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292m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45%，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.     

动水压力及其对坝体地震反应影响的研究进展

由于大坝事故可能产生的灾难性后果，合理确定地震时坝面动水压力是地震区新建坝设计和已建 坝安全评估的一个重要因素。自从Westergaard(1933)的创造性研究开始，许多研究者对坝面动水压力及其对坝体地震反应影响进行了研究。由于计算工具和计算方法的局限性，在初期的研究中一般都采用简化模型，假定坝体和地基为刚性，分析刚性坝面动水压力。随着计算机性能的不断提高，多种数值方法开始广泛应用于分析坝面动水压力，坝面动水压力分析的计算模型不断完善，逐步考虑了坝体和库水的动力相互作用、地基柔性的影响、库水可压缩性的影响、库底淤积泥砂层的影响以及非线性反应的影响等。本文详细回顾了上述几方面的研究进展，总结了库水的可压缩性、坝体、库底淤积砂层、地基等因素对地震时坝面动水压力影响的研究成果。     

基于不同有限元模型的RCC大坝层面抗滑稳定分析

对于重力坝的抗滑稳定分析,根据现行规范中的分项系数法,给出了一种可用于有限元计算的安全系数表达式.在此基础上,结合具体的工程实例,分别用结构面循环加载本构模型和Cohesive单元对碾压混凝土大坝层面的力学性质进行模拟.结果表明,基于两种有限元模型所得的结果大致相当,说明两种模型都可以较好地模拟层面的力学性质.     

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。     

龙羊峡重力拱坝运行期变形与应力反演分析

基于龙羊峡重力拱坝实测数据,建立拱坝-地基有限元模型,进行了反演分析,确定了合理的温度分布函数的参数,以及坝体与基岩材料弹性模量。采用反演得到的有限元模型计算了龙羊峡重力拱坝运行期温度场分布及坝体变形与应力分布。结果表明,龙羊峡重力拱坝坝体中心温度常年几乎没有变化,坝面区域温度变化受外界影响较大;坝体混凝土弹性模量相比于设计试验值大,提升约25%;应力状态方面,坝体整体受压,冬季由于气温较低,坝面区域存在小范围拉应力区,拉应力水平较小,不影响工程安全运行。     

材料参数对高拱坝动力响应影响研究

高坝系统运行环境复杂,与设计状态往往有比较大的差异。以溪洛渡拱坝为例,首先采用三维有限元模型基于现场实测资料反演坝体与地基材料参数,然后对比设计参数和反演参数条件下坝体的动力响应。研究结果表明,材料参数的选取对坝体-地基系统动力响应影响明显,与采用反演参数的拱坝动力响应相比,采用设计参数时坝体的动相对位移明显增加,坝肩位置横缝开度增加但中部横缝开度减小,建基面、孔口及坝踵位置损伤增加。建议对拱坝进行抗震安全性分析时采用设计参数。     

地基辐射阻尼对高拱坝非线性地震反应的影响

本文建立了一种拱坝-地基-库水系统地震反应分析的非线性有限元模型,可以同时考虑无限地基的辐射阻尼、坝体混凝土损伤开裂非线性和坝体横缝非线性等影响高拱坝地震反应的关键因素。利用所建立的有限元模型,以我国拟建的大岗山高拱坝为例,分析研究了地基辐射阻尼对坝体混凝土损伤开裂和坝体横缝开度的影响。结果表明,地基辐射阻尼可以明显减小强地震荷载作用下,坝体中上部的损伤开裂程度和坝体横缝的最大张开度,并改变其分布规律。     

四寨水库高重力墩-拱坝整体非线性分析和安全评价

为评价高重力墩对四寨拱坝的应力变形和抗滑安全的影响,建立了拱坝重力墩地基系统的有限元数值模型,其中考虑重力墩基础、右岸夹层和拱坝重力墩等交界面的非线性相互作用,以及基岩材料的弹塑性变形行为。分别采用水压超载法和折减强度参数法对重力墩拱坝系统进行数值模拟,并基于建议的重力墩安全评价指标对系统整体稳定性进行判定。分析表明,采用水压超载法计算的整体安全超载系数为2.5～3.0,折减强度参数法计算的整体稳定强度储备系数为2.0～3.0。参考已有的拱坝整体稳定分析统计数据,该工程的整体稳定安全系数相对较低。     

拉西瓦拱坝环境振动测试与分析

坝体的环境振动测试是监测大坝健康状态的主要内容之一,通过环境振动试验研究了拉西瓦拱坝的坝体振动特性;基于振动试验结果,分析了坝体振动的时空分布规律,并对比分析了泄洪和非泄洪时的坝体振动特性差异。试验成果表明,拉西瓦拱坝的环境振动幅值在时空分布上有一定的随机性。总体而言,泄洪期间的振动幅值显著大于非泄洪期间的振动幅值;对于同一工况,振动幅值从坝顶中部向两岸坝肩先增大后逐渐减小。该研究成果可作为坝体损伤检测、状态评估和健康监测的基础。