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。     

基于离散元的重力坝多滑面深层抗滑稳定分析

重力坝的深层抗滑稳定分析多采用刚体极限平衡法和非线性有限元法,但刚体极限平衡法不能反映坝基岩体渐进失稳过程和破坏的力学机制,非线性有限元法模拟岩体不连续效率低,且还未有统一的失稳判据。基于离散块体边界应力计算结果,提出重力坝坝基多滑面抗滑稳定安全系数计算公式,并探讨了以坝体-坝基系统能量突变作为坝基失稳判据的物理意义。通过与非线性有限单元法、刚体极限平衡法计算结果的比较,验证了所提方法及判据的可靠性及合理性。结合向家坝水电站重力坝泄12#坝段进行计算分析,结果表明：基于离散元强度储备系数法搜索的坝基失稳通道由坝基岩体屈服区和结构面滑移带组成,所提计算方法与判据适用于实际工程的坝基深层抗滑稳定计算分析,且计算结果偏安全。     

Earthquake safety assessment of concrete arch and gravity dams

Based on research studies currently being carried out at Dalian University of Technology, some important aspects for the earthquake safety assessment of concrete dams are reviewed and discussed. First, the rate-dependent behavior of concrete subjected to earthquake loading is examined, emphasizing the properties of concrete under cyclic and biaxial loading conditions. Second, a modified four-parameter Hsieh-Ting-Chen viscoplastic consistency model is developed to simulate the rate-dependent behavior of concrete. The earthquake response of a 278m high arch dam is analyzed, and the results show that the strain-rate effects become noticeable in the inelastic range. Third, a more accurate non-smooth Newton algorithm for the solution of three-dimensional frictional contact problems is developed to study the joint opening effects of arch dams during strong earthquakes. Such effects on two nearly 300m high arch dams have been studied. It was found that the canyon shape has great influence on the magnitude and distribution of the joint opening along the dam axis. Fourth, the scaled boundary finite element method presented by Song and Wolf is employed to study the dam-reservoir-foundation interaction effects of concrete dams. Particular emphases were placed on the variation of foundation stiffness and the anisotropic behavior of the foundation material on the dynamic response of concrete dams. Finally, nonlinear modeling of concrete to study the damage evolution of concrete dams during strong earthquakes is discussed. An elastic-damage mechanics approach for damage prediction of concrete gravity dams is described as an example. These findings are helpful in understanding the dynamic behavior of concrete dams and promoting the improvement of seismic safety assessment methods.     

整体式折线重力坝的深层抗滑稳定及加固研究

分别采用三维弹塑性有限元法和分项系数法,对非整体式和整体式折线重力坝的应力和深层抗滑稳定性进行了计算分析,得出整体式折线重力坝有效地改善了坝体的应力和变形状态,但对提高抗滑稳定性不一定有效的结论,并通过拱梁分载法解释了上述结论。采用高压旋喷灌浆进行加固,并提出了较优的加固范围。     

碾压式混凝土重力坝第三方质量控制

以山东省第一座碾压混凝土重力坝龙潭沟水库大坝为例,讨论了第三方质量检测在碾压混凝土重力坝施工过程中的检测方法、检测结果,重点论述了碾压混凝土的压实质量以及坝基处理的质量检测方法,强调第三方质量检测在大坝施工过程中的工作重点,为第三方检测对碾压混凝土重力坝的检测工作提供了经验。     

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。     

复杂地质条件下多结构面对重力坝坝基稳定性的影响及处理

武都重力坝坝基地质条件复杂,发育有断层、层间错动带等多种不利地质构造,且结构面相互交错组合形成多条潜在滑移面,坝基深层抗滑稳定问题突出。为了研究多结构面对坝基深层抗滑稳定的影响及加固处理,结合武都重力坝19#坝段,建立了三维数值模型进行有限元分析。首先,对坝基中各软弱结构面的力学参数进行敏感性分析,研究影响坝基稳定的主要因素,揭示了坝踵处倾向下游的10f2、F31断层对坝基抗滑稳定影响较大,应进行重点加固处理。在该基础上,在断层10f2、F31拟定不同深度的混凝土置换,对断层置换混凝土的深度进行敏感性分析,得出不同置换深度下坝基的超载稳定安全系数。结果表明,断层10f2、F31的置换深约19 m时可以达到良好的加固效果,位移和应力值得到良好的改善,坝基塑性区域明显减小,抗滑稳定安全系数得到明显提高,并满足设计规范要求。研究成果对武都重力坝工程的加固处理提供了重要的科学依据,对类似工程的稳定分析与加固处理具有参考价值。     

主震和余震联合作用下复杂地基上重力坝的稳定性分析

大地震主震发生之后通常伴随强余震,多次余震下大坝的结构损伤破坏累积效应明显。为了解复杂地基上重力坝在主、余地震联合作用下的变形和稳定性,以紧邻汶川地震震中的某大型水利工程重力坝典型坝段A#坝段为研究对象进行研究分析。首先,仅考虑主震作用的影响,采用拟静力法模拟地震主震荷载,运用地质力学模型试验方法,研究主震作用下A#坝段坝与地基的变形特征和模型最终破坏形态;再考虑主、余地震联合作用的影响,采用动力法（即时程分析法）基于ANSYS有限元软件进行计算。研究结果表明,主震作用下模型试验与有限元计算结果基本一致,坝与地基均发生了大变形,且通过模型试验得到了A#坝段最终破坏形态;在主、余地震联合作用下,A#坝段坝与地基的变形的累积增加效应明显,变位特征值比主震作用下明显增大,其坝体最大变形处（坝顶）变位值增幅约为37%,对坝与地基稳定性影响较大。因此,对位于地震高发带复杂地基上的重力坝,应考虑主、余地震联合作用的影响,这样更利于工程的安全。     

带有参数不确定性的重力坝地震响应的直接数值模拟

采用蒙特卡罗法对考虑参数不确定性的重力坝地震响应进行研究,参数不确定性主要考虑了材料的弹性模量、混凝土材料的抗拉强度、抗压强度和碾压混凝土重力坝建基面和层面的摩擦系数和凝聚力等,地震荷载按反应谱法进行计算,主要考虑了地震系数的不确定性,利用大型商业软件MARC计算快捷、处理方便的优点,对拟建的龙滩碾压混凝土重力坝(高196.5米)进行了上千次随机数值计算,根据概率论和数理统计原理给出了在95%置信度下重力坝关键部位的位移、应力响应,并给出其响应分布的直方图,所得结果还与确定性的时程响应的结果进行了比较,同时还给出了关键部位开裂概率。最后对该重力坝沿建基面和典型层面的整体抗滑稳定可靠度进行分析研究。结果表明在上游坝踵处、下游坝颈和高程341米之间的下游侧在8度地震作用下会出现开裂破坏,大坝沿高程341米层面和建基面的整体抗滑稳定可靠度最低。