不利围岩条件下施工期调压井的动力有限元分析

调压井作为一种地下薄壁结构,其动力特性对于围岩地质条件十分敏感。本文结合一工程实例,运用瞬态动力学方法,在进行调压井自振特性分析的基础上,按照单纯考虑水平地震荷载作用及考虑水平与竖向地震荷载组合作用两种计算工况,对不利围岩地质条件下施工期调压井的动力响应特性进行了有限元仿真分析。结果表明:在水平与竖向地震荷载组合作用下,衬砌结构位移及应力的分布规律与单纯水平地震荷载作用情况基本相同,但其位移及应力均有所增大。由此说明,地震组合作用增加了衬砌结构的动力反应,竖向地震作用也会影响衬砌结构水平方向的动力反应。因此,在进行调压井结构的抗震设计时,考虑水平与竖向地震的组合作用是必要的。     

水布垭水电站进水塔结构抗震分析与安全评估

进水塔结构属于水下建筑物,其地震安全性至关重要。采用大型三维有限元程序ANSYS对水布垭水电站地下厂房进水塔结构进行抗震分析,计算分析了进水塔结构的自振特性,并通过反应谱方法计算了在水平向地震作用下进水塔结构的动力响应,包括动位移、动应力和加速度分布。将动力计算结果与静力计算结果进行叠加,对进水塔结构抗震性能进行评估,结果显示进水塔结构的变形与强度均能满足要求,为工程设计提供了依据。     

围岩类型及衬砌厚度对水工隧洞地震动力响应的影响分析

以分析水工隧洞在地震激励作用下的变形破坏机制为目标,针对不同围岩类型和衬砌厚度条件下水工隧洞位移变化,根据地下结构抗震计算理论,选取合理的材料参数和模型边界条件,使用ANSYS建立了某水工隧洞的三维有限元模型,对其施加水平和竖向地震激励,应用瞬态分析法计算了隧洞结构模型在不同围岩类型和衬砌厚度下的水工隧洞动力响应。结果表明,在相同衬砌厚度下,随着隧洞围岩强度的降低,水平位移和竖向位移受影响的程度有明显的区别,即水平位移越来越大,竖直位移无明显规律可循;在相同的围岩强度下,水工隧洞并不会随着衬砌厚度的增加而趋于稳定,在Ⅲ类围岩的情况下,水工隧洞的位移随着衬砌厚度的增加而越来越大,Ⅴ类围岩下改变衬砌厚度对水工隧洞的位移几乎没有影响。因此,合理的设计围岩类型和衬砌厚度,可以既满足水工隧洞抗震性能要求,又能够降低工程造价。研究结果对合理设计隧洞衬砌厚度、增强抗震性能具有参考价值。     

水深及衬砌弹性模量对水工隧洞动位移的影响

考虑水工隧洞在不同的输水深度和衬砌弹性模量条件下的地震动力响应变化规律,对研究水工隧洞在地震激励作用下的变形破坏机制非常重要。根据黏弹性人工边界和地下结构抗震计算理论,选取合理的材料参数和模型边界条件,应用ANSYS建立了某水工隧洞的三维有限元模型,对其施加拟合后的人工地震波,并采用瞬态分析法计算了隧洞结构模型在不同输水深度和衬砌弹模下的动位移变化规律。结果表明:输水深度在一定程度上可以改变水工隧洞抗震性能,水工隧洞随着输水深度的增加,水平位移和竖向位移受影响的程度有明显的区别,水平位移先增加后减少,竖直位移无明显规律;衬砌弹性模量能够在很大程度上影响水工隧洞的抗震性能,各参考点的水平位移随着衬砌弹性模量的增加呈现出先减小后增加,大部分参考点的竖直位移都在增加;水工隧洞在地震发生后其拱顶及拱肩受影响程度比较大,在水工隧洞设计中应特别关注。     

深厚覆盖层高土石坝地震加速度响应分析

采用二维有限元软件GeoStudio对高土石坝进行动力响应分析,应用等效线性方法计算深厚覆盖层上高土石坝的地震加速度分布情况,对比分析了不同坝高、不同覆盖层厚度以及不同抗震设防烈度下所得到的加速度分布规律。结果表明,以上三方面因素对地震加速度响应均存在不可忽略的影响。     

修正的反应谱法地下结构抗震分析初探

为对地下结构抗震分析方法进行探索,以南水北调工程某倒虹吸结构为背景,建立有限元分析模型,采用时程分析法计算倒虹吸结构在地震作用下的响应,并用修正的振型分解反应谱法来求解倒虹吸结构的动力响应,将反应谱法结果与时程分析法结果进行对比,结果表明,在一定条件下反应谱法与时程分析法的结果误差较小,可以作为地下结构抗震分析的计算方法。     

