含缝拱坝强震失效破坏振动台试验研究

为探究强震时含缝拱坝结构的承载能力及失效路径,在振动台上开展了一系列拱坝模型强震失效破坏试验。基于弹性力-重力准则设计试验,分别进行了不分缝、只有横缝、诱导缝与横缝联合作用这三种情况的振动台模型试验,试验中考虑了材料率相关性的影响,忽略了库水-拱坝相互作用。结果表明,强震作用时由于设缝处的抗拉能力较低,导致缝位置首先发生开裂,拱向应力的传导路径遭到破坏,此后结构破坏以悬臂梁形式为主;科学合理设置缝的形式和位置,可以有效耗散地震能量,提高拱坝极限承载能力。本文研究结果可为高拱坝的抗震分缝设计和超载能力评估提供试验依据。     

地震作用下高拱坝损伤开裂分析

采用应变率相关的砼非线性损伤模型模拟拱坝横缝,研究了砼非线性本构情况下整体拱坝与考虑分缝拱坝的应力响应和损伤开裂的特点与差别。对实际拱坝的地震响应分析表明,基于非线性砼模型的整体拱坝动力响应模型可以基本反映拱坝的实际应力分布情况。     

高拱坝动力特性与动力响应模型试验研究

高拱坝的动力破坏特性越来越受到关注,动力特性和动力响应是其研究的一个重要方面。通过模型试验的方法研究高拱坝动力特性和动力响应的特征,动力特性试验比较了完好结构与有施工横缝结构的基阶动力特性,表明当结构存在施工横缝时,结构基阶频率降低,阻尼增大。结构动力响应采用振动台模拟地震波激励,试验结果表明,完整结构与有施工缝结构动力响应具体数据不同,但规律相同。加速度最大响应沿拱顶水平向在坝中拱顶的值最大,向两边的坝肩处,加速度最大响应逐渐减小。沿拱坝垂向加速度最大响应从坝顶到基础,响应均逐渐减小。试验结果可为高拱坝结构动力安全研究提供技术依据。     

考虑混凝土应变率变化的高拱坝非线性动力响应研究

提出一种新的应变率相关的混凝土非线性弹塑性损伤模型。采用此模型对混凝土拱坝的非线性地震响应作了分析。在综合考虑坝-地基-库水动力相互作用和坝缝非线性接触的基础上，着重研究了混凝土应交率相关效应及加载历史对混凝土极限强度等重要参数及拱坝响应的影响，并与采用不考虑应交率影响的混凝土损伤模型计算结果进行了对比分析。结果表明，拱坝考虑横缝作用后的坝面应变率分布不同于整体拱坝。应交率分布形态不仅可以很好地表征拱坝的振动形态，而且对于高拱坝的动力响应的影响也不可忽略。     

高拱坝伸缩横缝间布设抗震钢筋的动力反应分析

应用动力非线性子结构理论,对设置伸缩横缝的小湾高拱坝实际工程结构抗震分析中的坝体横缝加抗震钢筋问题进行了研究。讨论并建立了坝体伸缩横缝在地震荷载作用下穿越缝间抗震钢筋的数学模型,给出了动力非线性子结构法考虑缝间抗震钢筋影响的求解公式;并就正常高水位常与低水位两种水位工况,对坝体的抗震性能进行了计算分析。讨论了在地震荷载作用下抗震钢筋对坝体横缝张开度、坝体应力以及加速度响应的影响。     

削弱度和诱导片数量对碾压混凝土诱导缝等效强度影响研究

碾压混凝土拱坝通常采用预设诱导缝的形式缓解坝体内部的热拉应力,因此为保证坝体的安全和稳定,诱导缝的合理布设尤为重要。本文通过对9种不同诱导片布置形式的碾压混凝土双向间隔诱导缝试件进行轴向拉伸试验,并结合仿真模拟结果验证试验建立的双向间隔非穿透型诱导缝等效强度模型的正确性和可靠性,研究削弱度和诱导片数量对碾压混凝土诱导缝等效强度的影响。结果表明:碾压混凝土诱导缝等效强度随着削弱度的增大而减小,且两者为负相关线性变化,当诱导片为1片、2片、3片时,相关系数依次为-1.1446、-1.1084、-1.0973;诱导缝等效强度值随诱导片数量增加而逐渐降低,两者呈对数相关关系变化,诱导片由1片增加至2片、3片的过程中,相关系数依次为-0.246、-0.236、-0.238;诱导缝断裂时与自然裂缝变化规律相似,过程均为起裂-稳定扩展-失稳扩展。本文研究成果可为碾压混凝土坝诱导缝的布设提供参考依据。     

