杨房沟拱坝的动力响应分析

强震区的杨房沟拱坝的抗震安全问题为众多研究者所关注。本文用拉格朗日不连续变形分析（LDDA）模拟拱坝横缝,采用黏弹性边界作为吸能边界来模拟无限地基辐射阻尼,建立了拱坝地震自由场输入模型,进行了杨房沟拱坝动力响应分析,对辐射阻尼和拱坝横缝对坝体应力的影响、拱坝横缝在地震作用下的张开情况以及坝体静动综合应力进行了分析,得出了如下结论,考虑坝体横缝张开和地基辐射阻尼效应影响后,杨房沟拱坝的地震动力响应明显降低,大坝横缝张开度最大为6mm,在横缝止水可允许的变形范围之内,在进一步优化大坝体型基础上,杨房沟拱坝在设计地震作用下的抗震安全是可以保证的。     

拱坝坝体-地基动力相互作用的振动台动力模型试验研究

在振动台上进行拱坝动力模型试验时，设置人工阻尼边界，以模拟地震时地震动能量向无限远域地基逸散的地基幅射阻尼效应。选用液体作为阻尼材料，其厚度根据阻尼液体的黏滞系数、基础材料的弹性模量和密度确定。试验同时模拟坝体-地基-库水的动力相互作用和坝体伸缩横缝的动力非线性影响。通过数值对比计算分析，验证了同时计人上述诸多复杂因素影响拱坝系统动力模型试验研究的可行性。为今后进行类似试验研究，合理评价高拱坝的抗震安全，探索了新的研究途径。     

地基辐射阻尼和库水对拱坝非线性地震响应的影响

针对拱坝坝体—地基—水库系统的动力计算分析，采用考虑无限地基辐射阻尼、坝体横缝非线性和自由场输入的模型程序，以溪洛渡拱坝为工程实例，对不同库水位下，考虑或不考虑地基辐射阻尼的工况进行了系列的计算对比研究。研究结果显示，低水位是横缝开度控制工况，高水位是坝体应力控制工况；对所有水位，地基辐射阻尼都带来坝体地震响应的全面降低，但不影响反应的总体规律。     

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。     

基于无限元边界模型的高拱坝损伤开裂数值分析

基于ABAQUS中的混凝土损伤塑性模型,分别建立了考虑地基辐射阻尼效应的有限元—无限元耦合模型和无质量地基模型,讨论高拱坝在设计地震作用下采用两种地基模型得到的应力、横缝开度、坝顶顺河向位移和损伤开裂情况。结果表明：无质量地基模型与无限元边界模型相比,坝体拱向和梁向应力最大值明显增加,增大了坝体的横缝开度和坝顶顺河向位移,同时坝体的损伤开裂情况更为严重。因无限元边界模型能考虑地基的辐射阻尼效应,能真实地反映坝体的地震响应,而无质量地基模型夸大了坝体的地震响应,故用无质量地基模型进行坝体的抗震分析是过于保守的。     

混凝土拱坝横缝对坝肩抗震稳定的影响

简单介绍了将刚体极限平衡法与考虑横缝的拱坝－地基系统有限元静动力分析相结合，将有限元时程分析的计算成果用于刚体极限平衡求解高拱坝坝肩块体抗滑稳定安全系数的基本思路和计算公式，并详细推导了模拟拱坝横缝动态张合效应的动接触力模型基本公式。最后又以两个实际工程为例，在考虑无限地基辐射阻尼作用的条件下，区分有、无横缝两种情况，在有限元静动力分析的基础上，用本文介绍了方法分别进行拱端推力、块体震力，以及块体动力安全系数的分析，通过这两种工况计算结果的对比，揭示拱坝横缝对坝肩抗震稳定的影响。     

基于黏弹性人工边界的拱坝动力响应分析

无限地基的辐射阻尼是影响拱坝地震反应的一个重要因素,无限边界的处理方法很多,其中黏弹性人工边界具有较高的计算精度和计算效率、较好的稳定性,同时程序容易实现。基于黏弹性人工边界的基本原理,以Ansys为计算平台,采用声学流体单元fluid30模拟库水,在坝基截断边界添加弹簧-阻尼单元以考虑无限地基的辐射阻尼影响;并以锦屏一级高拱坝在El Centro地震波作用下的动力响应分析为例,对不考虑坝基辐射阻尼与采用黏弹性人工边界两种计算方法的计算结果进行比较。结果表明,采用黏弹性人工边界条件后的动力响应(动水压力、位移、主应力)均有所降低,坝顶拱冠处的应力分布更为合理,动力响应时程滞后;验证了该边界条件的吸能效果。该方法计算效率高、稳定性好,克服了透射边界与有限元相结合的方法存在高频失稳问题的缺陷。     

不同地基模型对拱坝动力响应的影响

在粘弹性人工边界理论基础上,结合波场分解法的地震动输入方法,应用ANSYS软件的参数化语言APDL,编制了模拟粘弹性人工边界和地震荷载输入的程序。针对某碾压混凝土拱坝建立了"库水-拱坝-地基"联合作用的有限元模型,采用施加粘弹性边界并输入相应地震动,讨论了无限地基辐射阻尼的影响,并与无质量地基模型的计算结果进行比较分析。研究结果表明,只有考虑辐射阻尼效应才会得到符合实际情况的坝体地震响应结果,因此实际工程抗震分析时对地基的模拟应该合理选取。     

