约是静周向应力的1.2～1.6倍。并且周向应力呈现与水锤压力变化一致的周期性,管壁动态周向应力主要受水锤的影响。这证明动态效应是导致更大动态应力的原因。这一结论与直管的结论一致。

地震作用下输水隧道的流-固耦合分析

在大规模的调水工程的建设中穿越软土地区的浅埋输水隧道的抗震性能问题更加突出。大管径浅埋输水隧道由于内部水体质量巨大,且在振动作用下隧道内部水体产生晃动,由此引起水体-隧道衬砌之间的耦联作用,这些都直接影响隧道衬砌的动力响应。针对这一问题,将围岩-衬砌-水体作为一个整体进行有限元剖分,采用流-固耦合的分析方法,对隧道中流体对隧道衬砌的频率以及隧道衬砌动力响应的影响进行了研究,其中管内水体采用基于势的流体单元,同时对隧道内无水、半满水、满水的频率和隧道衬砌的动力响应进行了比较分析,结果表明流体对软土中输水隧道的频率和隧道衬砌动力响应的影响很大。

地震波斜入射条件下重力坝动力响应分析

为建立反映设计地震动的斜入射波场,将地表地震动时程分量分解为斜入射的平面SV波和平面P波,使其共同作用下在地表产生与设计地震动分量相同的响应,而其他方向响应为0,根据固体介质中波的传播理论,推导了斜入射波入射角度之间的关系,以及幅值与设计地震动分量的联系,通过采用平面波和远场散射波混合透射的应力人工边界条件,得到了反映设计地震动的地震波斜入射条件下的解析方式,以此为基础建立了时域计算分析模型。将该方法应用于某重力坝?地基动力相互作用分析,在不同地基刚度下与垂直入射的情况进行了比较,计算结果表明:地震波斜入射时对重力坝结构有明显的影响,尤其是坝-基交界面上,结构的动力响应要大于地震波垂直入射时结构的动力响应。该方法在均匀地基假设下构造了反映地表设计地震动特征的斜入射波系,斜入射波系在地表的响应具有非一致特征,同时该方法考虑了地基的辐射阻尼,可用于重大工程在地震动非一致输入下的动力响应分析。

波浪、海流环境中跨海桥梁深水桥墩的地震响应特性

以跨海桥梁深水桥墩为对象,建立可考虑波浪、海流及地震共同作用的精细化双向流固耦合计算模型,系统讨论了不同波、流参数下桥墩的地震响应特性及参数影响规律。结果表明,波、流联合作用时,深水桥墩响应峰值随流速、水深、波高的增加而增大,随波浪周期的增大而减小。波、流及地震共同作用下,桥墩响应幅值大于或小于地震单独作用时,但仍以地震作用为主,其响应特征与地震单独作用时相同;桥墩响应峰值随波浪相位、周期的增加而波动,随波高、水深的增加而增大或减小,随流速的增加而先增大后减小。波、流环境影响桥墩的地震响应,其程度与地震动频谱特性及波、流参数有关,其影响幅度最大可达到30.0%以上,在跨海桥梁抗震设计中应予以考虑。

深厚覆盖层上心墙堆石坝强震动力响应分析

土石坝由于施工便捷、取材方便,是目前我国西部比较常见的一种坝型。但西部地区地震活动频繁且烈度较高,特别是一些土石坝坝基下存在深厚覆盖层,对土石坝的地震动力响应有重要影响。采用黏弹性模型-等效线性化方法对国内某拟建土石坝进行三维动力响应分析。考虑到实际土石坝坝体是不完全排水的,将根据经验公式得到的残余体变分成两部分,一部分转化为残余孔压,另一部分为产生的残余变形。根据有限元计算结果,分析在坝基深厚覆盖层影响下坝体残余变形、加速度响应、残余孔压等动力反应的特征和分布规律。计算结果符合一般规律,说明本文采用的计算方法适用于含深厚覆盖层心墙堆石坝的静动力分析。

近、远场地震下深水桥墩动力响应特性对比研究

以某典型铁路深水桥梁等效单墩模型为对象,采用基于流固耦合理论的势流体计算方法,首次对近、远场地震作用下等效单墩结构振动特性及动力响应进行对比分析。结果表明,动水环境的存在会改变桥墩振动特性,随水深增加桥墩自振周期不断增大,30 m水深时第一阶周期增长率达10.4%。墩周动水压力呈抛物线型分布,近场地震下大于远场地震,二者差别随水深增加而增大。近、远场地震下桥墩结构的动力响应存在明显差别,较无水环境,近场地震下墩顶位移、墩底弯矩及剪力峰值分别增大34.5%、37.8%及51.3%;远场地震下三项指标分别增大17.0%、21.8%及40.0%,具有明显速度脉冲的近场地震下结构动力响应显著大于远场地震。具有速度脉冲的近场地震破坏能力更强,在近断层区深水桥梁抗震设计中应特别重视。

