关于坝体震害预测的研究

本文在“嘉峪关市地震危险性分析”工作的基础上，以大草滩水库土石坝为例，研究了坝体震害预测的方法。用动力非线性有限元法计算并分析了坝体的非线性动力特性，给出了５０年超越概率为１０％和２％两种风险水平下，坝体表面可能出现的拉裂区域和坝体内可能出现的塑性破坏区域，并给出了有代表性的一些地点的加速度时程和动剪应力时程。本文还用拟静力法对坝体的整体稳定性进行了分析计算，给出上述两种风险水平下，在可能遇到的各种情况下，坝体的整体安全可靠性能。     

双曲砌石拱坝的静力和抗震性能分析

采用三维有限元方法,分析了双曲砌石拱坝在不同工况下的变形和应力变化规律,以了解坝体在设计条件下的工作性态和对坝体的抗震安全性能进行评估。结果表明,坝体的应力及变形基本满足承载要求,其结论和成果对于其他同类拱坝结构分析具有参考价值。     

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。     

强震对高拱坝的承载能力影响研究

针对高烈度区混凝土拱坝的抗震性能评价及震后风险应急评估问题,从震后受损坝体的安全性能的角度开展了研究。通过非线性数值分析方法针对不同强度地震动作用下受损坝体的水压力超载安全性能进行了分析,讨论了震后受损坝体在水压力超载下的位移变化规律,并提出了坝面损伤面积比及坝体损伤体积比两个新的指标,用于分析拱坝震后的坝体安全性。计算结果表明,拱坝体型和受力形式使坝体具有优良的抗震性能,能够经受强震的作用,损伤坝体在震后可以保证承受水压力安全,所提出的坝体损伤累积面积比和损伤累积体积比指标不仅可以反映拱坝抗震性能的演化规律,而且可以反映震后损伤坝体的承载安全,与传统的拱坝抗震性能评价指标相比,更适合作为拱坝安全性能的评价指标。     

土石坝振动台模型试验颗粒流数值模拟分析

目前一般采用振动台试验、离心振动台试验和有限元动力分析来获得土石坝在设计地震荷载作用下的形态和抗震性能。本文结合孔宪京等的土石坝振动台试验结果开展了颗粒流细观数值模拟研究,克服了传统连续介质力学的宏观连续性假设,形象而直观地表现出坝体在动力荷载作用下的破坏特征。数值模拟规律与振动台试验规律基本一致。同时还分析了坝体颗粒粘结强度和地震峰值加速度变化对坝体破坏特征的影响。数值结果表明,当颗粒间粘结强度较低时,表现为坝体表面颗粒的滑动破坏,粘结强度稍大时,会出现局部的小块颗粒团整体滑动破坏;随着峰值加速度的增大,坝顶沉降量在增大,坝体破坏特征不变。     

拱坝的动力控制研究

在拱坝坝缝中布置钢筋和阻尼器，可在一定范围内实现控制坝体的动力反应，总体来说，拱向钢筋对坝体动力反应有控制作用，径向钢筋的作用不大；拱向阻尼器的控制效果较好，而径向阻尼器的效果不大。对动力反应的调整方面，对设置有3条缝的坝体的幅度比设置有1条缝的坝体的幅度要大。1条缝坝体同时设置拱向钢筋和阻尼器对梁向动拉应力的调整幅度为－2．846～-4.273MPa，而3条缝的为－2．482～-4.692MPa。     

基于有限元法的土石坝除险加固渗流问题分析

土石坝坝体在坝前水位作用下极易产生渗流,为研究坝体加固对渗透水压的影响,针对具体水库实例,采用有限元法对除险加固前/后的坝体进行渗透坡降、单宽渗流量、准流网等计算,分析3种工况下的渗流过程,为土石坝的除险加固设计提供参考。结果表明:加固后上游坡各工况下的安全系数明显提高,其中单宽渗流量最大,可达0.636m~3/d,远大于规范允许值。     

高拱坝体系整体抗震安全评价方法研究

采用非线性地震波动反应分析方法，将坝体、地基、库水的强震反应本质上作为满足体系中接触面边界约束条件的波传播问题，在时域内以显式有限元方法求解。在不同概率水平的地震波作用下进行高拱坝与地基体系的有限元时程分析，并建议了以坝体位移反应发生突变为依据的拱坝体系整体失稳判断准则，从而建立了进行高拱坝体系整体抗震安全评价的方法，并以小湾拱坝为算例，对其抗震安全度作出初步评价。     

