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第45卷第1期2019年1月水力发电地震作用下混凝土重力坝极限抗震能力分析王旭东张立翔朱兴文2(1.昆明理工大学建筑工程学院工程力学系，云南昆明650500；2.大理大学数学与计算机学院，云南大理671003)摘要：采用ABAQUS中的混凝土塑性损伤模型来模拟某重力坝的地震响应特性，分析不同强度地震卜•坝体损伤破坏区。
以印度的Koyna混凝土重力坝为例，采用混凝土塑性损伤模型模拟了大坝动力损伤破坏过程，数值模拟结果与文献中模型试验结果基本相同，验证了数值模型的正确性，根据损伤破坏效应能够判定Koyna重力坝的极限抗震能力为0.4g〜0.45g。
对云南省某混凝土重力坝的极限抗震能力进行了探讨，根据重力坝的损伤破坏效应可以初步认定该混凝土重力坝的极限抗震能力在0-4g~0.45g o关键词：混凝土重力坝；地震；塑性损伤模型；极限抗震能力Analysis on Ultimate Seismic Capacity of Gravity Dam under Earthquake EffectWANG Xudong1,ZHANG Lixiang',ZHU Xingwen2(1.Faculty of Civil and Architectural Engineering,Kunming University of Science and Technology,Kunming650500,Yunnan.China; 2.School of Mathematics and Computer,Dali University,Dali671003,Yunnan,China) Abstract：The concrete plastic damage model in ABAQUS is used to simulate the response characteristics of a concrete gravity dam under earthquake.The dam damage and destruction zone under different strong earthquake is analyzed.Taking Koyna concrete gravity dam in India as an example,the plastic damage model of concrete is used to simulate the process of dam damage and failure.The numerical simulation results are basically the same as the model test results in the literature,which verified the correctness of numerical model.According to damage effect,it can be judged that the ultimate seismic capacity of Koyna gravity dam is0.4g-0.45g.The ultimate seismic capacity of a concrete gravity darn in Yunnan Province is also discussed,and according to the damaging effect of gravity dam,it can be initially determined that the ultimate seismic capacity of this dam is0.4g-0.45g.Key Words：concrete gravity dam;earthquake;plastic damage model;ultimate seismic capacity中图分类号：TV312文献标识码：A文章编号：0559-9342(2019)01-0023-052008年汶川发生了里氏&0级特大地震，地震烈度XI度，地震对震区内的水电工程造成了极大的影响。
0引言我国山区众多，尤其是西南地区地质条件复杂，且地震灾害频频发生[1-2]，这给我国交通工程的西部开发计划带来威胁和阻挠[3]。
在降雨、地震、重力等作用下，土质边坡极易发生失稳现象[4]。
当前已有众多学者就土质边坡在不同工况下的稳定性开展了研究。
例如，在众多研究中，有学者针对土质边坡在纯静力工况下的稳定性开展研究[5-6]，也有学者就不同自然环境对土质边坡的影响开展研究[7]。
这些研究的条件以降雨、冰雪冻融等自然条件作为背景，然而鉴于我国地震灾害多，且交通工程持续推进，这增大了地震发生时施工现场的人工土质边坡有人类活动的概率，无形之中也使得人们的生命财产安全受到了威胁。
