混凝土重力坝FRP片材表面加固抗震性能研究

如何提高混凝土重力坝薄弱位置的抗震性能是国内外大坝抗震研究的热点问题。本文基于等价静力非线性方法,采用考虑混凝土细观非均匀特性的混凝土损伤模型,研究FRP片材表面加固大坝薄弱位置的抗震有效性。以2座不同形态的混凝土重力坝A、B为例,分别进行坝踵FRP片材表面加固研究和折坡处FRP片材表面加固研究,分析加固前后坝体的应力状态、裂缝扩展情况和破坏形态。数值模拟结果表明：坝踵处采用FRP片材加固可以很好地增强坝体的抗震性能,有效地抑制裂缝的产生和发展;折坡处采用FRP片材加固在一定程度上可以提高坝体的抗震性能,下游坝身加固与否对提高大坝的抗震性能影响不大。     

基于IDA的金安桥混凝土重力坝潜在失效模式研究

为了研究混凝土重力坝在地震动荷载作用下的潜在失效模式,以金安桥碾压混凝土重力坝5号非溢流坝段为例,运用粘弹性边界法和流固耦合法建立了反映重力坝在地震动作用下动力响应特征的坝体-地基-库水抗震分析模型。基于增量动力分析（IDA）法:绘制了以相对位移转角为x轴（损伤指标,DM）和峰值地面加速度为y轴（强度指标,IM）的IDA曲线簇;分析了金安桥大坝在极端荷载作用下的潜在失效模式和其在不同峰值地面加速度下重力坝的损伤破坏过程。结果表明:金安桥大坝在地震动荷载作用下,可能发生功能失效的地方多出现在坝体折坡处、碾压分区交界处、坝踵与坝基交界处、廊道顶等应力集中处。因此,加强对这些区域的抗震防护有利于提高大坝整体的抗震水平。     

混凝土重力坝整体动力特性研究

结合金安桥混凝土重力坝工程的抗震性能研究,对大坝按整体模型和分缝模型分别进行了动力试验。试验中考虑了横缝和动水压力的影响,得到了整个坝体空库、满库时的空间动力特性。并对大坝进行了三维有限元动力分析,与模型试验结果进行了比较,两者符合得较好。     

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。     

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。     

考虑拦污栅-坝体相互作用的混凝土重力坝抗震安全性分析

对考虑拦污栅-坝体的动力相互作用的弹性连接和刚性连接的拦污栅-坝体以及不作耦联分析的拦污栅-坝体这三种不同模型结构形式的动力特性和动力响应进行了比较分析。研究发现,拦污栅的不同模型结构形式对大坝的抗震安全性分析有重要影响,考虑拦污栅-坝体的动力相互作用后,坝体损伤开裂的程度明显加大,坝顶的水平位移响应也明显提高。按《规范》规定的对拦污栅和坝体不作耦联分析的抗震计算方法,所得结果对坝体是偏于不安全的,而如考虑拦污栅-坝体之间的弹性连接,所得结果则是偏于安全的。     

基于ANSYS的碾压混凝土重力坝抗震性能分析

采用有限元方法，分析了碾压混凝土重力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。     

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。     

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。     

汶川地震中宝珠寺重力坝地震响应的三维有限元模拟

汶川地震中宝珠寺水电站遭受的地震烈度为8°(相当于水平峰值加速度0.2 g),远超过大坝的设计地震水平(0.1 g),震后大坝未见明显震损.为解释大坝在地震中的抗震现象,构建了坝址区三维模型.考虑坝体横缝非线性以及三个方向地震作用的不同组合方式,对汶川地震中大坝的动力响应进行有限元模拟.在此基础上,针对震后提高的抗震设防标准,进一步选取典型坝段,采用二维弹塑性方法对大坝进行抗震复核并分析可能的破坏模式.模拟结果表明:横河向地震分量起主导作用而顺河向地震作用相对较弱是宝珠寺重力坝在汶川地震中免于发生损坏的主要原因.坝顶混凝土发生挤压破碎缘于永久横缝在地震中高频渐开渐合行为引起的剧烈碰撞.宝珠寺重力坝对设计地震0.27 g的强震可以保持整体的安全性,对校核地震0.32 g的强震整体安全性降低,水库正常运行及抵抗余震的能力将受到影响.     

混凝土大坝原型测量及抗震分析

以丹江口大坝、葛洲坝闸墩坝、新丰江大坝和潭岭大坝强震观测为例，介绍了混凝土大坝原型观测中所使用的仪器、测量方法（强震观测和微振观测）及获取的初步成果，扼要介绍了混凝土大坝抗震分析的内容（包括结构动力特性分析、坝体稳定性分析和强度验算）和方法（拟静力法和反应谱法），最后，详细介绍了利用强震记录对新丰江大坝和潭岭大坝进行抗震分析的结果，并由此看出强震观测对于大坝抗震的重要性。     

王家店水库混凝土重力坝爆破地震反应分析

通过两种途径分析了王家店水库重力坝在爆破时的地震效应。一是利用实测坝基地振动作为地面运动输入,对坝体进行了地震反应和爆破强度分析,包括具体的振动特性和动力反应。二是通过振动速度分析了坝体混凝土可能产生的最大应力,并与极限强度做了比较,给出了该混凝土重力坝爆破振动控制标准。最后讨论了重复爆破时对大坝可解产生的疲劳影响。上述分析结果表明:最大药量控制在300kg范围内,距大坝1700m处的爆破研究所进行的常年爆炸加工生产,对大坝是安全的,由重复爆炸对大坝引起的低周疲劳影响可忽略。     

