库水可压缩性对重力坝动力特性和地震响应的影响

采用ABAQUS中的声学单元模拟库水,探讨库水可压缩性对重力坝动力特性和地震响应的影响.首先建立了刚性直墙和柔性墙模型,采用声学单元模拟库水可压缩性,将动水压力结果与相关文献进行对比,验证了库水单元模型的正确性.然后以Koyna大坝为例建立了坝体-库水-地基有限元模型,分析了库水可压缩性对于坝体自振频率和关键部位地震响应的影响,并对不同高度大坝和不同卓越频率的地震荷载对坝体关键部位的动水压力进行了探究.结果表明:可压缩库水模型能够降低坝体自振频率,与忽略库水可压缩性时相比降低3.1%.考虑库水可压缩性时,会增大坝顶、上游坝面中点处水平位移响应,增大下游坝面折点、坝踵处主拉应力响应.对于不同高度大坝,可压缩库水模型相较于不可压缩库水模型增大了坝面动水压力,且动水压力峰值随着坝高的增加逐渐增大.在地震卓越频率与可压缩库水模型自振频率相接近时,对动水压力有较大的影响.     

不同库水模型对高拱坝动力特性的影响

给出了3种模型及不同情况下高拱坝动力特性的数值求解方案,并结合实际工程分析了不同库水模型对高拱坝动力特性所产生的影响.计算和分析结果表明:不同库水模型对坝体的自振频率、振型参与系数和振型等动力特性的影响程度相差较大;可压缩库水模型最能真实地反映库水的特性和库水对坝体动力特性的影响,可采用可压缩库水模型来求解高拱坝的动力特性.     

重力坝-库水-地基相互作用分析方法比较研究

对5种不同高度的重力坝分别采用流固耦合模型与附加质量模型进行了坝体-库水系统相互作用的时域地震动分析.将这两种模型计算所得动水压力结果与Westergaard公式解析解相比较可知,约70m高的中低重力坝采用Westergaard公式计算动水压力就能满足工程实际的要求;对于160m以上的中高重力坝,采用流固耦合模型计算库水作用及坝体动力响应较为接近现实情况.从坝体频率、位移、峰值加速度(PGA)三个方面的结果可以看出,附加质量模型模拟地震条件下库水对坝体作用较流固耦合模型有一定的夸大,对中高坝而言更为显著.地基对200m级高坝库水作用的影响非常明显,在计算坝体与库水相互作用时地基作用不可忽略;对于70m高的中低坝,地基作用可以不用考虑.     

小湾拱坝的地震反应分析

在对小湾拱坝的三维系统进行地震分析中,考虑坝体与库水的耦合作用,分别采用线弹性模型及非线性模型进行计算,得到了系统的自振特性及动力反应结果。结果表明,坝水耦合作用提高了坝的整体质量,降低了自振频率;伸缩横缝削弱了拱坝的整体刚度,对拱坝地震反应产生较强的非线性影响。     

面板堆石坝动力破坏计算方法研究

提出了面板堆石坝的动力破坏准则；利用有限元法对面板堆石坝进行动力破坏计算，可以得到坝体的潜在破坏区及其扩展过程。将该方法用于模型面板堆石坝的动力破坏计算，得到和模型动力破坏试验较为一致的结果，并用该方法计算了一座面板堆石坝在地震作用下的破坏过程。     

面板堆石坝最大加速度放大倍数经验公式

对面板堆石坝进行三维动力反应计算分析,采用等价线性化模型以不同坝体高度、不同河谷形状为对象,研究了输入不同地震波坝体的反应.结果表明,在坝高相同、基础输入加速度不变情况下,随河谷宽度增加,坝顶坝轴线最大加速度位置由中间向两岸对称移动;对狭窄河谷,最大加速度在坝轴线中间坝顶部位,对宽阔河谷,最大加速度在靠近两岸的部位.对面板堆石坝地震反应加速度分布规律进行了统计分析,给出了计算坝体最大加速度放大倍数的经验公式,为实际工程中进行基于拟静力法的面板堆石坝抗震稳定分析提供了参考依据.     

