非线性拱坝-地基动力相互作用的 FE-BE-IBE 模型

同时考虑了高拱坝地震反应中的两个重要因素,即拱坝—地基动力相互作用和横缝非线性影响,并采用子结构技术加以实现,在拱坝地震反应分析中较以前有重大改进。由边界元—无限边界元耦合模型得到的地基频域动力刚度通过拟合法转换成时域离散参数,得以与拱坝有限元相耦合并在时域中求解。地震输入采用一种简化模型,在考虑无限地基辐射阻尼的同时避免了地震通过基岩后的人为放大。计算表明地基辐射阻尼对拱坝地震反应有显著影响。     

空间结构-地基动力相互作用数值分析时域算法研究

对于大型结构地震响应分析,结构-无限地基耦合系统动力分析的数值实现,往往由于有限元网格过多,以及地基无限域时域计算模型中存在的复杂卷积运算,严重限制了求解规模.为解决此问题,提出了基于阻尼溶剂抽取法的三维结构-地基相互作用分析的分区时域逐步求解模型.并针对三维大规模工程问题的数值求解,在积分算法及矩阵存储格式等方面,结合阻尼溶剂抽取法的特点进行了详细的探讨,以推进动力相互作用时域数值分析的实用化.以三维全空间球形空腔动力变形及大岗山拱坝的地震响应分析为例,针对上述数值实现算法进行了具体验证,并就不同的地基弹模及地震波输入方式对坝体响应的影响进行了探讨.计算结果表明,地基辐射阻尼以及河谷散射效应对结构的动力响应有很大影响,而该模型表现出了良好的精度和计算效率.     

地震非均匀自由场输入下的拱坝非线性反应分析

针对高拱坝抗震研究的需要,完成了有限元边界元无限边界元耦合模型地震非均匀自由场输入下的拱坝非线性反应分析。用此模型对溪洛渡拱坝进行计算分析的结果显示:非均匀自由场幅差和相差对拱坝反应有显著的影响,一方面幅差和相差带来结点运动的相互牵掣,降低拱坝主体的响应,另一方面强化了局部扭曲,在某些情况下可能带来局部拉应力和横缝开度的大幅度升高,而且可能会改变坝体动力反应机制和规律。因此对重要的高拱坝抗震设计,有必要考虑横缝非线性、地基辐射阻尼及自由场幅差和相差的影响。     

辐射阻尼与峡谷自由场分布对拱坝动应力的影响

利用频域边界元－无限边界元与时域有限元在时域内耦合而建立的耦合 模型能够较好地模拟拱坝地基的辐射阻尼，并能考虑峡谷自由场幅值、相位 的空间分布对拱坝动力响应的影响．本文利用该模型分析了谐波作用下拉西 瓦拱坝的动应力，并通过比较计算，研究了上述因素的影响，得到了一些有实 际意义的结论．     

基于坝基散射波衰减影响的重力坝动力响应分析

在有限元模型人工边界上结点的法向和切向分别设置一系列并联的弹簧和阻尼器单元,以考虑基于衰减散射波的无限地基辐射阻尼的影响,利用ANSYS中的APDL参数化设计语言,编写实现黏弹性人工边界的宏文件,对某重力坝-地基系统进行了地震响应分析.研究结果表明:在进行动力响应分析时,与固定边界无质量地基相比,考虑了无限地基的辐射阻尼效应影响后,坝体的动力响应峰值减小了4%~38%,也更加符合工程实际.     

不同地基模型对土与结构相互作用体系随机响应的影响

应用弹簧、阻尼体系模拟半无限地基的动力阻抗特性，建立上部结构-基础-地基耦连体系的运动方程，在此基础上考虑不同地基模型对结构响应的影响，进行了土与结构相互作用线性体系随机地震响应分析，并通过算例分析其影响程度。     

Nam Ngum5水电站分缝重力拱坝地震响应分析

针对老挝在建的Nam Ngum5水电站重力拱坝,利用基于ABAQUS平台的非线性指数型动接触模型和混凝土塑性损伤本构模型,研究了该重力拱坝在地震荷载作用下横缝的张开、闭合和滑移的非线性动力特性以及坝体的动力响应.计算结果表明:横缝张开使得大坝的坝踵主拉应力大幅增加至3.0MPa;考虑诱导短缝时,坝体整体性下降,刚度减弱,坝顶顺河向动位移响应有一定幅度的提高,同时横缝的开度也有所增加,但诱导短缝对坝体应力的影响较小;大坝能承受的最大峰值加速度为0.40g,大坝可能的破坏模式为从横缝底端与岸坡交界面处起裂,损伤部位逐渐向坝踵以及左岸坝肩、右岸坝肩延伸.     