《实验力学》第四卷(1989)分类索引

综述用热弹性红外辐射进行定量应力分析,1,1疲劳裂纹闭合研究的进展,2,103工艺应力与变形的光弹(塑)模拟技术的探索,3,229散斑与数字技术,4,341电限应变计测皿技术全息千涉术散斑计t光弹塑性法材料试验实验流体测定材料疲劳裂纹扩展量的背面应变法、1,79有缝拱坝的试验研究与分析,2、161局部应力应变法在紧线器研制中的应用,2,168FJ 662A公路客车骨架的脆漆和静态电测试验分析,3,261几种铺层方向复合材料层合板的动态特性实验研究,4,401开孔平板的剪切稳定性实验,4,406显微全息光弹法研究聚碳酸酪的断裂力学性质,1,51确定温度分布和热应力…     

特高拱坝有限元网格尺寸与离散误差分析

与世界上200米级高度以上的特高拱坝相比,我国已建和在建的6座特高拱坝具有顶底宽度比、顶底厚度比和弧高比均大的特殊体型和齐顶总水压力大的特点.论文在推导了形状和受力均与特高拱坝相近的空心球体热-结构耦合计算公式、并进行理论解和有限元解误差对比分析的基础上,以我国某特高拱坝为例,按照拱冠梁底部厚度作为划分坝体单元尺寸指标,采用易于剖分特殊体型的普通四面体二次耦合单元,方便快捷地实践了该种单元对某特高拱坝的网格划分,探讨了不同有限元网格密度的误差和收敛情况,分析了拱坝的特殊受力状况,并提出了在普通微机上采用该种单元和强耦合方法操作计算特高拱坝力学行为时,从计算精度、方便操作和计算成本等方面均可接受的坝体单元尺寸.研究表明,只要坝体单元尺寸取为0.25倍坝底厚度左右时,除应力奇异和集中区外,其余大部分区域的计算结果误差均很小,坝体能量误差泛数小于10%,计算成本也仅是几分钟.由于我国特高拱坝的形状都较为相近,此结论具有一定的广延性.     

高速轧机工作界面非稳态混合润滑过程多因素耦合辊缝力学特性研究

综合运用摩擦润滑理论、流体力学理论、轧制理论,建立了考虑动态辊缝非稳态润滑过程多因素耦合轧制界面力学模型.该模型综合运用了基于非稳态润滑过程的界面摩擦模型、工作辊运动模型、辊缝应力分布模型构成的界面薄膜约束多因素耦合模型.系统分析了非稳态混合润滑状态下,当压下率和表面粗糙度为定值时不同时刻工作区压应力和摩擦应力的分布情况,以及压下率为定值时工作区压应力、摩擦应力随表面粗糙度和后张应力变化的情况.结果表明:在压下率和表面粗糙度为定值时,当具有较大的后张应力时,工作区压应力和摩擦应力却较低,同时压应力梯度和摩擦应力梯度也相当小,摩擦应力在入口和出口边缘处达到最大,当后张应力减小时,辊缝间压应力和摩擦应力增加,压应力梯度和摩擦应力梯度较大;在压下率为定值而表面粗糙度为变量时,当后张应力较大时,表面粗糙度对工作区中的压应力和摩擦应力影响非常大,辊缝间压应力和摩擦应力随着表面粗糙度的增加而增加,当后张应力较小时,表面粗糙度对工作区中的压应力和摩擦应力影响不太明显.     

页岩储层体积压裂的地应力变化研究

页岩储层属于致密超低渗透储层,需改造形成复杂缝网才有经济产能.体积压裂是页岩储层增产改造的主要措施,而地应力场特别是水平主应力差值是体积压裂的关键控制因素. 理论研究表明:(1)当初始两向水平主应力差较小时,容易形成缝网,反之不易产生缝网;(2)人工裂缝的形成能够改变地层初始应力场. 因此应在前人研究的基础上优化设计压裂方式,以克服和翻转初始水平主应力差值,产生体积缝网.基于此,建立了页岩气藏水平井体积压裂数值模型,模型中采用多孔介质流固耦合单元模拟页岩基质的行为,采用带有孔压的"cohesive"单元描述水力裂缝的性质,模型对"Texas Two-Step" 压裂方法进行了数值模拟,模拟结果得到了压裂过程中地层应力场的分布及其变化,模拟结果和解析公式计算结果吻合良好.模拟结果表明:(1)裂缝的产生减弱了地层应力场的各向异性;(2 对于低水平应力差页岩储层,采用"Texas Two-Step"压裂方法可以产生缝网. 对于采用"Texas Two-Step"压裂方法无法产生缝网的高应力差页岩储层,提出了三次应力"共振" 和四次应力"共振" 压裂方法并进行了数值模拟,模拟结果得到了压裂过程中页岩储层应力场的分布及其变化,得到了缝网形成的区域,模拟结果表明:(1)对于高应力差页岩储层,采用"Texas Two-Step" 压裂方法无法产生缝网;(2)对于高应力差页岩储层,三次应力"共振" 和四次应力"共振"压裂方法是有效的体积压裂缝网形成的方法.      