考虑不同库水耦合模式的拱坝振动特性分析

为探讨不同库水模型对拱坝结构动力特性的影响,结合拉西瓦工程实例,分别建立附加质量模型与流固耦合（fluid solid interaction,简称FSI）系统耦合模型进行动力特性分析,并将仿真结果与依据小波阈值-经验模态分解联合滤波的随机子空间（stochastic subspace identification,简称SSI）法辨识结果进行对比。结果表明：两种模型均可反映结构的振动特性,附加质量模型计算结果与辨识结果的频率误差为0.41%~7.55%;FSI系统耦合模型计算结果误差为0.09%~3.19%,且同阶次频率误差均比附加质量模型小,相邻阶次的频率间隔相对稳定,弥补了附加质量模型的模态缺失现象。FSI系统耦合模型在模拟阶数和精度方面都优于附加质量模型,能更全面、准确地反映坝体振动信息,可在拱坝结构动力特性分析中推广应用,亦可作为后续拱坝结构损伤诊断研究的基准有限元模型。

平台-群桩-水流-土体系统的地震反应分析

本文研究平台-群桩-水流-土体系统的地震反应分析问题,考虑了群桩与水流和地基土之间的动力相互作用,由解析法给出了系统对地震响应的分析.文末给出了具体算例并讨论了系统参数对动力特性的影响.

大型铝土排泥库堆石坝地震动力响应分析

排泥库是一种具有高势能的人造泥石流危险源,一旦发生溃坝,将对下游群众生命财产安全造成重大威胁,而地震灾害是尾矿坝事故的第二大元凶。采用ADINA有限元软件建立考虑坝库作用动力响应分析计算模型,探究尾矿泥浆物理性质、排放量和坝体尺寸对排泥库堆石坝的动力响应影响规律。结果表明,坝顶位移峰值随着尾矿泥浆含水量下降呈近似线性降低规律,含水量在120%~80%下降时,位移峰值的降幅明显增大;随着尾矿泥浆排放高度的增加,坝体加速度减小而位移峰值增加,当尾矿泥浆排放液面高于0.4倍坝高时,坝顶位移峰值增幅变大。随着坝体坡比、坝高、坝顶宽度的增加,坝体的加速度峰值减小,位移峰值增加,当坝体高度大于44 m时,坝顶位移峰值增幅明显增大。研究成果可为排泥库堆石坝动力稳定性分析和抗震设计提供理论指导。

高土石坝宏细观坝水动力流固耦合理论研究进展

高土石坝遭遇强烈地震时会与坝面库水及坝内孔隙水发生动力流固耦合相互作用,分别从宏观坝水耦合系统和细观水土耦合系统两个角度对高土石坝坝水动力流固耦合理论的研究历史、主要研究成果和研究趋势进行了阐述评价。对宏观尺度的大坝与坝面库水流固耦合作用,主要从早期坝水相互作用模型、库水运动精细分析方法以及流固耦合系统坐标描述等方面做出评述;对细观尺度的坝内水土耦合作用,主要从早期解耦或拟耦合的水土动力分析方法、基于Boit动力固结理论的细观水土动力流固耦合,以及基于混合物理论的细观水土动力流固耦合等方面做出评述。综合两个尺度的流固耦合作用研究现状,建议对高土石坝建立水库-土石坝-孔隙水的宏细观整体动力流固耦合系统进行综合研究,并指出了当前高土石坝宏细观坝水动力流固耦合理论尚待继续深入研究的若干相关问题。

深厚黄土覆盖层上土石坝地震响应特性分析

采用非线性有限单元法和笔者曾提出的动孔压试验曲线法,对某深厚黄土覆盖层上土石坝进行了有效应力法地震响应分析,重点分析大坝的绝对加速度、动位移和动应力等动力响应及动孔隙水压力分布情况。分析结果表明,在现有设计条件下,由于坝基软弱黄土覆盖层较厚,大坝在7度地震作用下地震响应不强烈,但坝基黄土覆盖层会出现液化情况,需采取相应的抗液化工程措施。

景洪水电站升船机塔楼的振动台模型试验

通过对刚性地基升船机塔楼结构的振动台模型试验获得了塔楼结构动力特性和对输入地震波的动力响应,发现结构由水平振动引起的竖向振动明显。通过对比试验结果,分析了竖井内水体与结构相互作用对结构的影响,自振频率下降、阻尼比在不同频段内变化、动力响应减小。试验结果为进一步研究结构—水相互作用的影响提供了对比依据。

用水体位移有限元分析拱坝与水库的相互作用

从水体基本方程出发，建立坝体与库水动力耦合的有限元法分析模型。全面分析二滩双曲拱坝与库水系统的相互作用，并与其它方法进行比较．

用Lagrangian水体位移元求解坝体与库水的动力耦合问题

从水体基本方程出发，建立Ｌａｇｒａｎｇｉａｎ水体位移有限元支配方程，推导了水体位移元的基本计算公式，并对平面９结点水体位移元的自振特性和数值积分进行了深入研究，在单元劲度公式中采用降阶积分技术和引进旋转约束系数等消除全部不需要的零能振型．最后，对Ｋｏｙｉｎａ重力坝进行了地震响应分析。