地震波动输入方法对高土石坝地震反应影响研究

将地震波动输入方法引入高土石坝地震反应分析程序,讨论了该方法在坝体与地基之间相互作用及无限地基辐射阻尼的模拟效果.为探讨地震波动输入方法对高土石坝地震反应的影响,从地震波频谱特性、坝体高度和地基模量三个方面开展了研究工作.分析结果表明:与传统的一致输入方法相比,地震波动输入方法可以考虑无限地基辐射阻尼的影响,并合理地反映出坝体与地基之间相互作用的变化规律;当高频含量较多的地震波作用时,传统一致输入模型与所提出地震波动输入模型的数值结果差异相对较大;两类模型数值结果的差异区域会随坝体高度的增加逐渐增大;地震波动输入方法可以较好地反映出地基模量变化对坝体与地基之间相互作用的影响.     

周期分布结构-地基系统在竖向传播地震作用下的透射边界模型

结构-地基有限模型中传统的固定（或自由）边界错误地将地震能量全都陷入结构的计算模型,严重影响了结构地震反应的计算精度．为了改善这一不合理状况,该文提出周期分布结构-地基系统在竖向传播地震作用下的透射边界模型,用于处理结构-地基的动力相互作用。在地基有限模型的底面使用阻尼或改进的阻尼透射边界,侧边使用捆绑边界。文中算例表明该透射边界模型不仅有效,而且还能应用于一般结构-地基系统的非线性动力反应分析。     

阻尼模型对复杂结构水管桥地震响应分析的影响

与对普通桥梁的抗震性能研究不同,对水管桥研究时需考虑动水压力的影响,以附加质量的形式模拟动水压力对水管桥动力特性和地震响应的影响.阻尼是结构动力响应分析中的重要参数,针对阻尼模型的合理选择进行讨论.水管桥自振特性复杂,对横桥向分别采用Rayleigh阻尼模型、分块Rayleigh阻尼模型进行动力计算;对顺桥向采用Rayleigh阻尼模型进行动力计算.两个方向均以振型叠加法所得结果作为精确解,评价了各阻尼模型的合理性.结果表明:分块Rayleigh阻尼模型更能合理地模拟结构横桥向振动的阻尼特性,而顺桥向按Rayleigh阻尼计算就能得到较好的精度.     

基于功能的混凝土重力坝地震破坏评价模型

为了定量反映混凝土重力坝地震破坏程度,进行基于功能的重力坝抗震设计,建立了一种地震破坏评价模型。基于线弹性模型,分析了混凝土重力坝在地震作用下的需求能力比、超应力累积持时,并在弹塑性损伤力学的基础上分析了损伤区长度、位置及损伤因子,建立了重力坝地震破坏评价模型。通过印度K oyna重力坝典型地震破坏事例分析,模型计算的损伤指标(DM)值均大于0.6,属于严重损伤破坏,验证了该模型的合理性。因此,该模型可以定量评估重力坝震后的破坏状态。     

Research advance in failure risk and local strength failure for high arch dams

To develop national economy and use the water resources and hydropower resources sufficiently,a lot of high arch dams,with the height of more than 200 m,have been and will be built in China.Although arch dams have good mechanical behavior,there is still failure possibility due to the huge water pressure and high stress level in dam,complex topographic and geologic conditions,formidable environment and high intensity earthquake.As one of the three main aspects concerning the safety of high arch dam,the study on global destruction,has been elaborated in the literatures,and research advance in the other two aspects,namely the failure risk and local damage of high arch dams,will be reviewed in this paper.In recent years,the failure risk of high arch dams has been investigated,and the model for identifying dam failure risk factors has been established.It is shown that the foundation deterioration and strong earthquake are the major risk sources for high dam failure.With the fault tree method,the failure mode and failure probability of high arch dams are studied,and the principle for determining failure mode and the method of calculating failure probability are proposed.Meanwhile,the determination principle of acceptable risk standard for high arch dam was proposed,and the acceptable risk rate and the acceptable standard value of various risk losses were given.For the local damage of arch dam,it is pointed out that the local damage belongs to the strength failure at material level.The study on local failure mechanism of arch dam is reviewed,based on the theories that from traditional strength theory to damage mechanics and meso-mechanics theory.Aiming at the cracking,the main pattern of local failure of high concrete dam,the research advances in the analysis methods and cracking criteria for smeared crack model and discrete crack model are summarized,and the research findings of preventive measures for local failure are shown.     

