溪洛渡大坝混凝土芯样动态轴拉试验研究

利用MTS大型静、动材料试验机对溪洛渡大坝混凝土芯样开展了动态轴向拉伸试验研究,试验共计32个?220 mm×440 mm圆柱体试件。试验分别开展了不同应变速率(1×10^-6/s、1×10^-4/s、5×10^-4/s、1×10^-3/s)下静、动态单调加载和预加不同初始静载(0%、30%、60%)的单调动态加载(5×10^-4/s)。大坝混凝土芯样试验成果,揭示了当前溪洛渡大坝混凝土的静态抗拉力学特征及在动态荷载作用下抗拉强度、峰值应变和吸能能力等随应变速率的变化规律,以及初始持续静态荷载对动态抗拉性能的影响。通过试验数据拟合及统计分析,建立了溪洛渡大坝混凝土的抗拉应力应变曲线解析表达式。试验成果将为溪洛渡大坝抗震深化研究提供科学依据。     

重力坝与坝基体系地震损伤破坏分析

摘要：为了揭示重力坝坝基体系地震破坏过程,需要同时考虑坝体和地基的损伤破坏。本文建立了较为完整的重力坝-地基-库水非线性动力分析模型,同时利用本文开发的程序模拟了重力坝地基体系的地震破坏。结合印度柯依那（Koyna）坝震害,研究了坝体和地基岩体均采用损伤模型重力坝地基体系的地震破坏过程。作为比较分析,研究了坝体采用损伤模型地基采用Drucker-Prager弹塑性模型重力坝地基体系的地震破坏。计算结果表明,地基分别采用损伤模型和D-P弹塑性模型,得到不同的破坏模式。坝体地基均采用损伤模型模拟的结果与实际震害接近,能更好反映重力坝地震损伤破坏。     

某RCC抽水蓄能电站重力坝设计和三维全坝段抗震安全研究

RCC坝(Roller compacted concrete dam)的设计应根据各部位功能需求和设计条件,因地制宜的布置,亦应体现RCC坝技术的发展。针对某抽水蓄能电站下库RCC大坝,在设计过程中改变了大坝断面的结构尺寸及横缝间距,采用了“全面碾压混凝土”筑坝技术,调整了坝内其它一些结构布置。依据设计方案,构建了大坝三维全坝段有限元模型,以粘弹性人工边界模拟无限地震的辐射阻尼效应,以动接触力模型模拟各类接触缝面的动力接触非线性影响,分别对运行基准地震(OBE, Operational basis earthquake)和最大可信地震(MCE, Maximum credible earthquake)作用下的抗震安全进行了全面地评估和研究,对OBE下坝体位移、应力和抗滑稳定进行了评价,对比分析了5组MCE地震波作用下坝体横缝、碾压层面以及坝基交界面处张开和滑移。结果表明,尽管MCE作用下大坝出现了局部非线性损伤变形,但其震后仍可保持稳定和正常的挡水功能,不致出现库水失控下泄的灾变风险。     

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-地基体系整体稳定概率地震风险分析

为了进行高拱坝的地震风险分析,引入幂指数函数的形式来描述地震危险性曲线,结合概率地震需求模型和地震易损性曲线函数,推求了概率地震风险分析解析函数。基于此,以实际工程为例,开展了高拱坝-地基体系整体稳定概率地震风险分析。在概率统计框架下,以高拱坝-地基系统整体抗震稳定安全评价为研究目标,在考虑坝基岩体内控制性滑动块体滑裂面力学参数不确定性基础上,构建了概率地震风险分析模型,得到了基于残余滑动位移的高拱坝-地基体系年超越概率曲线。从而给出了设计基准期限内,高拱坝-地基体系整体地震稳定达到不同性能水平的概率,为其在极限地震下的抗震安全评价提供依据,同时为现有基于准则的混凝土坝抗震安全决策转向基于风险概率的安全决策提供科学依据。     

基于DCR方法的沉砂池右边墙抗震安全评价

本文基于美国陆军工程师兵团EM 1110-2-6053中提出的水工建筑物抗震性能需求能力比(DCR,demand to capacity ratio)评价方法,对某水电站沉砂池综合抗震性能进行了评价。结果表明,在OBE下,沉砂池右边墙的抗剪性能、抗弯性能、抗滑动稳定和抗倾覆稳定性均能满足设计要求。而在MDE下,尽管沉砂池截面抗弯性能良好,但其右边墙的抗剪性能难以满足设计要求,需要对结构断面或配筋进行调整;且其可能发生滑动失稳和倾覆失稳破坏,需要进一步开展非线性动力分析。     

2008年汶川地震中沙牌拱坝的震情检验和分析

为对2008年汶川地震中沙牌拱坝的震情进行检验和分析,本文提出了一个基于损伤力学对高混凝土坝地震损伤破坏过程分析的新方法,可计入残余变形但避免损伤—塑性耦合。由于汶川地震中未能取得坝址的地震动输入记录,为此,采用随机有限断层法,通过邻近台站的加速度记录,对汶川地震中断层破裂模型参数进行校准后,重建了汶川地震中沙牌拱坝坝址的地震动输入加速度时程。为上述计算研发了高性能并行计算程序,在"天河一号"超级计算机上进行了高效运算,并对都经受过强震的沙牌拱坝和美国帕柯依玛拱坝的震情进行了对比分析。计算结果表明,所建议的方法能可靠应用于混凝土坝的地震损伤破坏过程的分析。     

强震作用下水电站沉沙池右边墙非线性动力时程分析

本文基于现有“L 型”沉沙池右边墙无质量地基模型的线弹性动力分析研究结果,进一步通过考虑沉沙池右边墙-地基接触非线性以及地基辐射阻尼效应,开展了最大设计地震（MDE,max design earthquake）下的非线性动力分析,综合评估了右边墙墙根抗剪、抗弯性能以及墙体与地基接触面滑动和张开情况,结果表明：MDE 作用下,右边墙墙根弯矩时程均低于需求能力比（DCR,demand to capacity ratio）允许值,剪力时程存在一定持时范围超过 DCR 允许值,有发生剪切破坏的可能性,可以通过在墙体根部配置剪力筋,增强其抗剪性能。此外,地震结束后,沉沙池右边墙-地基接触面最终处于闭合状态,表明其具有较好抗倾覆能力。本文针对沉沙池右边墙开展的非线性动力分析可为抗震设计提供科学依据,亦可为强震区沉沙池结构的抗震分析提供参考。     

水工结构动接触问题的组合网格算法

针对水工结构工程计算中经常出现的接触问题,和以往解决此类问题算法的局限性,提出了采用组合网格算法.算法采用两套网格求解,在整个求解区域采用较粗网格,不考虑接触的影响,而在接触区域附近采用较细的网格,考虑接触的影响.整体粗网格求解和局部细网格球求解反复迭代,求得最终结果,与常规有限元方法所求得的解相符合,为求解大型实际复杂问题提供了一个思路和方法.     

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。