超强地震作用下深厚覆盖层场地重力坝抗震安全研究

本文通过成层状地基地震动输入计算方法得到覆盖层边界自由场运动,采用粘弹性边界,考虑地基辐射阻尼效应及坝体和地基的接触非线性,针对强震区深厚覆盖层场地重力坝开展线性和非线性动力时程分析研究,结合需求能力比DCR评估其抗震性能。由线弹性动力时程分析可知,在运行基准地震OBE作用下,重力坝坝体应力均在允许范围内,其抗滑稳定安全系数不能满足要求;由非线性动力分析可知,在OBE和最大设计地震MDE作用下,重力坝发生较大滑动位移。通过在重力坝坝体下游坝后回填土加强重力坝抗震稳定性,结果表明,下游坝后回填土可有效减小坝体滑动位移,加强其抗震稳定性。本文针对深厚覆盖层场地重力坝开展的抗震安全研究为抗震设计提供了科学依据,为强震区深厚覆盖层场地重力坝的抗震分析提供参考。     

淤砂层对重力坝地震响应的影响分析

在大坝地震响应分析中如何考虑淤砂层,以及淤砂层对大坝的地震响应影响如何,是目前混凝土坝抗震分析和设计中需要进一步研究的问题。将库水-淤砂层-坝体-坝基动力相互作用当做波动散射问题,采用广义饱和多孔介质统一计算框架分析库水(流体)、淤砂层(饱和多孔介质)、坝体与坝基(固体)间的耦合。研究了一种考虑库水可压缩性与淤砂层影响的库水-淤砂层-坝体-坝基动力相互作用的高效分析方法,并通过自编程序实现了该方法。以Koyna重力坝为对象,以脉冲P波和SV波为输入,给出了库水-坝体-坝基体系不同时刻的波场快照,分析了其波场特征。设计了不同淤砂层厚度的4种工况,对比分析了4种工况下坝体的位移、加速度和最大应力,研究结果表明：库底淤砂层对坝体位移影响很小,但对坝体各点加速度和最大应力有减小作用,并且随着淤砂层厚度的增加,作用会增强。     

Seismic stability assessment of an arch dam-foundation system

A seismic stability assessment of arch dam-foundation systems is presented using a comprehensive approach,in which the main factors that significantly influence the seismic response of an arch dam-foundation system are considered.A large scale finite element model with over 1 million degrees of freedom is constructed for the Baihetan arch dam(289 m high),which is under construction in the Southwest of China.In particular,the complicated geological conditions with faults intersecting interlayer shear weakness zones at the dam base and the dam abutment resisting force body is modeled in the analysis.Three performance indices are adopted to assess the seismic stability of the arch dam.The results demonstrate that the opening of the joints of the Baihetan arch dam is small and the water stop installed between the joints would not be torn during a design earthquake.The yielding formed in the interface between the dam and foundation does not reach the grouting curtain that would remain in an elastic state after an earthquake.The yielding zones occurring on the upper portion of the dam faces extend 1/8 thickness of block section into the dam body and thus cantilever blocks need not be concerned with sliding stability.The faults and interlayer shear weakness zones in the near field foundation exhibit severe yielding,and a potential sliding surface is penetrated.Although the factor of safety against sliding of the surface fluctuates with a decreased trend during an earthquake,the minimum instantaneous value reaches 1.02 and is still larger than 1.0.Therefore,a conclusion is drawn that the Baihetan arch dam-foundation system will remain stable under the design earthquake.     

水口水库诱震的环境条件和库区垂直形变特征

简要分析了水口水库诱发地震的地质环境条件和初始应力,利用库区垂直形变监测资料,研究了大坝的坝体变形,库区近期垂直形变异常和断裂活动特征。分析表明,大坝坝体近期沉降偏大,应予以重视。     

CFRP composite retrofitting effect on the dynamic characteristics of arch dams

The purpose of this study is to investigate the effect of retrofitting dynamic characteristics of a damaged laboratory arch dam model, subsequently repaired with high-strength structural mortar and strengthened with composite carbon fiber reinforced polymer. This study constructed in laboratory conditions is a prototype arch dam–reservoir–foundation model. Five test cases of ambient vibration on the arch dam model illustrate the changes in dynamic characteristics: natural frequency, mode shape, and damping ratio, before and after retrofitting. The ambient vibration tests collected data from the dam body during vibrations by natural excitations which provided small impacts and response signals from sensitivity accelerometers placed at crest points. Enhanced Frequency Domain Decomposition Method in the frequency domain extracts the experimental dynamic characteristics. At the end of the study, experimentally identified dynamic characteristics obtained from all test cases have been compared with each other. Apparently, after the retrofitting, the natural frequencies of the dam body increased considerably, demonstrating that the retrofitting, including repairing and strengthening is very effective on the flashback of initial dynamic characteristics.     

