强震作用下混凝土重力坝破坏模式研究

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。

混凝土重力坝的地震裂缝分析1.介绍由于地震的随机性质[1、2],混凝土大坝有可能受到强烈地震，可能超过他们纳入的范围。

一旦混凝土重力大坝遭受强烈地震,他们可能维持裂缝。

裂缝可以穿透这些庞然大物,整个大坝可能会碎成几块。

当没有后续地震或只有轻微的地震发生时,分离前的滑块是可以预防的在破解网站现有的摩擦力,使紫坪铺水库大坝保持稳定。

一旦受到强有力的地震,然而,紫坪铺水库大坝的稳定性被破坏。

分离前块可能下滑,推翻,甚至崩溃。

分离最高大楼倒塌后,水库大坝的阻挡水失败,造成巨大的生命和财产损失。

如果一个工程在施工阶段注意细节,那么大部分现有的建筑可以持续的在地震情况下不受相当大的损害[1]。

因此,研究行为地震波下的大坝破裂和有效的抗震措施是至关重要的。

数值和实验方法都表明,大坝一旦受损,他们不再是结构而成块分离的系统渗透裂缝(3 - 6)。

这激励了无数研究人员最近关注大坝破裂的失效分析。

koyna大坝的稳定,持续渗透裂纹,赛和克里希纳首先对摇摆进行了研究[7],他们假定渗透裂纹位于海拔下游坡突然改变了。

进行了振动台试验[8]检查裂纹的过程发生和传播。

维兰德也研究了分离的动态稳定一个拱坝混凝土块在分离时的动态稳定等。

[9]和马拉et al。

[10]。

但是,解决动态接触裂纹网站已经成为一个主要的条件挑战的研究。

处罚的方法是采用增量位移约束方程(IDCE)模型[11]来模拟裂纹的接触条件。

一个理论模型考虑瞬态水压力[12]变化沿拉伸地震混凝土裂缝发展;到有限元程序实现的模型分析混凝土重力坝的抗震结构稳定性。

也称重力大坝可能接受开裂和滑动在上层部分的强烈地震时地面运动。

通过这种方式,他们开发了简化计算过程[13]生成的建议,以及大坝安全指南需求,评估组件的残余滑动位移的断裂的混凝土重力坝。

然而,大多数研究都集中在确定损伤位置和分析了大坝的稳定性。

也大多数文献关注的这些大坝的加固效果的评价没有一个初始裂纹。

各种各样的钢筋本构模型在这些文献介绍了。

课题2 混凝土水工建筑物抗震分析与震害防治专题 2.1 混凝土坝及附属建筑物震害分析及增强抗震性能对策研究一、研究目标利用汶川地震实际地震波，进行振动台试验和数值模拟分析，再现地震作用下沙牌碾压混凝土拱坝及其附属建筑物（厂房、进水口（塔）、边坡、闸门及门槽等）的变形和局部破损过程，找出薄弱环节，为震后加固修复提供依据。

对抗震设计分析和安全评价中相互配套、不可分割的三个组成部分，即：地震动输入和材料动态特性、地震动响应分析、安全评价进行综合和系统研究，完善以局部破损理论为依据的混凝土坝及其附属建筑物抗震设计分析理论及安全度评价准则，达到最大设计地震作用下可修、最大可信地震作用下不溃坝的两级设防的目的，提出增强抗震性能的对策和措施，保证我国西部强震区混凝土坝及其附属建筑物的安全，并为水工建筑物抗震设计规范的修订提供依据。

二、研究内容1.混凝土坝及其附属建筑物震损调查、震害分析与重现及修复加固(1) 对经历汶川地震的混凝土大坝及附属建筑物进行细致深入的震损调查，建立不同烈度区的震害数据库；(2) 反演、再现沙牌碾压混凝土拱坝及其附属建筑物在地震作用下的变形和局部破损过程；(3) 正确评价水工抗震设计规范中有关混凝土拱坝及其附属建筑物抗震设计条文，论证按局部破损理论进行两级抗震设防的必要性；(4) 根据现行抗震设计规范要求，提出受震损混凝土大坝及附属建筑物的修复加固措施，对已建、在建水工建筑物进行复核分析研究。