大型U形双渡槽结构动力分析

应用三维有限元动力分析方法,建立大型U形双渡槽结构动力分析有限元模型,计算其在不同过水工况下的自振特性,并采用振型分解反应谱法分别按水工建筑物抗震设计的规范谱和穿黄工程场地危险性分析确定的场地谱计算渡槽的地震动力响应。结果表明：槽中水体对渡槽的自振特性影响显著;按场地谱计算的动力响应约是规范谱的3倍;支撑结构是渡槽抗震的薄弱环节。     

水工隧洞衬砌结构非线性地震响应分析

为了合理描述水工隧洞衬砌混凝土的非线性力学特性,采用塑性损伤模型模拟了混凝土材料在地震荷载作用下的本构关系。在此基础上,通过将混凝土刚度与钢筋材料刚度叠加来考虑衬砌中钢筋结构对衬砌刚度的强化作用,并基于此建立了衬砌结构非线性有限元分析模型。结合动力时程法模拟衬砌结构地震响应全过程,建立了完整的衬砌结构地震响应分析模型。通过将该模型应用于某水工隧洞地震响应数值计算中,分析了衬砌结构非线性地震响应特征。结果显示:地震过程中衬砌结构腰部的位移响应较大,衬砌结构整体产生了较为明显的结构变形,导致衬砌腰部最大拉应力达到了1.3MPa左右并超过了混凝土抗拉强度;震后衬砌结构内侧受到附加动水压力的影响,导致其损伤程度较大,损伤最为严重的区域主要分布在衬砌腰部,最大损伤系数达到了0.7左右。     

高土石坝的地震动力响应分析方法研究与应用

基于现有的土石料动力本构关系,综合分析了土石料非线性弹性模型和动弹塑性模型的优缺点,以及对高土石坝动力响应分析的适用性。应用等效线性粘弹性本构模型建立动力方程,根据总应力法进行地震反应分析,基于动力反应结果利用Newmark法或等效应变势法进行永久变形分析,依据不排水动力试验结果进行关键曲线的液化判断是最为合适的高效高土石坝地震动力响应计算途径。利用该途径,依据糯扎渡水电站高土石坝坝料特性,对该坝的动力响应进行了人工合成地震波下的动力响应分析,得出该坝的加速度放大系数都小于2,但是"鞭梢"效应明显,坝顶加速度反应较大,可在坝顶附近采取局部抗震加固措施,该情况与坝体抗震结构设计一致。     

瀑布沟水电站泄洪洞地震动力分析

采用有限元分析方法，分析计算了地震波作用下瀑布沟电站泄洪洞出口段2—2剖面岩体与衬砌结构的变形、应力及加速度特性，计算表明，地震作用下动破坏区及衬砌内偏压现象均有显著增加。依据其动力破坏区发展深度．提出了抗震加固处理措施。     

考虑隧道间相互作用的黄浦江打浦路隧道抗震性能研究

在传统有限单元法中引入了粘弹性边界,建立了隧道动力时程分析模型。通过与离心振动台模型试验进行对比,验证了本方法的合理性。然后,建立了隧道结构的三维有限元动力分析模型,研究了在地震荷载作用下,复线隧道和既有隧道之间的动力相互作用,重点分析了施工加固措施、净化设备的安装、隧道管片变形缝等因素对于复线隧道抗震性能的影响,结果表明:隧道间的相互作用随间距的增大而降低,施工加固措施明显降低了结构的动力响应,净化设备对隧道结构地震响应无明显影响。     

ABAQUS在输水隧洞衬砌结构计算中的应用

为研究输水隧洞在地震荷载作用下结构的受力变形规律,文章采用大型有限元软件ABAQUS,对输水隧洞在设计和地震两种工况下的应力及变形规律进行分析研究,得到以下结果:输水隧洞衬砌结构在两种工况下应力最大值均位于边墙与底板的交接位置,在交接处由于结构突变产生了应力集中,结构位移在底板的跨中位置最大,其次是顶拱位置,在边墙两侧呈对称分布;在地震荷载作用下,隧洞结构应力及变形情况均大于设计工况,在底板、边墙及拱顶交接处产生塑性变形并发生破坏,并向周围扩散,在设计中应在底板、边墙及拱顶交接处采取一定的措施来防止结构破坏。结果表明,有限元ABAQUS在隧洞衬砌结构计算中准确性高,设计成果符合工程实际情况。     