强震区高面板堆石坝抗震安全性评价

针对西部强震区高面板堆石坝,在三维非线性动力有限元分析基础上分析评价了面板堆石坝的加速度和应力反应、面板的应力及接缝变形、坝体地震残余变形、坝体单元抗震安全性、坝坡的抗震稳定性,对大坝的抗震安全性进行了综合评价。所提出的抗震安全性评价方法以及有关规律和结论可供工程建设参考。     

橡胶集料风积沙混凝土柱抗震性能试验研究

为研究橡胶集料风积沙混凝土柱的抗震性能,制作了4根相同尺寸的混凝土柱试件,其中包括普通混凝土柱、风积沙混凝土柱、橡胶集料混凝土柱和橡胶集料风积沙混凝土柱。通过低周反复荷载试验,分析各试件的破坏现象、滞回曲线、骨架曲线、刚度退化和延性等抗震性能指标。在试验的基础上,根据能量耗散原理建立累积损伤评价模型,并对结构进行了累积损伤分析。研究结果表明:10%橡胶集料的掺入能够改善混凝土柱的变形能力,但混凝土柱的承载力有所降低;30%风积沙的掺入可以改善混凝土柱的抗震性能;橡胶集料风积沙混凝土柱具有较好的滞回性能,且耗能能力和延性性能明显高于其余试件,柱的抗震性能得到提高;通过累积损伤分析表明:适量掺入橡胶集料和风积沙的可以有效减缓试件的损伤,且该累积损伤模型能够较好的反映出各试件的损伤程度。     

克孜尔水库大坝的地震动力反应分析

克孜尔水库以建在克孜尔活动断层而享誉盛名。在发生了1999年3月15日地震之后，评价其安全性具有重要意义。运用土与结构相互作用分析的拟三维有限元方法，对克孜尔水库大坝进行了地震反应分析，并评价了土坝的抗震性能，特别对坝体的抗震强度给出具体分析，克孜尔水库大坝的地震动力反应模拟进一步说明了FLUSH程序的实用价值。     

基于Marc二次开发实现粘弹性人工边界和振型分解反应谱法

新版《水电工程水工建筑物抗震设计规范》（NB35047-2015）中规定:"抗震设防类别为甲类的混凝土坝应考虑远域地基的辐射阻尼效应"。针对通用商业有限元软件Marc在振型分解反应谱法中的不足,且缺少时程分析法中模拟地基辐射阻尼效应的粘弹性人工边界,采用Fortran语言编制相应的独立程序及二次开发程序,以便在Mrac软件中精确实现新规范要求下的混凝土坝抗震安全评价。数值算例和工程实例分析结果验证了基于Marc二次开发实施思路和自编程序的正确性;重力坝抗震薄弱部位主要为坝体断面突变处,考虑无限地基的辐射阻尼效应后,坝体地震动力响应明显下降。     

古田地震水口水电站重力坝强震观测记录的谱结构特征

通过对水口水电站重力坝强震反应台站在古田地震中获取的强震反应观测资料进行信噪比、反应谱和功率谱分析,得到如下结论:①大坝在0.7～15 Hz频率段的振动特性较为可信;②坝基和自由场输入地震动富于高频,峰值加速度反应谱存在较大差异;③坝基输入地震动存在差异性,建议今后此类大坝抗震设计时考虑多点地震动输入;④单个卓越频率携带的能量对反应谱影响不大,反应谱是和输入地震动总能量相关的;⑤坝体刚度较大,此次地震中还处于线弹性状态。初步了解了强震记录的地震动特性和大坝结构的抗震性能,对认识水库地震近场地震动特性和重力坝地震反应有一定的参考意义。     

基于断裂力学的重力坝有限元非线性动力分析

针对国外位于强震区的某重力坝,利用基于Hillerborg断裂力学理论的混凝土非线性本构模型,精细地建立了三维地基与坝体相互作用的有限元计算模型。根据坝址的地震动参数,拟合了水平向、竖直向的两条人工地震波,同时施加到重力坝体上,进行了非线性动力时程法的分析计算,揭示了重力坝复杂的地震响应变化规律。数值计算成果满足规范设计要求,为重力坝结构抗震设计提供了一定的科学参考。     

乌拉泊水库大坝的抗震安全性评价

位于北天山地震带中段的乌拉泊水库工程场地，自有历史地震记载以来，影响场区的最大烈度是Ⅶ度。通过参考前人工作成果及数据对大坝及附属建筑进行了动力稳定性计算研究，探讨了造成坝体震害的原因，评价了水库大坝的抗震安全性。     

挂柱挂板组合墙结构抗震性能振动台试验研究

为改善混凝土装配结构的抗震性能,提出了混凝土挂柱挂板组合墙装配框架结构体系,并通过设计1/2缩尺模型对混凝土挂柱挂板组合墙装配框架结构的抗震性能进行了振动台试验研究,通过白噪声扫描和输入地震波强度逐步增加的加载试验方法,研究了整体结构的动力特性变化规律、整体结构的动力响应规律、局部组合墙体与主体结构相互作用以及退化规律。研究结果表明:挂柱挂板组合墙与主体结构的连接以及挂板挂柱之间具有较好的连接性能,能保证整体结构的抗震性能;挂柱挂板组合墙对整体结构的刚度贡献随着地震强度的增加先增加后减小;整体结构首先在挂板挂柱出现裂缝,随后挂柱挂耳两端逐步损伤压碎,最后主体结构逐渐屈服,表现出良好的整体连接性能和抗震性能。