Parallel computation of seismic analysis of high arch dam

Parallel computation programs are developed for three-dimensional meso-mechanics analysis of fully-graded dam concrete and seismic response analysis of high arch dams （ADs）, based on the Parallel Finite Element Program Generator （PFEPG）. The computational algorithms of the numerical simulation of the meso-structure of concrete specimens were studied. Taking into account damage evolution, static preload, strain rate effect, and the heterogeneity of the meso-structure of dam concrete, the fracture processes of damage evolution and configuration of the cracks can be directly simulated. In the seismic response analysis of ADs, all the following factors are involved, such as the nonlinear contact due to the opening and slipping of the contraction joints, energy dispersion of the far-field foundation, dynamic interactions of the dam-foundation- reservoir system, and the combining effects of seismic action with all static loads. The correctness, reliability and efficiency of the two parallel computational programs are verified with practical illustrations.

高拱坝伸缩横缝的开合对拱座岩体稳定的影响研究

高拱坝在强震作用下 ,伸缩横缝出现开裂 ,在一定程度上削弱了坝体的整体性能 ,不仅使得坝体的动力反应重新分布 ,坝肩岩体抗滑稳定的主要参数—拱端推力也产生很大变化 ,横缝的存在增加了对坝肩岩体进行抗滑稳定分析的复杂程度 .本文给出了用动态子结构法计算有伸缩横缝坝体拱端推力的计算公式 ,并对坝体设有伸缩横缝的溪洛渡双曲拱坝的计算模型分别在人工地震波及柯依那地震波作用下 ,考虑库水—坝体相互作用、坝体自重、上游淤沙等因素的影响 ,对溪洛渡拱坝的拱端推力进行了计算 ,并通过拱端推力计算了拱座岩体的抗滑稳定安全系数 .

高拱坝伸缩横缝间布设抗震钢筋的动力反应分析

应用动力非线性子结构理论,对设置伸缩横缝的小湾高拱坝实际工程结构抗震分析中的坝体横缝加抗震钢筋问题进行了研究。讨论并建立了坝体伸缩横缝在地震荷载作用下穿越缝间抗震钢筋的数学模型,给出了动力非线性子结构法考虑缝间抗震钢筋影响的求解公式;并就正常高水位常与低水位两种水位工况,对坝体的抗震性能进行了计算分析。讨论了在地震荷载作用下抗震钢筋对坝体横缝张开度、坝体应力以及加速度响应的影响。

不同横缝接触与库水模型对拱坝动力反应的影响

本文基于有限元非线性动接触模型,对拱坝横缝非线性动力响应进行研究,重点讨论:(1)拱坝横缝键槽对限制缝面切向滑移的不同程度约束对反应的影响;(2 )分别采用Westergard模型和不可压缩流体有限元模型考虑上游库水对坝面的动压力作用,比较分析了上述不同水库模型对拱坝在地震作用下横缝开度响应分布的影响。计算结果表明:(1)考虑键槽对横缝两侧施加完全切向约束条件对降低拱坝两岸的横缝开度幅值有重要的意义;(2 )相比流体有限元模型,基于Westergaard动水压力公式计算得靠近两岸坝肩部位横缝开度响应有一定程度偏大。

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。

有横缝高拱坝非线性地震响应动接触模型

本文针对有横缝高拱坝的非线性动摩擦接触问题,提出一种新的动接触算法——有限元混合法。该方法根据接触问题局部非线性的特点,将作用在接触体上的力系分解为外力和接触界面上的接触力,以接触体的位移为基本未知量,而以接触区域局部坐标系下的结点接触力为迭代变量,将非线性接触迭代收缩在可能接触面上进行,把复杂的摩擦接触非线性反映在接触力的变化上,使得迭代计算变得简单易行,并且当考虑坝体中有多条横缝的情况,可以保持关于接触力的柔度矩阵的带状性和稀疏性,大大提高了计算效率。文中首先给出了有横缝高拱坝的非线性动摩擦接触问题的力学模型,推导得出了相应的有限元柔度方程,然后详细给出了迭代求解的步骤。最后,用本文方法对地震作用下某高拱坝横缝的张开与闭合过程进行了算例分析。