考虑流固耦合效应的辽宁葠窝水库溢流坝段抗震性能分析

针对辽宁葠窝水库混凝土重力坝抗震问题,采用耦合的拉格朗日-欧拉有限元分析技术,建立了可考虑库水-坝体-基岩动力耦合效应的典型溢流坝段抗震分析数值模型。模型中,采用等效一致粘弹性边界模拟基岩的人工截断边界;采用混凝土弥散裂缝本构模型模拟混凝土的动力特性。根据烈度与地震动之间的关系,确定了水库坝体抗震设计的输入加速度峰值。据此,分析了在不同季节水位变化条件下坝体地震反应的基本特性。研究表明：完好的辽宁葠窝水库混凝土重力坝溢流坝段能满足8度的抗震设防烈度要求。地震下溢流坝段峰值位移出现在胖坝和瘦坝的坝顶迎水面位置处,胖坝的动位移较瘦坝动位移大。胖坝在闸墩与溢流堰交接处出现了拉应力最大值。有库水条件下,瘦坝峰值拉应力出现在坝趾处,无库水条件下,瘦坝最大拉应力出现在溢流堰与闸墩交接处。     

基于渗流-应力耦合分析的野鸡尾尾矿坝稳定性研究

基于渗流场与应力场耦合机理,对柿竹园野鸡尾尾矿坝进行稳定性研究。研究渗流-应力的耦合效应,提出了渗流-应力耦合以及渗流体积力计算的实施方案;建立二维的有限元渗流-应力耦合计算模型,分析了考虑耦合效应时的尾矿坝渗流场、位移场、应力场;最终分析了不同耦合关系对于渗流量、位移场、等效渗透集中力以及应力场的影响。研究结果表明：当前水力条件下,尾矿坝稳定性良好;尾矿坝主要受水平渗透力作用,初期坝坝顶、坝脚以及坝底等处应力集中;尾矿坝的渗流-应力作用不容忽视,不同的耦合关系对于x方向位移、渗透力的预测影响巨大;考虑渗流-应力耦合关系得到的主应力、剪应力以及竖向位移,比不考虑耦合效应时大。     

Study of damage to a high concrete dam subjected to underwater shock waves

To study the effect of a strong underwater shock wave on a concrete dam, this research aims to improve hammer impact methods in model tests. Six 1:200 scale models were designed and tested under distributed impact loads. A device was deployed for a direct measurement of the impact force at the upstream face of the dams. The model dam bases were anchored to prevent displacement. The experimental results indicate that the top part of the concrete dam is a weak zone, and the impact failure initiates with a fracture on the top of the dam. The peak value of impact stress increases when the second crack appears in the concrete dam from the upstream face to the downstream face. And, the level of the second crack in the dam body is lower as the peak value of impact stress increases. In this study, dynamic analysis was conducted by calculating the results to verify the effectiveness of a device to directly measure the impact force. This method may be used to approximately forecast the damage of concrete dam and may also be useful in other engineering applications.     

加筋土石坝小型振动台模型试验分析

土石坝振动台模型试验是认识坝体地震破坏过程和检验抗震措施效果的重要手段之一。针对2种坝体材料,利用小型振动台,开展了一系列不同加载工况、不同加筋方式的土石坝小型振动台模型试验。试验结果表明：①2种坝体材料的初始破坏都首先从坝顶开始,表明坝顶是抗震的关键部位,与已有研究成果基本一致;②相同加载条件下,级配较差的碎石料模型坝的抗震性能优于砂砾石料,表明相对于级配,堆石料自身的性质对土石坝抗震性能的影响更大;③由细铁丝网和纱布组成并在坝坡采取包裹处理的复合加筋的抗震措施,抗震效果优于平铺纱布、平铺纱布且在坝坡包裹处理、平铺细铁丝网等的抗震措施。研究成果可供进一步开展土石坝大型振动台模型试验的材料选择、抗震措施设计等参考。     

不同强度地震作用下的心墙堆石坝三维动力液化分析

东圳水库大坝位于福建省莆田市城厢区,该水利枢纽处于华南沿海地震带北段,由于水库建设时我国尚未有抗震设防烈度标准,因此亟需对其抗震稳定性进行复核。以东圳水库大坝为原型,结合已有的地震资料,选用Byrne液化模型,采用FLAC3D软件,研究了在50年超越概率10%、5%和2%地震作用下坝体填料的液化特征及最终位移情况。结果显示,在地震作用下,坝体上游砂砾石填料会发生局部液化,且液化区随着地震强度的增大而增加,但尚未出现大面积连续液化区;坝体填料发生液化后,产生了有限度的塑性变形,其变形量也随着地震强度的增大而有所增加;除坝顶较小区域外,坝体总位移量相对较小,对大坝整体稳定性不会产生显著影响。研究结论可以为大坝的抗震加固和治理措施的选择提供依据和参考。