拱坝极限承载力的分析方法研究

本文讨论拱坝极限状态与极限承载力的分析方法.采用非线性有限单元法,分别根据最大正应力准则和脆性损伤模型,求得了某高拱坝的极限水压力超载系数,两种计算模型求得的该拱坝的破坏方式基本相同,极限超载系数接近,说明了建议的方法可以进一步用于拱坝的设计.     

山岭隧道洞口段衬砌结构地震响应数值分析

隧道洞口段由于所处地质环境较差,是山岭隧道最容易失稳的部位之一。特别地,地质条件对隧道稳定性的不利影响会在地震过程被进一步放大。基于混凝土塑性损伤模型,建立隧道-围岩系统三维非线性有限元模型,采用该模型对横琴长湾隧道洞口段结构进行地震响应过程分析。结果显示:距离洞口越近,衬砌结构的位移响应越大;衬砌拱肩和拱腰的最大主应力峰值明显大于其他部位,并且拉裂破坏是衬砌结构主要破坏模式;损伤区主要分布在距离洞口70 m范围内,并且距离洞口越近,衬砌结构的损伤系数越大;衬砌结构的拱肩和拱腰是其抗震的薄弱部位。     

拱坝体型设计的统计模型

应用数理统计方法，通过建拱坝数据库，确定拱坝体型厚高比，最小体积，最大柔度三个参数的统计模型，并对数座拱坝进行检验，得到比较一致的结果，提供的三个参数可拱设计人员在拟定拱坝体型几何参数和进行型优化设计时参考，并为宏观判断大坝安全性提供对比资料。     

运用概率神经网络对混凝土拱坝进行损伤位置的识别

大型水利工程的灾难性事故多由大坝的微小裂缝发展而成,在运行期间对混凝土坝的裂缝进行监测十分重要.提出了基于振动测试数据用概率神经网络对混凝土拱坝进行损伤检测,并针对一混凝土拱坝进行损伤识别的数值模拟分析,结果表明基于振动测试数据利用概率神经网络识别混凝土拱坝的损伤位置是可行的.     

基于加速微种群遗传算法的拱坝体形优化设计

以型值点坐标、拱端厚度和半中心角为体形参数构造三次样条线型拱圈,给出了三次样条线型拱坝体形优化设计模型.采用加速微种群遗传算法求解拱坝优化设计问题,对约束条件根据复杂程度采用不同的处理方法,即相对比较简单的几何约束采用直接检验法,对较复杂的性态约束采用罚函数法处理.以某拟建拱坝的安全性优化设计为例进行了计算,结果表明优化设计的坝体最大主拉应力比初始设计减小了42%,显示了加速微种群遗传算法的有效性与可行性.     

大坝的地震灾害损失预测研究

提出了大坝地震灾害和经济损失预测的概率方法。文中首先详细地阐述了坝址区地震危险性分析的基本思路和步骤,然后提出了按坝的类型进行坝的地震易损性分析方法,并对坝遭受地震袭击时可能产生的五种破坏等级作了详细描述。利用本文的方法可以计算：（ａ）一座坝在Ｔ年内发生Ｊ级破坏的概率和在给定强度的地震作用下发生Ｊ级破坏的概率;（ｂ）大坝地震破坏造成的经济损失。     

高拱坝失效故障树模型与失效概率

研究高拱坝洪水、地震、山体滑坡等外载荷,坝身混凝土、坝基岩石材料强度弱化等的随机性,以及评价准则的模糊性;分析了高拱坝分别基于强度理论和稳定理论确定性评价方法的不足,提出应该利用模糊数学方法解决具有随机性、模糊性的高拱坝安全评价问题;建立了基于结构可靠度理论的高拱坝失效概率故障树模型并给出了具体算例.     

拱坝安全度模糊综合评判模型

首先给出模糊数学在拱坝安全评价中的应用方法和步骤,然后在拱坝体型设计统计模型的基础上建立了考虑厚高比、柔度和最大拉应力3个因素的模糊综合评价模型,并对数座拱坝进行了验证．验证结果表明,拱坝模糊综合评判方法简便易行,评判结果切合实际．