考虑横缝影响的拱坝动力分析

本文在求解三维弹性静力摩擦接触问题的有效方法-非光滑方程组方法的基础上,通过能够近似满足动量、动能守恒条件的速度、加速度的修正方法,将该方法推广到动力接触问题的求解中,以考虑地震时拱坝中横缝的开合、错动对坝体动力响应的影响。同时文中采用由多次透射公式表示的人工边界条件来考虑坝-基动力相互作用的影响。数值算例中分析了横缝的数目和布置位置对拱坝动力响应的影响。

有横缝高拱坝的动力接触模型及其数值解

本文提出了地震作用下有横缝高拱坝的动接触模型， 并对这一强非线性模型进行数值计算． 该动态接触模型是基于有伸缩横缝拱坝在地震作用下其响应所呈现的非线性摩擦接触特性， 应用接触力学分析方法建立的， 能够充分地反映高拱坝横缝的张开闭合摩擦力学过程的分析模型． 结果表明， 采用本模型的计算效率较高、收敛性有保证， 结果合理、可靠．

拱坝有缝坝体-坝基系统的非线性抗震分析

本文将坝体和坝肩裂隙岩体作为允许局部开裂和大变形的非线性连续体,用动态接触单元模型进行概化模拟,对小湾高拱坝坝体-坝基系统在高水位运行期遇设计地震荷载作用时的动力反应进行了非线性数值计算,研究了横缝对坝体应力、变形的影响,并对坝肩裂隙岩体的抗震稳定进行了分析评价,数值分析表明:横缝对拱坝坝体的应力和变形影响显著,坝肩潜在滑面的开裂和滑移导致坝体应力增大,坝体的抗震安全性降低,但在运行期高水位遇设计地震荷载时坝体和坝肩裂隙岩体整体稳定。

大岗山拱坝考虑阻尼器抗震措施的非线性动力反应分析

本文在已有的拱坝非线性动力分析程序ADAP-88中加入阻尼器模型,开发完成了可考虑阻尼器抗震加固措施的数值分析程序,并将该程序应用于大岗山拱坝的非线性动力反应分析中。研究表明,阻尼器抗震措施对控制高拱坝在强震作用下的横缝张开度有一定的效果,但对坝体应力的分布规律和量值影响不大。

Nam Ngum5水电站分缝重力拱坝地震响应分析

针对老挝在建的Nam Ngum5水电站重力拱坝,利用基于ABAQUS平台的非线性指数型动接触模型和混凝土塑性损伤本构模型,研究了该重力拱坝在地震荷载作用下横缝的张开、闭合和滑移的非线性动力特性以及坝体的动力响应.计算结果表明:横缝张开使得大坝的坝踵主拉应力大幅增加至3.0MPa;考虑诱导短缝时,坝体整体性下降,刚度减弱,坝顶顺河向动位移响应有一定幅度的提高,同时横缝的开度也有所增加,但诱导短缝对坝体应力的影响较小;大坝能承受的最大峰值加速度为0.40g,大坝可能的破坏模式为从横缝底端与岸坡交界面处起裂,损伤部位逐渐向坝踵以及左岸坝肩、右岸坝肩延伸.

拱坝横缝间附加弹簧、阻尼的减震计算

建立有横缝拱坝的组合接触界面模型和界面间附加减震弹簧、阻尼的地震反应有限元计算模型,并将其应用于高拱坝减震措施的实际工程计算中。首先针对拱坝横缝在地震荷载作用下所处力学状态,提出一个组合的横缝非线性抗拉接触界面模型,该横缝界面模型的特点是,它即能体现横缝的强度效应,又能反映横缝被拉开后的张合、摩擦过程。在接触约束条件的罚函数处理方法基础上,建立拱坝横缝结点对之间附加减震弹簧、阻尼器的计算处理方法。在拱坝结构布置上通过布设阻尼器和弹簧的方式降低地震对拱坝强度的不良影响,达到提高坝体横缝的抗拉能力以及减震、优化高拱坝结构设计的目的。数值解计算反映出,拱坝横缝间附加弹簧、阻尼对于改善地震动作用下高拱坝结构整体的应力分布状况具有较明显效果。