2.基于局部破损理论的混凝土坝及其附属建筑物的动力响应(1) 地震动参数的确定及抗震分析中的地震动输入方式；(2) 近坝地基岩体及混凝土材料在一定静载条件下施加动荷载的力学特性、本构模型，坝基软弱结构面等材料的动强度和变形特性等，研究多场耦合作用机制和多相介质的力学行为；(3) 设计能反映大坝地震破损情况的小结构，进行小结构地震模拟试验，并对小结构进行计算分析，研究有关响应量和破损情况；(4) 根据实测资料，进行混凝土坝及其附属建筑物抗震局部破损分析的计算软件认证，数值分析建模、地震动输入方式等的规范化。

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。

碾压混凝土重力坝抗震措施研究摘要：进入二十一世纪以来，我国经济得到了迅猛稳定地发展，在生产力快速增长的同时，资源的消耗速度及对能源的需求也与日俱增，利用新型清洁可再生能源代替传统资源型能源已成为国家能源战略的重中之重。

水能资源是技术上最成熟、经济上合理的清洁能源，也是我国能源结构中重要的组成部分。

但是与发达国家相比，我国对水能资源的利用依然很低，仍然有很大的开发利用空间，要开发这些源源不断的清洁能源，修建水利枢纽必不可少。

随着筑坝技术的发展，新世纪我国先后开工建设及规划了数座世界级高混凝土规，比如澜沧江上的小湾拱坝，坝高292m。

因我国大部分高坝大库多集中在我国西南部地区，该地区为强震多发地带，一旦失事将会给社会带来巨大的生命财产损失，故研究高坝在强震中的动力响应及损伤机制进而确定合理的抗震措施成为当前急需解决的问题。

关键词：碾压混凝土；重力坝；抗震措施重力坝依靠自身重力来维持稳定，根据筑坝材料或施工工艺的差异，可分为砌石重力坝、常态或碾压混凝土重力坝及堆石混凝土重力坝，从目前坝工发展情况看，碾压混凝土筑坝技术得到了大面积推广。

碾压混凝土坝可以大幅降低水泥用量，克服了混凝土坝的缺点。

但受坝址区地形条件影响较大，当碾压混凝土坝体积不大时，大规模机械化施工的优势难以发挥。

本文就基于西部某碾压混凝土高坝进行了地震分析，分析了地震中损伤因子的发展规律及截面应力的变化规律。

1、工程概况某水库位于阳泉市孟县西潘乡进圭村至庄头村之间的乌河下游干流上，坝址位于均才村上游约1 km处，坝址以上控制流域面积1112.3 km2。

乌河属海河流域，发源于阳曲县的两岭山，自孟县东蒋村西南0.3 km入阳泉境内，流经孟县东梁、西烟、西潘、庄里4个乡（镇），由南向北于庄里乡枣院村汇入大河，全长64 km，流域面积1 230 km2，阳泉境内流域面积697 km2。

主要支流温川河发源于阳曲县小五台山，流域面积339.49 km2。

基于FEM/SPH方法的水下爆炸冲击荷载作用下的混凝土重力坝破坏模式研究随着坝工技术的不断发展，高坝建设在我国已进入到了快速发展阶段。

由于现代战争中快速精确打击的作战方式使得大坝因其独特的政治、经济、军事价值而成为敌方的重点打击目标。

大坝一旦失事，将造成极大的财产损失及不良的社会影响，为当地人民带来毁灭性的灾难。

因此，大坝的抗爆研究对于大坝安全防护具有极为重要的意义。

分别采用SPH法、ALE法及FEM/SPH耦合法进行了近水面水下爆炸数值模拟研究，通过计算结果的精确度、收敛速度等多方面的对比，分析了三种不同方法的优缺点。

采用传统的基于网格的数值模拟方法对水下爆炸问题进行研究，经常会出现网格发生严重畸变而导致计算中断的问题。

而SPH法因其是一种无网格、粒子形式的具有Lagrange性质的数值模拟方法，从而克服了传统方法的网格大变形问题，因此被广泛应用于爆炸仿真的研究当中，但是其收敛速度较慢。

