混凝土重力坝爆炸荷载数值分析及抗爆性能研究

利用LS-DYNA非线性有限元程序,基于Eulerian和Lagrangian耦合的方法,研究了RHT本构模型模拟的混凝土板在爆炸荷载下的动力反应,并且将数值结果与现场实验结果进行比较,由此说明了RHT本构模型模拟爆炸荷载下混凝土动力反应的有效性。研究了2 t TNT炸药在距离坝体上游面10 m不同起爆深度的情况下,有泡沫混凝土保护层和无泡沫混凝土保护层的坝体动力响应及其损伤状况。计算结果表明,无泡沫混凝土保护层时,坝体上游面主要损伤区域位置总是随起爆深度的增加向坝体底部移动;当上游表面有泡沫混凝土保护层时,坝体上游表面的损伤明显变小,下游面的损伤较无保护层情况也明显减小。表明泡沫混凝土能够有效减小混凝土大坝在爆炸荷载下的损伤,在提高混凝土大坝的抗爆性能方面起到很好的保护作用。     

水下爆炸冲击荷载下混凝土重力坝的抗爆性能

在水下爆炸冲击荷载作用下,结构动力响应较之静态荷载和地震荷载作用下要复杂得多。通过大 量的数值模拟,探讨了混凝土重力坝在水下爆炸冲击荷载作用下,大坝高度、库前水位对大坝抗爆性能的影 响,为大坝抗爆性能评估和防护设计提供基础。数值计算中,构建了重力坝水下爆炸全耦合数值模型,并考虑 爆炸冲击作用下混凝土的高应变率效应。研究结果表明:对于混凝土重力坝,随着大坝高度的增加,大坝的抗 爆性能增强;库前水位对大坝的抗爆性能影响较大,通过降低库前水位可有效提高大坝的抗爆性能。     

水下爆炸冲击荷载作用下混凝土重力坝的破坏模式

考虑混凝土的高应变率效应,构建重力坝水下爆炸全耦合模型,运用显式动力分析程序LS-DYNA,对水下爆炸冲击荷载作用下大坝动态响应进行分析,探讨大坝可能破坏模式及相应的破坏机制。研究表明,大坝破坏模式不仅与坝体的自身动力特性有关,还取决于炸弹起爆时的水下深度、爆心距及炸弹药量;重力坝坝头是抗爆性能薄弱部位,大坝可能破坏模式为上游迎爆面的爆炸成坑破坏、坝顶及坝下游面的震塌破坏、坝头与上游直面交接处及下游折坡附近的脆性冲切破坏并出现贯穿性裂缝破坏。     

基于突变理论的重力坝沿建基面失稳判据研究

突变理论注重研究系统状态发生突变时外界的控制条件,主要阐述非线性系统如何从连续渐变状态向系统性质突变的转变。混凝土重力坝不仅材料本身非线性明显,并且系统也具有较强非线性特性。基于突变理论,研究了突变理论应用于重力坝系统抗滑失稳的可行性,并分别从能量突变、位移突变以及塑性屈服区面积突变进行了重力坝沿建基面的失稳判据研究。...     

基于综合破坏指数的混凝土重力坝易损性分析

目前,多采用单一响应指标研究混凝土重力坝的易损性,难以综合表征坝体结构的破坏概率。考虑多重指标共同作用的结果,以混凝土重力坝坝顶相对坝踵顺河向位移、整体损伤指数、坝基面累积滑动位移为单一响应指标,采用非线性动力时程分析,根据功效系数法计算各单一响应指标的功效分数,应用变权模型得到坝体综合破坏指数。分析综合破坏指数与其他响应指标的相关性,给出基于综合破坏指数的四级震害划分标准,对比研究基于单一响应指标和综合破坏指数的混凝土重力坝地震易损性曲线。结果表明,较小或较大地震动强度下采用单一响应指标进行易损性评价结果或偏于保守或偏于危险,而采用变权模型得出的综合破坏指数进行易损性评价,可以适应地震动强度的变化,全面客观预估坝体在不同地震动强度下达到各个等级破坏的概率。     

考虑跃迁的指数型炸药空爆荷载等效静载动力系数

为对比抗爆设计规范采用的线性荷载计算模式,建立了考虑跃迁的指数型衰减荷载表达式,通过爆炸荷载等效单自由度微分方程,求解了关于跃迁时长、超压峰值、指数型形状调整参数、结构自振频率与荷载作用时长的等效静载抗力动力系数表达式。根据跃迁时长与形状调整参数,分析了四种典型计算工况,结果表明:现行结构抗爆设计规范等冲量线性衰减荷载可设计范围明显偏小,动力系数在延性比β<3.0下偏保守,而β≥3.0,wt_+>1.4δ时偏不安全,最大偏低17.4%;跃迁时长比值越大,动力系数越大,跃迁时长比为1%～2%时,对动力系数影响程度为0.4～0.7%,指数型荷载形状调整参数对柔度特别大的结构动力系数无影响,对其它结构动力系数增大或减少影响程度不一。     

DX桩抗拔位移的弹性理论解析解

基于可反映桩基荷载传递性状的“套叠”式桩周土变形模式和弹性理论,将等直径部分和扩径体部分桩周土分段建立位移方程,推导了桩身带有扩径体的非刚性和刚性DX抗拔桩的荷载-位移关系的解析解。该解析解可反映桩的变形以及桩周土模量随深度变化等因素的影响,且计算较为简便。通过有限元数值模拟对计算模式可能引起的误差进行分析以及DX抗拔桩现场载荷试验结果的验证,表明本文给出的解析解可较好地反映DX抗拔桩在工作状态下的荷载-位移关系,可为DX抗拔桩的工程设计提供参考。     

基于弹性变形理论的钢管混凝土短柱承载力计算理论研究

为解决工程中得到广泛应用的钢管混凝土结构承载力计算问题,在总结分析已有钢管混凝土短柱承载力计算理论的基础上,利用弹性变形理论,推导出了钢管混凝土短柱极限承载力计算公式,利用推导得出的计算公式,对混凝土的泊松比趋近于零、混凝土的弹性模量趋近于零、钢管和混凝土的弹性模量和泊松比都相等、钢管和混凝土的泊松比相等而其弹性模量不等、钢管混凝土短柱端面上混凝土凸出或凹进的影响等六种条件下,钢管混凝土结构的承载情况进行了分析.     

