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.

库水-淤砂层-坝体-坝基体系地震响应分析

针对我国西部水利工程结构面临的地震安全问题,特别是混凝土高拱坝的抗震安全设计,以小湾水电站混凝土高拱坝为研究对象,进行了库水-淤砂层-坝体-坝基体系的耦合动力分析,同时考虑了复杂的坝基地形、正常蓄水位的库水以及常年运行而堆积的淤沙层的影响。主要内容有:①基于传递矩阵法及二维有限元,实现了复杂峡谷地形的自由场计算;②基于水-饱和多孔介质-固体的统一计算框架,实现了库水-淤沙层-坝体-坝基体系的三维地震响应分析算法。最后,分别以脉冲波和地震波作为输入,探讨了小湾拱坝的地震响应规律及库水淤沙层对拱坝地震响应的影响。结果表明:坝体顶部中心区域会承受较大的拉、压应力;而库水底部淤砂层对坝体的位移及应力影响并不显著。

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 .

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。

国内外混凝土拱坝原型振动试验分析

原型振动试验是研究大坝动力特性的重要手段,原型试验与模型试验、数值分析手段相结合,对深入研究坝体的动力特性至为重要。本文在收集国内外混凝土拱坝原型振动试验资料的基础上,对其中一些规律性的问题,如拱坝的自振特性及其影响因素、拱坝的阻尼、库水可压缩性的影响等进行了简单评述。

典型岩石和土的Skempton系数特征

在理论分析和试验研究基础上,主要探讨了具有典型代表性的岩石和土(砂岩、粘土、重塑土)在饱和非排水状态下、在不同围压下和不同加载率下Skempton系数的变化规律以及发生这种规律的基本原因。提出了对结构性较强的孔隙介质,必须加以考虑水的压缩性的基本观点,这种研究对三峡库区岩体和土体的力学特性和坝基及堤防施工具有重要的指导意义。

高拱坝坝身泄洪流激振动水弹性模拟研究

研制了对混凝土坝及基岩进行水弹性模拟的新配方和材料，并用此材料成功地对黄河拉西瓦高拱坝坝身泄洪的流激振动进行水弹性模拟试验．在比尺为１∶１５０的拱坝地基库水耦合系统的水弹性整体模型上，进行了实验模态分析，给出系统的空、满库的模态特性并与理论模态相比较；测定了拱坝坝身泄洪水舌跌落水垫塘消能时，紊流流激振动的动力响应，定量给出响应的强度和频谱；论证了高拱坝坝身泄洪的安全性．

库底非饱和淤砂层对高拱坝地震反应的影响

采用时域显式有限元方法,将库底非饱和淤砂层近似模拟为不同于库水的流体介质。以小湾拱坝为例,分析可压缩库水条件下库底非饱和淤砂层对高拱坝地震反应的影响。计算结果表明非饱和淤砂层的存在有可能使得坝体地震响应增加。

基于比例边界有限元的拱坝动水压力计算

基于比例边界有限元法,采用Schur分解法计算了不同级别坝高、不同库底和岸坡吸收系数的拱坝各个方向单位地震加速度激励的数值,获得了坝面考虑库水可压缩性的总体动水压力,并分析了坝高对动水压力的影响。

高拱坝坝基固结灌浆效果综合检测分析

锦屏一级水电站大坝为混凝土双曲拱坝,最大坝高305m,为世界目前第一高拱坝。坝基开挖揭露及检测成果表明,建基岩体中分布有一定规模、性状很差的软弱结构带,且表面岩体卸荷松弛明显。为提高坝基软弱结构带的密实度及岩体变形模量,满足坝基变形稳定,以及弥补高应力区开挖卸荷引起的地应力释放造成的建基面岩体的松动、松弛和浅表层由于爆破震动对岩体造成的损伤等问题,需对建基面进行全面积的固结灌浆。综合检测目的是检测坝基固结灌浆质量,评价固结灌浆效果,复核灌后岩体是否达到设计的各种物理力学指标等。

流固耦合和地基辐射阻尼对乌东德拱坝地震响应的影响

在对乌东德拱坝进行动力时程分析过程中,考虑了坝体—库水—地基的动力相互作用和地基法向边界面上采用粘-弹性人工边界条件两方面的影响,与常规无质量地基模型的计算结果对比,流固耦合和地基辐射阻尼能使坝体的动力响应值分别降低20%和15%左右,地基辐射阻尼对乌东德拱坝动力响应的影响不显著。

拱坝—库水动力流固耦合作用的有限元数值研究

针对库水在拱坝结构动力响应分析中的重要影响,采用大型有限元分析软件ADINA验证了势流体单元模拟坝体—库水间耦合分析方法的正确性,并以西南某高拱坝为例,分析了考虑库水压缩性及库水位高度等条件下的坝体动力特性,获得了库水对拱坝动力特性的影响规律,可为拱坝抗震设计提供参考。

考虑可压缩库水作用混凝土拱坝的动力特性和地震反应分析

利用通用有限元软件ANSYS建立3种动力相互作用模型,研究考虑库水的可压缩和不可压缩效应对坝体地震反应的影响,不可压缩性效应采用Westergaard附加质量方法模拟,可压缩性效应通过流固耦合方法模拟,采用时程分析法得出库水对地震反应的影响。从分析结果可知,库水对拱坝的动力性能和抗震性能存在较大影响,不能忽略。