重力坝动水压力与地震干扰频率的关系

地震时大坝坝体与水体的动力作用是水工抗震分析中的重要问题 ,特别是水体的可压缩性对动水压力的影响一直是水工结构设计和研究者所关心的问题。作者从解析解和有限元数值解的角度详细分析了库水动水压力与干扰频率的关系 ,实际的计算表明 ,高坝的抗震安全性设计时考虑该因素是完全必要的     

关门山面板堆石坝二维地震反应分析

采用有限单元法，根据面板堆石坝（以下简称面板坝）构造和受力上的特点，提出了适用于面板坝动力计算模型，对关门山面板坝进行了空库与满库条件下地震反应分析和比较。     

重力坝-库水-淤砂-地基系统动力分析的时域显式有限元模型

为了研究淤砂层对高坝地震反应的影响,建立了重力坝库水淤砂地基系统动力分析的二维时域显式有限元模型,其中将淤砂层模拟为液固两相介质,并严格考虑了坝体、库水、淤砂层和地基间的动力相互作用。该模型的特点在于不同类型介质都以位移向量为未知量,采用时域显式逐步积分方式求解,不需要求解联立方程,因此节省计算时间和内存,可以非常方便地用于坝体线性和非线性动力反应分析。文中还应用所建立的模型,分析了淤砂层饱和度及厚度对坝顶加速度反应的影响,结果表明淤砂层可能会对坝体反应产生重要影响。     

水坝库水与地基的动力相互作用分析

本文用伽辽金—加权余量法与快速富氏变换技术,研究了水平地面运动下混凝土重力坝的地震反应,在分析中考虑了库水和基岩的动力相互作用效应.假设坝体为变截面悬臂梁,地基为弹性半平面体,而水体是可压缩的无粘滞性流体.通过所举算例,讨论了地基的柔性和水体的可压缩性对坝体反应的影响.     

挡水坝动水压力的一个有效解法

本文用加权余量法求解具有部分吸收库底边界时刚性坝的动水压力.在分析中,假设库水为无粘性可压缩液体,坝一水系统简化为二维问题,上游坝面的几何形状可以是任意的.数值算例表明,本文建议的方案对于分析复杂边界条件下的水动力学问题是十分精确和有效的.     

矶头水电站大坝的地震反应分析

采用坝－水－地基系统动力耦合的边界单元法，计算在基底地震加速度情况下的矶头水电站大坝的地震反应．对坝体系统的动力特性、坝面动水压力、坝顶动力放大系数进行分析和计算，并对大坝的动力稳定性进行校核．     

Effects of sediment on the dynamic pressure of water and sediment on dams

After a reservoir has been in operation for a period of time, a sediment layer is likely formed before the dam. Since studies of the effects of sediment layers on the hydrodynamic pressures of impounded water and the aseismic responses of dam are few, the dynamic effect of sediment may be applied neither in the seismic design of new dams nor in the assessment of earthquake safety of existing dams. However, a common practice of the action of sediment layers and foundation is based on a partial energy absorption boundary. It is shown that during a vertical harmonic ground motion, the sediment layer could alter the natural frequencies of reservoir. The dynamic pressure on a rigid vertical dam face caused by the vertical ground motion is obtained through a computational model and an experimental test by using a shaking table. With a change in the thickness of sediment, the frequency corresponding to the inertia amplification effect appears to vary gradually. The results are useful for further study of seismic responses of dams.     