地下洞室震害类型及破坏程度影响因素数值分析

通过对世界各国实际震害资料的搜集整理,综合分析得出地下洞室地震破坏形式有山体边坡破坏造成的结构破坏、洞口塌方、洞室横断面错动破坏、沿相交断层产生较大位移、围岩剥落、支护或衬砌扰动或变形等。运用数值模拟技术,分析地下洞室震害程度影响因素。计算结果表明地震烈度越高,洞室越易遭受破坏;圆形洞室动力稳定性较好;建在均匀、坚硬的岩石中的地下洞室不易遭受地震破坏;地下洞室所处区域地应力越大,其位移动力响应值较小;地下洞室衬砌刚度增大在一定程度上将会加大震害程度;洞室出口段容易遭受地震破坏。     

直墙半圆拱导流洞衬砌结构优化研究

根据国内外对于地下洞室围岩稳定性及衬砌结构优化设计的研究思路,运用ANSYS数值分析软件对某直墙半圆拱导流洞工程进行分析,选取典型断面建立有限元分析模型。分析开挖期的围岩应力分布情况与变形规律,优化后运行期围岩及支护的稳定性态。得出如下结论：隧洞全段采用分层开挖、喷锚支护的开挖支护方案,对衬砌结构进行优化验算后,对于Ⅲ1类围岩采用70cm厚的C25钢筋混凝土衬砌;Ⅲ2类围岩采用90cm厚的C25钢筋混凝土衬砌;IV类围岩采用90cm厚的C25钢筋混凝土衬砌。     

三峡电站厂房钢衬蜗壳不同埋设方式抗震分析

混流式水轮机发电机组钢衬蜗壳有不同埋设方式,三峡水轮发电机组钢衬蜗壳是目前世界上混流式水轮机最大的蜗壳,左岸电站全部为保压方案。针对右岸水电站厂房钢衬蜗壳2种埋设方案,建立三维有限元模型,研究蜗壳保压方案和垫层方案的固有振动特性和地震响应,采用振型叠加反应谱法计算地震动力响应,分析不同蜗壳埋设方案对结构的自振特性及地震响应的影响。分析结果表明：就抗地震作用而言,2种方案都是可取的,垫层方案略优于保压方案。     

岩-土交界面处超大直径过江盾构隧道地震响应特征

以武汉市三阳路超大直径过江“公铁合建”盾构隧道工程为依托,探讨了强震作用下岩-土交界面处隧道的损伤演化规律及地震响应包络特征。基于ABAQUS软件研发的动力有限元计算平台,建立了双隧道(含内部构件公路板与竖向隔板)-土体有限元模型,土体本构采用了修正的Davidenkov黏弹性动力本构模型,混凝土本构采用损伤塑性模型以模拟其开裂、损伤特征。计算结果表明:在岩-土交界面附近,盾构隧道衬砌的加速度、位移及应力响应均出现突变;由于隧道结构穿越了软硬土层,其破坏始于拱腰的退出工作,进而衬砌内部构件节点破坏,拱肩最后破坏;衬砌拱腰处的破坏区域均在岩-土交界面附近的软土层中;衬砌内部构件的存在使得超大直径衬砌拱侧的水平剪应力明显减小。     

河床式水电站厂房结构的地震响应分析方法研究

以某河床式水电站工程为例,在分析厂房整体结构特点的基础上,建立了三维有限元模型,并应用《水工建筑物抗震设计规范》(DL 5037-2000)和《欧洲结构抗震设计规范》(Eurocode 8)中三种不同的反应谱,进行了河床式水电站厂房结构的地震响应分析。将设计反应谱转换成20s的人造地震波,通过时程分析,对反应谱分析得到的结构应力和位移状况进行验证对比,讨论在规范规定的不同反应谱分析方法下河床式水电站厂房结构地震响应的异同。期待研究成果可以为我国抗震规范的修订提供部分借鉴。     

复杂地质条件下引水隧洞围岩稳定性分析

地下工程具有广阔的发展前景,而其围岩的稳定性关系到工程的施工安全以及运行安全。采用有限元分析方法,对计算模型的有限变形原理、洞室参数的选择进行了介绍。依托柳坪水电站引水隧洞工程,依据相关设计参数,建立三维整体模型,模拟了复杂地质条件下引水隧洞在开挖不支护、开挖支护完成后、地震工况条件下围岩稳定性计算结果,说明隧洞围岩主要受到压应力的作用,且通过衬砌能有效地控制围岩变形。并对结果对比分析,得出了3种工况的安全系数均大于1,隧洞围岩结构稳定性较好,且引水隧洞垂直方向变形均大大超过水平方向等结论,为施工及结构设计提供参考。