江口水电站K_8溶洞对拱坝基础应力影响分析

江口水电站大坝为混凝土双曲拱坝,坝址区的软弱夹层较多,并有溶洞发育,其中以K8溶洞规模最大。为了解K8溶洞对拱坝基础应力的影响,利用平面有限元对溶洞部位坝基进行应力分析。

引汉济渭工程三河口水库拱坝坝基岩体质量特征与建基面优化选择

研究坝基岩体质量有助于合理选择建基面,为工程设计、施工和安全运行提供科学依据。以引汉济渭工程三河口水库拱坝坝基岩体为研究对象,通过对坝基开挖揭露的岩体重新进行勘探试验,利用勘探孔进行孔内电视、纵波波速及变形模量等测试工作,对坝基岩体风化特征、结构特征、变形模量与纵波波速关系等问题进行综合分析研究,特别是对坝基局部的断层破碎带及碎裂岩体能否利用等问题进行了具体分析,并对坝基岩体质量进行了工程地质分类,选出了符合实际的建基面,使大坝建基面高程由原来的501.0m抬升至504.5m,优化了坝基开挖深度,减少了坝基处理难度与混凝土浇筑量,缩短了工期,节约了工程投资。

水体-结构-地基耦联的拉西瓦拱坝地震响应分析

以拉西瓦拱坝为研究对象,考虑流固耦合效应以及土体-结构相互作用,依据弹性波理论,利用有限元软件ANSYS建立了拉西瓦拱坝结构附加质量模型和流固耦合模型,分别进行拱坝结构模态分析,研究不同流固耦合模式对拱坝动力特性的影响。分别对无质量地基模型与黏弹性边界模型进行地震波输入,进行线弹性地震响应分析,探讨水体-结构-地基耦联系统相互作用的影响规律。结果表明:拉西瓦拱坝结构工作基频为1. 44 Hz,对应振型为反对称形式;同时考虑库水可压缩性和无限地基辐射阻尼两个因素,拱坝地震响应会降低更多;黏弹性边界模型能够考虑辐射阻尼效应,与无质量地基模型相比,应力幅值降低47. 1%。

关于高拱坝坝基可利用岩体质量要求的探讨

拱坝作为高次超静定的空间壳体结构,具有自适应能力强、超载安全系数大的显著特点,一般说来,拱坝是经济性和安全性都较优的一种坝型。然而,随着一大批高拱坝工程的相继建成,我国拱坝设计标准中对于高拱坝坝基可利用岩体质量要求过严,导致拱坝适应性和经济性降低的问题也逐渐显现。本文在对中、美拱坝坝基可利用岩体质量要求及中、外代表性拱坝工程坝基可利用岩体情况的对比分析的基础上,系统阐述了高拱坝坝基岩体质量要求过严所带来的不利影响,并列举了我国在特高拱坝及高拱坝设计中突破建基面岩体质量要求限制、取得显著经济效益的工程实例,希望能为类似工作提供参考。

再分析卡里巴拱坝下游河床冲刷严重的原因

卡里巴 (Kariba)拱坝下游河床冲深达 5 7～ 80m ,是世界上河床冲刷最为严重的拱坝 ,有着其地质、泄水布置等方面的原因。其中主要原因是泄水中孔出口佛劳德数较低 ,6股水舌入水后能量聚集 ,同时河床又未采取保护措施。总结其经验可避免类似冲刷在我国出现 ,对小湾、溪落渡等高拱坝护坡不护底水垫塘的论证有着重要意义 。

高坝回填及充水前后坝踵及廊道顶拱响应分析

作为高坝建设过程的关键,坝前回填与基坑充水对坝体重点部位如坝踵及廊道顶拱的应力状态产生重要影响。基于此,依据监测数据和仿真分析重点研究西南某高坝坝前回填与基坑充水前后的坝踵及廊道顶拱响应。结果表明,在自重、温度荷载及静水压力共同作用下,受坝前回填及基坑充水高度上影响,坝踵处产生拉应力,廊道顶拱处相应产生顺河向压应力增长,最大压应力增量达1.24 MPa。并由此削弱了廊道顶拱拉应力水平,改善了高坝的应力状态,对照监测数据该结果也可得到进一步验证。

库水模拟对拱坝动力特性的影响分析

库水可压缩性和库水-坝体动力相互作用是影响坝面动水压力以及拱坝动力特性的重要因素。本文以拉西瓦拱坝为例,建立拱坝-地基-库水系统有限元模型,研究库水模拟对拱坝动力特性的影响。采用Westergaard附加质量与流固耦合两种不同的库水模拟方法,分别考虑附加质量、流固耦合的不可压缩库水、流固耦合的可压缩库水等三种情况,对比分析了拉西瓦拱坝的动力特性。分析结果表明,库水的存在会导致拱坝系统的各阶自振频率减小;考虑库水可压缩性导致拱坝的各阶自振频率进一步减小,且各阶振型发生变化。分析结果可以为高拱坝真实工作性态研究和地震反应分析提供参考依据。