重力坝-地基-库水体系的动态断裂分析

利用特解边界元法分析了重力坝-地基-库水体系的动态断裂问题,对重力坝坝踵区界面裂缝在地震作用下的应力强度因子变化规律进行了探讨。应力强度因子KI、KII、K0随弹模比的增加而减少,随裂缝长度的增加而增加,地震动水压力对重力坝裂缝影响较大。特解边界元法是计算重力坝-地基-库水体系动断裂分析的有效方法。     

水坝抗震分析的两种有限元模型比较

以一种实际的芯墙堆石水坝的抗震问题为例 ,比较了把水当作压力边界仅研究坝体的有限元模型和把水、坝体、地基作为一个系统的有限元模型的计算结果 ,分析指出 :把水处理成压力边界的作法实际上弱化了问题的液 -固动力耦合特性 ,不能得到最危险的状态 ;而把水 -坝体 -地基作为一个系统进行分析的有限元模型能反映问题的动力本质     

结构-地基相互作用的频域计算模型

基于比例边界有限元法（SBFEM）建立了结构-无限地基相互作用分析的频域透射边界,这种透射边界精确满足Sommerfeld辐射条件.该方法的特点是可以根据精度需要从低阶到高阶逐步递推计算无限域刚度矩阵,应用简单且十分方便.针对文献中比较常用的各种无限地基计算模型的适应性进行了一定的研究分析.结合无限地基上重力坝的地震响应,对无限地基迟滞效应的影响进行了对比分析,由对比结果可以看出考虑无限地基影响时的坝体最大拉应力分布比常用的无质量地基模型的计算结果约小15%;考虑迟滞效应时最大应力计算结果比不考虑迟滞效应时的计算结果增加了约25%.     

考虑库底吸收作用时挡水坝的抗震分析

本文基于分区加权余量法的思想,提出了一种配点-伽辽金混合方案研究考虑库底吸收作用时挡水坝的地震反应.分析中计及了库水和地基的动力相互作用效应,所建议的方法在水平或竖向地震作用下,对于垂直和倾斜坝面,可压缩和不可压缩水体,完全反射和部分吸收的库底条件,均可以采用统一的计算格式,并具有较高的计算效率.文中还通过所举算例,讨论了地基柔性、水体可压缩性和库底吸收作用等对水坝地震反应的影响.     

古田溪一级重力坝抗震安全研究

采用悬臂梁振型分解反应谱法研究重力坝地震响应.提供了不等间距的悬臂梁柔度计算公式,考虑了地震动水压力的作用与地基弹性的影响,研制了相应的计算程序.利用该程序对古田溪一级重力坝进行了地震烈度7度的抗震计算,得出了一些有价值的结论.     

注浆压力动载荷作用下盖重非线性响应简化分析

为解决大坝混凝土盖重在注浆压力动载作用下产生抬动效应导致盖重破坏,从而影响大坝防渗等工程实际问题,建立了一种混凝土盖重在固结注浆压力动载荷作用下的非线性动力学响应简化分析模型.考虑到盖重下方基层在注浆压力动载荷作用下具有非线性、滞后性、变形累计、强度和刚度退化等特性,采用了Bouc-Wen退化迟滞模型,并对盖重下方土层与岩层分别采用了不同的刚度系数与阻尼系数,分析了混凝土盖重在注浆压力动载影响下非线性动态力学响应的滞后效应,得到了不同外载荷频率作用下,盖重抬动位移与变形速度的非线性响应曲线.实例分析结果表明,该模型可以较好地模拟各种工况下盖重注浆的非线性动力学响应问题,为动载作用下的盖重注浆抬动位移控制提供了一种参考方法.     

考虑地震动空间效应的深水桥梁减震性能

以大跨深水连续梁桥为研究对象,提出了拉索减震体系.对考虑地震动空间效应的不同激励地震动输入的实现方法做了阐述,对比常规体系和弱固定体系,研究考虑地震动空间效应时深水桥梁拉索减震体系的减震效果,并进一步探讨了考虑地震动空间效应时,动水压力对深水桥梁地震响应的影响.研究结果表明,拉索减震支座具有良好的减震性能,且其对地震动空间效应非常敏感;考虑地震动空间效应时,动水压力对拉索减震体系、常规体系动力响应的影响较一致激励有所差异,且该差异随视波速、失相干系数及局部场地条件的不同而变化.