而FEM/SPH耦合方法综合了上述两种方法的优点，既避免了网格大变形问题，同时又具有较快的收敛速度。

在水下爆炸冲击荷载作用下的大坝动力响应及其破坏模式分析是评估大坝抗爆安全的重要问题之一。

本文基于非线性有限元技术，以有限元显示动力分析程序AUTODYN为平台，通过FEM/SPH耦合方法，在大变形区域采用SPH方法，在小变形区域采用FEM网格方法，建立了重力坝水下爆炸全耦合模型。

通过大量数值模拟计算，研究了水下爆炸冲击荷载作用下，不同的炸药起爆距离、起爆深度及装药量对大坝动力响应及破坏模式的影响规律，以及大坝不同部位的震动规律。

结果表明，水下贴面爆炸对大坝破坏较为严重，重力坝坝头为大坝的抗爆薄弱部位，当装药增加时坝头很可能会因其下部结构严重破损而发生倾倒破坏，严重时极有可能导致溃坝。

本文的研究结果具有一定的工程实用价值，对于今后大坝人防设计具有较强的借鉴和参考价值。

混凝土重力坝研究混凝土重力坝是一种常见的大型水利工程结构，其主要由混凝土建筑物形成，利用重力作用来抵抗水压力和其他荷载的结构。

混凝土重力坝的研究对于水利工程的设计和建造具有重要意义。

本文将重点介绍混凝土重力坝的研究内容和相关案例。

首先，混凝土重力坝的研究内容包括坝体结构稳定性、抗震性能、渗流分析和开发坝基的研究。

坝体结构稳定性是混凝土重力坝设计的基础，包括对坝体内力、应力和变形的分析，以及对不同荷载条件下的破坏机制研究。

抗震性能是指在地震作用下，坝体能够保持稳定和安全。

渗流分析是指对坝体内部渗流和渗漏情况的分析和控制，以确保坝体的稳定性和坝后的安全。

开发坝基的研究是指对坝基地质条件的调查和分析，以确定合适的坝基处理措施。

其次，混凝土重力坝的研究还包括坝体材料的研究和结构施工技术的研究。

坝体材料的研究包括混凝土的强度、抗裂性能和耐久性等方面的研究，以确定合适的材料配合比和混凝土浇筑工艺。

结构施工技术的研究包括坝体的施工方法、浇筑工艺和施工过程的控制等方面的研究，以确保坝体的质量和施工进度。

最后，混凝土重力坝的研究还可以借助数值模拟和实验模型来进行。

数值模拟可以采用有限元方法或其他数学模型，模拟坝体的结构行为和荷载响应，以评估坝体的安全性和稳定性。

实验模型可以建立小比例的物理模型，通过加载实际荷载和观测变形来研究坝体的行为和响应。

下面以中国的七曲重力坝为例介绍混凝土重力坝的研究和实践。

七曲重力坝位于云南省澜沧江上游，是中国最大的重力坝之一、该坝的研究充分考虑了坝体的稳定性、抗震性能和渗流分析等方面。

通过数值模拟和实验模型的研究，确定了坝体的设计参数和施工方法，确保了坝体的稳定和安全。

总之，混凝土重力坝的研究是水利工程设计和建造的重要内容。

通过对坝体结构稳定性、抗震性能、渗流分析和开发坝基的研究，可以确保混凝土重力坝的稳定和安全。

数值模拟和实验模型可以为混凝土重力坝的设计和施工提供重要的技术支持。

高地震烈度下混凝土重力坝动力特性与抗震性能研究的开题报告一、选题意义和背景混凝土重力坝是一种广泛应用于水利工程中的大型水库坝体，其抗震性能的研究对工程的安全稳定性有着重要的意义。

高地震烈度下混凝土重力坝的动力特性是影响其抗震性能的重要因素。

因此，对混凝土重力坝在高地震烈度下的动力特性及其抗震性能进行研究，可以为相关工程的地震灾害防治提供科学依据和理论支持，推进水利工程的科学发展。

二、研究内容和思路本文所要研究的对象是高地震烈度下混凝土重力坝的动力特性及其抗震性能。

该研究将从以下几个方面展开：1. 混凝土重力坝的基本结构和设计参数介绍混凝土重力坝的基本结构和设计参数，包括坝体的高度、截面形状、坝体厚度等。

同时，还会对坝体抗震设防强度等设计要求进行介绍。

2. 混凝土重力坝在地震荷载下的动力特性分析通过对混凝土重力坝在地震荷载下的振动特性进行分析，包括谐振频率、振型等参数的计算，得到混凝土重力坝在地震中可能出现的动力响应情况。