往复荷载下混凝土断裂力学特性研究

为研究混凝土在往复荷载作用下的断裂性能,通过往复加载,对带预制切口的混凝土梁进行三点弯曲试验,得到荷载-位移曲线。采用扩展有限元法对三点弯曲梁进行模拟,将数值模拟结果与试验结果进行对比,二者吻合较好,证实了数值模型的可靠性。进而对不同缝高比、不同缺口偏置距离、不同跨度的三点弯曲梁进行模拟,研究混凝土在往复荷载作用下的断裂行为。结果表明:随着缝高比增大,起裂荷载Pini与峰值荷载Pun逐渐减小,临界有效裂缝长度ac逐渐增大;起裂断裂韧度和失稳断裂韧度先增大后减小,当缝高比为0.3左右时,断裂韧度达到最大值。随着跨度增大,临界有效裂缝长度ac逐渐增大,但增幅不超过3.8%;混凝土断裂韧度先增大后减小,但总的变化幅度不超过7.6%。随着缺口偏置距离的增加,起裂荷载Pini和失稳荷载Pun逐渐增大,裂缝扩展为I-Ⅱ复合型裂缝并产生两次曲裂,呈现向上部加载点发展的趋势。     

阻尼对空爆荷载等效静载动力系数的影响

为考查阻尼参数对空爆荷载等效静载动力系数的影响,理论推导了空爆荷载下结构等效单自由体系弹塑性位移解及延性比解,设计并计算了阻尼比0.000 1～0.1、延性比1～4的20种典型工况的动力系数,并与现行抗爆设计规范动力系数公式结果进行了对比。结果表明:阻尼比小于0.000 1时可基本代表无阻尼状态,阻尼比0.01的动力系数比无阻尼的最大降低幅度为2.08%,数值差异很小,因此阻尼比为0.01以内时,可忽略阻尼对动力系数的影响;阻尼比0.05的动力系数比无阻尼的降低幅度约9.92%,数值差异较大,认为阻尼比0.05以上时将具有明显的经济效益;现行设计规范动力系数更适用于柔性结构体系,运用于刚性结构抗爆设计时,计算误差较大,对阻尼比较小的结构设计更不利。     

用不同模量有限元分析坝体应力和变形

探讨拉,压不同模量有限元法在重力坝应力,变形分析中的应用,利用该方法计算坝体裂缝,接触,稳定问题明显地提高了分析精度,本指出,给定拉伸时的弹性模量和泊松比是重要的可能的。在岩土力学,冰力学,陶瓷和塑料的力学分析中,使不同模量有限元法必定会有实际意义。     

库水浸泡后滑坡体中水分布的实验研究

建立了室内模拟库拟库水浸泡后滑坡体内水润湿的渗流实验装置，根据清江茅坪滑坡的地形、地貌以及岩土混合比例，填制了岩土体实验模型。模拟了水位在涨至模拟坡体凌空面一半高度和水位漫过凌空面达到第一平台高度时，坡体内的水分布情况，在水位降落实验过程中，岩土体部分失稳。证明了润湿滞后在降水期滑坡中起主要作用。     

饱和颗粒土-维冰分凝模型及数值模拟

基于相平衡和力甲衡提出了一个关于饱和颗粒土的冰分凝模型，引入了冰分凝时未冻水迁移的驱动势，基于Clapeyron方程和吸附膜的观点简要叙述了相变区内未冻水含量与温度及孔隙水压的关系，数值模拟了饱和颗粒士的一维冻结过程，得到了冰分层分凝的计算结果，与已有实验所观测到的现象较为吻合，计算所得的冻胀量的变化趋势与已有实验所测结果是相符的．     

STUDY ON DEBONDING FAILURE MODEL OF POLYUREA-BASED COATING WITH HIGH VELOCITY WATER FLOW BASED ON COHESIVE ZONE MODEL

冲磨和空蚀破坏是水利水电设施最为常见的病害之一,严重影响水利水电设施的安全运行和效益发挥. 泄洪建筑物通常喷涂聚脲基涂层来提高抗冲耐磨性能,但在泄洪高速水流速度作用下抗冲磨聚脲基涂层的剥离破坏机理的研究尚属空白. 本文基于高速水流的流态形式,提出了高速水流对泄洪建筑物的力学作用模型,水流作用对泄洪建筑物的载荷主要包括拖曳力、冲击力、脉动力和上浮力;采用内聚力模型表征聚脲基涂层与泄洪建筑物防护体界面的剥离破坏过程,建立了高速水流聚脲涂层的剥离破坏模型, 给出了模型的有限元形式方程、本构关系以及损伤起始原则、演化原则和接触碰撞模型. 通过聚脲涂层与混凝土基底的剥离破坏试验,分析了不同剥离倾角下界面剥离破坏的拉应力与倾角之间的变化规律,得到了聚脲涂层剥离破坏过程中应力-$\!$-位移变化关系. 根据剥离破坏试验计算了界面剥离破坏断裂模型参数,采用数值方法对模型进行了验证,试验结果与模型计算结果吻合良好,为泄洪建筑物的抗冲耐磨设计提供理论依据.