基于ABAQUS-Python无限元的动力人工边界研究

结构在地震数值模拟中会产生地基辐射阻尼问题,目前广泛采用的人工边界能够有效解决该问题,然而实现一般比较繁琐。基于无限元动力边界原理和波在弹性介质中传播理论,推导了剪切波和压缩波入射情况下,人工边界各侧面节点的等效荷载时程表达式。借助ABAQUS有限元软件中无限单元,给出了无限元-有限元联合建模方法,利用软件内嵌的Python脚本语言进行开发编程,实现边界节点上荷载幅值的自动生成和施加。算例结果分析表明,该方法计算结果精度较高,能够有效解决地基辐射阻尼问题。     

考虑辐射阻尼的拱坝随机振动分析

本文基于有限元-边界元-无限边界元耦合的时域模型，提出了结合随机振动虚拟激励法的拱坝-地基动力相互作用分析模型，并用蒙特卡罗法对模型进行了验证。对某拱坝的计算结果表明，辐射阻尼对拱坝随机动力响应有显著影响，结果同时表明，地震动的随机性对于拱坝动力响应的影响明显，用有限的几条确定性地震动时程输入不能全面反映地震动的随机性。     

汶川地震中沙牌拱坝震情验证研究

本文针对汶川地震中沙牌拱坝的抗震表现,从推求坝址地震复原波、测定坝体混凝土材料实际强度两个方面力求使地震反应分析中的计算条件接近汶川地震中沙牌拱坝的实际情况,并在计算分析中通过调整拱坝接缝的初始强度取值,比对沙牌拱坝在汶川地震震后调查所体现的震损情况以推断震时实际的缝面强度。计算分析与实际抗震表现均验证了沙牌拱坝-地基体系具有较高的实际抗震能力,依据沙牌拱坝抗震表现分析了高拱坝体系较高抗震潜能的主要来源,说明遵照我国抗震规范精心设计施工的高拱坝—地基体系具有较大的抗震潜能。     

粘弹性人工边界地震动输入方法及实现

进行结构-地基动力相互作用分析时必须考虑无限地基辐射阻尼效应，粘弹性人工边界方法由于其优越性而得到广泛应用，但对于外源地震作用下结构-地基体系的动力响应分析，还需要确定相应于粘弹性边界的地震动输入，目前一般转化为人工边界节点上的等效节点力处理，为此需要求解自由场位移、速度和应力，比较繁琐。本文首先对目前实现粘弹性边界的常用方法进行了总结。其次，对相应于粘弹性边界的地震动输入公式进行了详细的推导，使得自由场应力的求解也转化为自由场速度的求解，简化了地震输入公式，并给出了地震动输入的简便实现方法。然后，基于ABAQUS软件，进行算例分析并和理论解进行了对比，验证了各种粘弹性边界实现方式及本文地震动输入方法的合理性和正确性。最后，对大朝山重力坝典型挡水坝段进行地震响应分析，通过施加粘弹性边界并输入相应地震动，评价了无限地基辐射阻尼的影响。与无质量地基模型进行比较，结果表明坝体地震响应明显降低，故在实际工程抗震分析时对其影响应予以适当考虑。     

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。     

结构缝对高碾压混凝土拱坝地震破坏机理影响的试验研究

为探究结构缝的存在对碾压混凝土拱坝地震破坏机理的影响,在地震模拟系统上进行了拱坝模型动力破坏试验。模型的建立基于弹性力-重力准则,不考虑库水以及坝体-地基相互作用。采用一种新型压电传感器测量模型内部的动态应力,并主动监测模型内部微裂纹的发生和发展过程。横缝的模拟考虑了键槽的影响,诱导缝的模拟基于断裂力学理论。选择模型基频对应的谐波逐级加载来研究拱坝在地震动超载作用下的反应。试验表明,拱坝顶拱的端部与拱冠的破坏均较严重,试验中横缝与诱导缝的先后张开分别释放了拱向端部应力与冠部应力,从而引导了裂纹开裂方向,减轻坝体破坏。通过实际震害与物理模拟的对比验证了试验结果的可靠性,显示本文的物理模拟技术有助于研究结构缝对拱坝地震破坏机理和最终失效模式的影响,可为碾压混凝土拱坝的抗震设计提供科学依据。     

杨房沟高拱坝防震抗震设计研究

杨房沟混凝土双曲拱坝最大坝高155 m,坝址所处地区地震烈度相对较大,为此,除了按DL5073—2000《水工建筑物抗震设计规范》的原则、方法和要求进行常规抗震分析外,同时还考虑坝址地形地质条件、计入地基辐射阻尼和横缝张开影响的三维非线性有限元法对大坝及基础进行动力分析,综合分析评价了大坝的抗震性能与抗震安全性。研究结果表明,杨房沟高拱坝在设计地震和校核地震作用下,坝体应力状况较好,坝体横缝最大张开度不会破坏横缝止水设施,满足设计要求。采取的抗震措施能够进一步提高拱坝的整体性和抗震性,杨房沟高拱坝的抗震安全是可以保证的。     

地震模拟振动台的数字仿真及其在龙江拱坝上的应用

通过对地震模拟振动台工作原理的模仿,用计算机技术实现了对地震模拟振动台的数字仿真。在这一“仿真模型”中,黏弹性边界被用来吸收外传的散射波,因此,计入了无限地基辐射阻尼的影响。利用该“仿真模型”计算了龙江拱坝的地震反应,计算结果表明:考虑无限地基辐射阻尼的影响,龙江拱坝的动拱梁应力与无质量地基模型比较均有较大幅度的降低,最大降幅约在40%~50%范围内,且导致正常蓄水位和死水位条件下,大坝静动综合的最大主拉、主压应力明显降低。     

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。