3. 混凝土重力坝的抗震性能评估通过对混凝土重力坝抗震性能的评估，包括最大加速度、变形等参数的计算和分析，得到混凝土重力坝在地震中的破坏概率和破坏模式。

4. 抗震加固措施设计根据对混凝土重力坝的抗震性能评估结果，为提高其抗震性能进行抗震加固措施设计，包括加强坝体结构、改进坝体固结体系等措施。

三、预期研究结果1. 深入了解混凝土重力坝的动力特性和抗震性能通过对混凝土重力坝的动力特性和抗震性能进行研究，可以更深入了解其在高地震烈度下的受力情况和破坏规律。

2. 提出可行的抗震加固措施通过对混凝土重力坝抗震性能评估及加固措施设计，可以为工程实践提出可行的抗震加固措施，提高工程的整体安全稳定性。

四、研究方法1.数值分析法通过数值分析软件进行相应的参数计算，以此得到混凝土重力坝在地震荷载下的动力响应特性和抗震性能评估结果。

2. 理论分析法参考经验公式和理论分析，对混凝土重力坝的动力响应和抗震性能进行理论分析。

混凝土重力坝非线性地震响应及抗震加固设计研究的开题
报告
一、研究背景
混凝土重力坝是一种重要的水利工程结构，其在水利工程中的作用十分重要。

然而，由于其体积较大、结构复杂，受到地震时容易产生较大的损伤，因此抗震加固设计成为其发展的一个必要问题。

目前，对混凝土重力坝地震响应及抗震加固设计的研究还不够深入，需要进一步探讨。

二、研究内容
本文主要研究混凝土重力坝的非线性地震响应及抗震加固设计，包括以下几个方面：
1. 混凝土重力坝的地震响应分析。

2. 确定混凝土重力坝的抗震性能指标，比如位移限制、加速度限制等。

3. 根据抗震性能指标，设计抗震加固方案。

4. 进行抗震加固方案的模拟分析。

5. 结合实际工程，进行实测验证，检验抗震加固方案的有效性。

三、研究意义
深入研究混凝土重力坝的地震响应及抗震加固设计，可以为改进工程设计，提高其安全性和可靠性提供指导。

另外，该研究还可以积累工程实践经验，推动我国水利工程结构的发展。

四、研究方法
本研究采用理论分析、数值模拟及实测验证相结合的方法。

具体包括：
1. 采用现有的地震响应分析程序，进行混凝土重力坝地震响应分析。

2. 利用有限元方法，进行抗震加固方案的模拟分析。

3. 在实际工程中，采取现场实测的方法，对抗震加固方案进行验证。

五、预期成果
1. 揭示混凝土重力坝地震响应的规律。

2. 提出具有可操作性的抗震加固方案。

3. 验证抗震加固方案的有效性，为实际工程提供借鉴。

混凝土重力坝在地震作用下的数值模拟混凝土重力坝在地震作用下的数值模拟是研究坝体受地震作用下的动
态响应，评估其抗震性能的一种方法。

该模拟可以从地震力、土体抗震性能、结构系统动力特性等多个方面综合考虑，以精度高、可靠性强的方式
分析坝体在地震作用下的响应情况。

具体地，该模拟包含以下主要内容：
1.坝体地震动力学特性的建模：将坝体作为整体，用有限元法（FEM）等方法对其进行动态分析和模拟。

2.地震作用模拟：将罕见地震强度、频率和方向等因素考虑在内，并
运用动态分析方法，对坝体受地震作用下的反应情况予以模拟。

3.土体抗震性能模拟：将土体材料的强度、刚度、阻尼等因素考虑在内，并制定适当的模型、参数等，模拟坝体在复杂地形、复杂的基础土壤
条件下的抗震能力。

4.结构系统动力特性模拟：将坝体的几何形状、材料特性、结构连接
方式、支承状态等因素综合考虑，并以动态分析为基础，模拟坝体在地震
作用下的整体动力特性。

经过上述分析，可以得到混凝土重力坝在地震作用下的响应情况，评
估其抗震性能，并对其结构和设计做出合理的优化。