因此，为向土质边坡的抗震设计提供一些参考，本文基于室内振动台试验，开展了地震作用下土质边坡的动力响应研究，这能为我国交通工程稳步推进提供现实意义和为土质边坡抗震设计提供理论参考。
1振动台试验设计本振动台试验于甘肃省中国中铁科技研发中心开展，加载单向（X 向）地震波。
台面尺寸为长×宽=2m×1m ，其主体框架为20mm 厚的钢板外加等边角钢焊接而成。
该振动台最大负荷容量为3000kg ，最大速度为0.7m/s ，频率为0.5-50Hz ，位移范围为±75mm ，最大加速度为1.0m/s 2，可满足该振动台试验要求。
该测试采用64通道BBM 数据采集系统。
振动台模型框架由钢材焊接组成，其中1cm 厚的透明有机玻璃位于框架两侧，便于实时观测宏观试验现象。
在垂直于模型箱振动方向的一侧布设10mm 厚的聚苯乙烯缓冲板，以减少“边界效应”。
某一均质的土质边坡位于九绵高速建设工程某一路段旁，边坡的横向长度约为80m ，纵向长度约为50m ，坡体后缘高程约为36m ，平均坡度约为27°，坡体材料主要为含砾黏土。
工点区域150km 范围内存在龙门山地震带和长江中游地震带，导致坡体容易在降雨、地震等条件作用下发生滑坡灾害，影响交通安全。
基于黏弹性边界的重力坝动力损伤特性分析
方勇;徐苏;余代广;田菊飞
【期刊名称】《水利科技与经济》
【年(卷),期】2024(30)5
【摘要】重力坝-地基的动力相互作用机理十分复杂,其中地震动的输入对重力坝的动力响应影响尤为重要。
由于传统的无质量地基无法体现地基质量的惯性作用和地震波在截断边界处的逸散效果,并不能真实模拟出地震作用下的重力坝动力响应。
通过在地基截断边界处设置黏弹性边界,可以很好模拟地震波向远域地基逸散的效果,将采用无质量地基时的封闭地基系统转换成与真实情况更为契合的开放地基系统。
为了更真实模拟出Koyna重力坝的动力反应,基于损伤力学理论,建立Koyna 重力坝动力损伤模型,通过在地基截断边界处设置黏弹性边界,模拟Koyna地震波在地基中的传输过程,从坝体损伤分布、位移及耗能情况三方面分析Koyna重力坝在地震作用下的动力损伤特性。
结果表明,黏弹性边界能真实模拟出远域地基辐射阻尼现象,既能吸收传输到边界处的散射波能量,又具有良好的计算稳定性,采用黏弹性边界及损伤力学能很好模拟出重力坝在地震作用下的损伤特性。
【总页数】6页(P1-6)
【作者】方勇;徐苏;余代广;田菊飞
【作者单位】南京市水利规划设计院股份有限公司;西北勘测设计研究院有限公司【正文语种】中文
【中图分类】TV641
【相关文献】
1.重力坝动力分析黏弹性人工边界及其地震动输入处理方法
2.基于三维黏弹性边界的混凝土重力坝抗震性能分析
3.基于黏弹性边界的渡槽结构地震动力特性分析
4.基于黏弹性人工边界的高重力坝动力特性分析
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高地震等级引发堰塞坝特征及动力特性分析青志鹏（中国水利水电第七工程局有限公司，四川成都610081）摘要：为研究高地震等级发生时引发的堰塞坝动力特性。
文章在全面调查地震诱发的堰塞坝特性后，采用振动台试验模拟堰塞坝在余震作用下的动力特性。
研究发现：模型坝体具有较稳定的自振频率和阻尼比，先期振动使坝体自振频率降低，阻尼比有增大趋势。
堰塞坝宽度较大，且上游和下游边坡平缓，宽度减小了水力梯度，降低了管道失效和边坡失稳的可能性。
关键词：堰塞坝；振动台试验；余震；漫顶风险分析；减灾措施中图分类号：TU41文献标识码：B文章编号：1673-8853（2023）12-0131-02Analysis of the Characteristics and Dynamic Characteristics of Dam Induced by High SeismicMagnitudeQING Zhipeng（Sinohydro Bureau NO.7CO.LTD.,Chengdu610081,China）Abstract：In order to study the dynamic characteristics of barrier dams induced by high earthquake magnitude,shaking table test is used to simulate the dynamic characteristics of dam under the aftershock after a comprehensive investigation of the earthquake-induced characteristics of the dam.It is found