拱坝横缝影响及有效抗震措施的研究

大量研究结果和某些拱坝的地震震害表明,横缝对拱坝的地震响应有很大的影响。通过采用非光滑方程组方法以及考虑碰撞时刻动量、动能守恒来模拟横缝所引起的动接触问题,同时为了提高计算效率,采用隐-显式积分方法对坝-基系统的动力平衡方程进行求解。针对在拱坝中上部配筋这一抗震措施,也作了探讨。通过对小湾拱坝的分析,为高拱坝工程抗震措施的选择提供技术依据。

高拱坝-坝基系统的三维静力非线性数值分析

高拱坝收缩横缝和坝肩节理岩体的结构非线性特性对坝体应力、变形影响显著,是高拱坝分析中的一个重点和难点问题.针对高拱坝的这一特点,本文采用动接触单元模型,开发研制了修正的中心差分时步积分法,运用静力问题动力计算法,对在建的小湾拱坝系统进行了三维静力非线性数值仿真试验,研究了坝体、坝肩结构非线性特性对坝体的影响.通过本文的数值分析可以得出,高拱坝坝体-坝基系统的结构非线性特性对拱坝梁向应力影响显著,增加了坝体的倒悬效果;同时,数值分析进一步说明,在高水位运行期,小湾拱坝-坝基系统整体稳定.

梅山连拱坝抗震加固效果的分析

本文对淮河梅山连拱坝9#、10#、11#垛及10#、11#两个全拱和9#、12#两个半拱用有限元数值计算方法,采用无质量弹性地基假定,并采用忽略库水可压缩性的动水压力附加质量的方法来表征库水的影响,计算分析加固前、后坝体动力特性的变化及结构的静动反应,重点考虑垛墙与拱上伸缩缝的影响。基于三维接触模型研究了伸缩缝的张开度及坝体变位情况,并确定坝体的高应力区范围。计算结果表明,加固后坝体在刚度及整体性能方面较加固前有所提高,但参考现行水工建筑物抗震设计规范的相关规定,尽管加固后坝体垛墙与拱上的最大主拉应力分布有所改变,拱与垛墙上局部仍存在拉应力较大的区域,需要采取进一步的加固措施。

小湾非整体拱坝的抗震稳定性数值仿真试验研究

针对高拱坝抗震稳定性分析中坝体收缩横缝、坝肩节理裂隙岩体的接触非线性问题,本文研制开发了三维动态接触单元和用于动力非线性分析的修正中心差分法程序,对在建的小湾300m级高拱坝—坝基体系进行了三维动力非线性数值仿真分析。通过数值分析,研究了小湾高拱坝非线性特性及其对坝体抗震稳定性的影响,进而对高拱坝抗震稳定性有了进一步的认识。

设有横缝的高拱坝地震反应分析方法

文中介绍了两种模拟拱坝径向横缝的力学模型 ,应用非直接对接的自由子结构方法 ,在模态子空间内建立了拱坝地震反应分析的非线性动力方程 ,提出了考虑动水压力影响的近似计算方法 .

非线性子结构方法中实现对结构抗震措施阻尼器的数值模拟

应用子结构理论,对设置伸缩横缝的小湾高拱坝结构,分别就正常高水位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一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结构抗震性能的影响。

高拱坝的抗震设计分析及抗震措施研究

本文对高拱坝坝体工程的抗震设计进行了分析，其中对高拱坝抗震设计的基本理念，高拱坝的抗震设计方法，以及高拱坝坝体工程的抗震措施研究这几个方面做了一系列的分析及总结。

高拱坝抗震设计分析

对高拱坝的抗震设计进行了分析,包括拱坝坝体-地基-库水动力相互作用分析、高拱坝坝肩抗震稳定分析、横缝对高拱坝抗震设计的影响,仅对高拱坝抗震设计研究的几个方面进行了概括总结。