非线性子结构方法中实现对结构抗震措施阻尼器的数值模拟

应用子结构理论,对设置伸缩横缝的小湾高拱坝结构,分别就正常高水位常遇低水位两种水位工况,考虑坝体伸缩横缝在地震交变荷载作用下反复开合引起的缝面问滑移．接触等效应的影响,坝体一库水的相互作用而产生的动水压力的影响,对坝体的抗震性能进行了地震反应分析。对伸缩缝问设置阻尼器这一新的设计思想进行了可行性的研究,论证推导了阻尼器的计算模型,探讨了阻尼器对坝体结构抗震性能的影响。     

Research of air-cushion isolation effects on high arch dam reservoir

A three-dimensional (3D) finite element model of air-cushion isolated arch dam is presented with the nonlinear gas-liquid-solid multi-field dynamic coupling effect taken into account.In this model,the displacement formulation in Lagrange method,pressure formulation in Euler method,nonlinear contact model based on Coulomb friction law are applied to the air-cushion,reservoir and contraction joint domain,respectively.The dynamic response of Jinping I arch dam with a height of 305 m is analyzed using the seismic records of the Wenchuan Earthquake in 2008.Numerical results show that the air-cushion isolation reduces significantly the hydrodynamic pressure as well as the opening width for the contraction joints of high arch dam.     

DDA与FEM耦合法在分缝重力坝非线性分析中的应用

混凝土重力坝一般设有数条纵缝。纵缝使坝体的连续性遭到破坏，一般的有限单元法很难处理这样的不连续变形问题。本文首先阐述了DDA(Discontinuous Deformation Analysis)与FEM(Finite Element Method)耦合算法的原理，然后采用作者自行研制的DDA与FEM耦合法程序对一实际重力坝进行了详细的计算分析。重点讨论了纵缝的不同设置形式和缝宽大小对坝体变形和应力分布、坝底面接触应力分布以及坝基面应力分布的影响，为工程设计提供依据。     

大岗山高拱坝强地震作用下损伤破坏分析

采用连续损伤力学中能量等效原理和有效应力概念,将混凝土强度降低、刚度劣化即损伤作为不可逆内变量张量,并考虑应变率效应和多轴应力状态,建立率相关弹塑性损伤模型.应力本构积分采用返回映射法,给出了有限元程序主要功能流程.对强地震作用下大岗山高拱坝损伤和破坏情况进行数值模拟,评价其强震后的安全性.结果显示,大坝在强震后总体损伤不大,结构安全性较好,但应注意抗震薄弱部位;同时大坝不同部位率响应明显不同,对混凝土力学性能影响不容忽视.     

考虑局部切向约束接触问题的直接刚度法

针对工程中大量存在的切向滑移受到约束的接触问题,提出了基于Lagrange乘子的点-面及点-点接触直接刚度法,该方法生成的接触协调条件可以直接组装到结构刚度阵中,从而可直接用于考虑存在结构几何非线性及材料非线性的接触问题分析中。采用这一算法进行了考虑拱坝横缝张合效应的地震响应分析,结果表明考虑切向滑移约束对接触中的张开度有明显影响。     

基于结构自控制的抗震设计方法

根据不同结构形式在地震中表现出迥异的抗震性能这一客观事实 ,提出了既将结构视为使用主体 ,又将其视为抗震主体的一体化抗震设计概念——对结构的拓扑、形状、尺寸和材料的自控制设计 ;从结构的动力状态控制方程出发 ,建立了自控制抗震设计的数学模型和功能函数 ,并应用于小湾拱坝的体型抗震控制设计中 ,获得了合理可行的控制体型 ,控制体型在应力指标和大坝体积上均得到改善 ,体现了较好的抗震安全性与经济性