that the natural vibration frequency and damping ratio of the model dam body are relatively stable.The early vibration makes the natural frequency lower,and the damping ratio tends to increase.The width of the dam is large,and the upstream and downstream slopes are gentle.The width reduces the hydraulic gradient,reducing the possibility of pipeline failure and slope instability.Key words：barrier dam;shaking table test;aftershock;overtopping risk analysis;disaster mitigation measure1地震诱发堰塞坝特征汶川8.0级地震发生在四川盆地与青藏高原的北东向龙门山逆冲断裂带上，同震破裂起始于映秀镇附近（31.061°N，103.333°E），向东北方向单向传播，沿着龙门山逆冲断裂带产生了几个地表破裂。
地震荷载作用下重力坝坝踵裂缝内水压分布研究何迪;李宗利【摘要】在地震荷载作用下,重力坝内水下裂缝突然闭合时会产生较大的附加水压力,从而可能引起裂缝失稳,对大坝抗震不利.基于大型有限元软件建立数值分析模型,人为在坝踵设置初始张开宽度为0.001 m的楔形裂缝,以分析在地震作用下不同长度、不同方向的裂缝内部的最大水压分布规律.其中,库水及缝内水体采用势流体单元,库水与坝体、坝基间采用流固单元.研究结果表明,随着裂缝长度的增长,裂缝内最大水压不断增加,最大可达到初始静水压的8.13倍;而随着裂缝角度的增大,裂缝内最大水压先增大后减小;裂缝长度越长,裂缝内最大水压随着角度变化越明显.【期刊名称】《人民长江》【年(卷),期】2011(042)009【总页数】4页(P72-75)【关键词】裂缝;地震荷载;最大水压力;坝踵裂缝;重力坝【作者】何迪;李宗利【作者单位】西北农林科技大学,水利与建筑工程学院,陕西,杨凌,712100;西北农林科技大学,水利与建筑工程学院,陕西,杨凌,712100【正文语种】中文【中图分类】TV642.3近几年来，在我国已建或者在建的混凝土高坝中，多数都处于强震区［1］。
混凝土坝在建设或运行过程中，难免产生微裂缝，这些微裂缝在较高水荷载作用下不断张开、扩展，直至贯通从而形成宏观裂缝［2－3］。
在地震荷载作用下，这些裂缝会不断地张开、闭合，致使裂缝的体积不断变化，由于水的压缩性比较小，在裂缝快速闭合的情况下，裂缝内的水来不及排出，就会产生较大的附加水压［4－5］，从而引起水力劈裂效应，导致裂缝失稳，加速了裂纹的扩展。
目前，一些学者开始对动力荷载作用下裂纹内水压分布规律进行研究。
R.Tinawi 和L.Guizani基于连续性原理和动量定理研究了裂缝内动水压力［6］，并得出地震下裂缝内水压力是裂纹张开的加速度和速度的函数。
V.Slowik和V.E.Saouma 通过混凝土楔形试件劈裂，得到裂缝在快速闭合时裂缝内压力增大为初始压力的3倍，同时研究了张开速度不同时缝内水压梯度分布随时间的变化规律［4］。
极端荷载作用下混凝土重力坝的动态响应行为和损伤机理随着坝工技术的发展，一大批100m~300m级的高坝建设进入快速发展阶段。
在一般状态下，大坝正常的安全运行可以得到保障。
然而我国高坝建设主要位于西南强震区域，由于地震动的不确定性，超过设计地震的地震动是存在并可能发生，当发生超设计地震时，大坝可能遭受破坏，抗震安全问题十分突出；同时高坝由于其显著的政治经济效益，无疑成为局部战争和恐怖爆炸袭击的重点攻击对象，大坝一旦失事，后果不堪设想。
因此，对突发极端荷载作用下的大坝动态响应行为和损伤机理进行研究，评价高坝的抗震及抗爆安全性，是关系我国社会经济发展全局的防灾减灾重大工作中的重要内容，也是我国水利工程建设中必须面对的前沿性关键技术问题和重要战略课题。
由于失事后果严重，突发极端荷载下的高混凝土坝安全及防护问题值得关注。
对于混凝土重力坝而言，可能引发大坝灾变的极端荷载主要包括：强地震荷载和爆炸荷载。
为了揭示强震及突发性爆炸冲击荷载下大坝的动态响应行为和损伤破坏机理，本文（1）从强震作用下混凝土重力坝的动态响应行为、断裂破坏过程、潜在失效模式及极限抗震能力评价方法；初始裂缝、强震持时、主余震地震序列、近断层地震动对大坝抗震性能的影响等方面，系统地研究了强震作用下混凝土重力坝的动态响应及损伤机理；（2）并从炸药在不同介质的爆炸过程、冲击波传播特性、边界效应；水下和空中爆炸冲击下的大坝毁伤特性；水下爆炸冲击下的大坝破坏效应、抗爆性能及损伤预测等方面，系统研究了爆炸冲击荷载下混凝土重力坝的动力行为和毁伤机理。
主要创新工作内容如下：（1）探讨了大坝强震断裂破坏过程，概化出强震潜在失效模式基于扩展有限元基本理论，研究了强震荷载作用下混凝土重力坝的动态响应行为、渐进失效过程以及裂缝张开闭合行为，验证了该方法在分析混凝土重力坝地震破坏过程的可行性，并讨论了网格尺寸效应；分析了混凝土重力坝在不同水平地震作用下的动力渐进破坏过程、破坏形态和开裂破坏位置，概化出强震作用下混凝土重力坝的潜在失效模式，得到了混凝土重力坝的抗震薄弱部位。
考虑多种因素影响的重力坝地震响应分析何建涛1,2,陈厚群2,马怀发2,3(1.国核电力规划设计研究院,北京100095;2.中国水利水电科学研究院工程抗震研究中心,北京100048;3.中国水利水电科学研究院流域水循环模拟与调控国家重点实验室,北京100038)摘要:综合考虑坝体混凝土和坝基岩体的材料非线性、无限地基辐射阻尼等因素,对K oy na重力坝进行了地震响应分析,解释了实际震害。
用传统方法对K oy na坝进行了地震响应分析,可以看出,坝体混凝土采用线弹性模型不能如实反映可能出现的裂缝分布,其结果只能对起裂位置进行一定的预测;考虑材料初始抗拉强度和抗剪强度的预设缝方法预测的开裂范围较大,考虑到实际工程都需要一定的安全储备,因此预设缝方法是合理可行的。
关键词:K o yna重力坝;材料非线性;地基辐射阻尼;黏弹性边界;地震响应中图分类号:T V642;T V312 文献标识码:A 文章编号:1004-4523(2012)05-0571-08引 言对于重力坝的地震响应分析,《水工建筑物抗震设计规范》规定以材料力学法为基本分析方法,以有限元法动力分析(振型分解反应谱法或时程分析法)作为补充。
然而,现行规范只对求解重力坝线弹性地震响应作了规定。
而在强震作用下,混凝土势必发生损伤开裂,此时大坝的设防目标为“不溃坝”,仍按线弹性方法分析欠妥,应以可反映坝体-地基体系地震破坏机理的、可同时计入各类非线性的动力时程分析方法为宜。
进行非线性动力分析时,对材料的开裂过程要完全如实模拟比较困难,其中涉及复杂的材料非线性行为,一般不能确切知道裂缝在何时、何处产生、发展和贯通。
大量重力坝实际震害和研究成果表明,重力坝头部折坡部位是其抗震薄弱部位,地震作用下容易形成近似水平向的贯通性裂缝。
另外,由于地基强约束引起的应力集中和本身胶结强度的不确定性,坝基交接面也是大坝抗震的薄弱部位。
有鉴于此,现在比较常用的做法是在这些抗震薄弱部位预先设置计入材料抗拉和抗剪强度的接触缝面,对开裂过程进行近似模拟,但这种方法预先规定了裂缝的规模和方向,不能完全反映实际情况。
地震波斜入射下混凝土重力坝的塑性损伤响应分析李明超; 张佳文; 张梦溪; 闵巧玲; 史博文【期刊名称】《《水利学报》》【年(卷),期】2019(050)011【总页数】14页(P1326-1338,1349)【关键词】混凝土重力坝; 地震波斜入射; 塑性损伤模型; 地震破坏评价模型; 黏弹性人工边界【作者】李明超; 张佳文; 张梦溪; 闵巧玲; 史博文【作者单位】水利工程仿真与安全国家重点实验室天津大学天津300350; 华电重工股份有限公司北京 100070【正文语种】中文【中图分类】TV642.31 研究背景我国西南部强震区拥有全国约80%的水能资源，随着近年来西南地区不断修建200米级、300米级的高坝，对高坝大库的抗震安全评价提出了严峻的挑战[1-2]。
以往大坝安全性评价在地震输入机制方面考虑略有不足[3]，高坝坝趾地震动参数确定方法复杂[4]。
用有限元法模拟结构地震响应时，多将坝体-地基体系作为封闭系统，并采用一致性激励方法输入地震，未考虑到行波效应和地基能量辐射。
为此，Deeks等[5]推导了二维时域人工边界来模拟无限地基辐射阻尼；王进廷等[6]验证了考虑地基辐射阻尼对坝体非线性地震反应的必要性；刘晶波等[7-8]结合球面波动理论推导了三维黏弹性人工边界，并将波动问题转换为等效荷载的输入。
波动输入方法较封闭系统改进较大，但由于地震波经过地壳中复杂介质时要进行多次折射、反射，很难确定入射方向，目前多假定为垂直向上的平面体波进行输入，这对于远场波动是合理的，但震源距场地较近时地震波通常是倾斜入射的[9]，地震动呈现出更为复杂的空间变化特性。
随着大型结构和建坝地区地形的复杂性，单一方向的垂直入射无法真实反映地震输入状态，且地面运动的非一致变化对大型结构的影响难以预测。
廖河山等[10]利用特征线法分析了地震SH波斜入射时层状半空间的动力响应，结果表明入射角度对地表加速度放大倍数有显著影响。
Heymsfield等[11]利用边界积分方程法求解，指出倾斜基岩在SH波斜入射角度为60°时位移幅值最大。
