辽宁葠窝水库溢流坝段裂缝状态下地震反应分析

摘要

混凝土重力坝作为大型水库的重要坝型之一,在我国水利工程中得到广泛应用。目前,我国在服役的混凝土重力坝多建于上世纪60、70年代。经过多年运行,我国很多重力坝已出现了裂缝、碳化、钢筋锈蚀、渗漏等诸多病害。其中裂缝问题最普遍,危害也最严重。事实上,混凝土重力坝带裂缝工作已属常态。过去,虽然国内外对混凝土重力坝的抗震问题进行了深入研究。然而,对于长期服役后出现较大控制性裂缝的混凝土重力坝的地震反应与破坏机制研究尚不多见。因而,对于地震作用下带裂缝工作的旧混凝土重力坝动力反应和地震安全性的研究势在必行。基于此,本文分析了带裂缝工作的辽宁葠窝水库混凝土重力坝溢流坝段地震反应和破坏基本特征。主要研究内容与成果如下:
　　首先,直接针对葠窝水库混凝土重力坝溢流坝段的实际状况,建立了考虑坝-库水-基岩耦合效应的典型溢流坝段抗震分析有限元模型。数值模型中采用等效一致黏弹性人工边界模拟基岩的无限区域辐射阻尼影响。利用耦合的拉格朗日-欧拉有限元分析技术模拟了坝体-库水动力相互作用效应。采用混凝土弥散裂缝本构模型模拟动荷载作用下混凝土材料的动力特性,并刻画坝体裂缝发生、扩展的基本状态。
　　其次,针对高库水位、低库水位和空库三种情况,利用上述数值模型,研究了新建时葠窝水库混凝土重力坝溢流坝段地震响应的基本特性,重点分析了坝体的动位移和动应力反应规律。为了验证数值模拟结果的正确性,同时采用振型分解反应谱法对溢流坝段进行了抗震分析。研究显示:新建时葠窝水库混凝土重力坝溢流坝段的坝踵、闸墩与溢流堰交接处应力最大,其次坝趾、闸门处部位应力也较大。
　　最后,基于新建时葠窝水库混凝土重力坝溢流坝段地震反应的数值模型,考虑现在坝体上出现的主要裂缝,根据现场实际测量的闸墩裂缝分布情况及已开展的葠窝水库溢流坝段闸墩裂缝力学成因研究的成果,在数值模型中确定了三条控制性的裂缝,并采用弥散裂缝模型模拟坝体的裂缝带,进行带裂缝工作状态下的重力坝溢流坝段地震反应分析。针对高库水位、低库水位和空库三种工况下,研究了地震下带裂缝的溢流坝段的动应力、动位移反应情况,分析了地震过程中坝体混凝土开裂与破坏的过程,并对比分析了有、无裂缝状态下溢流坝段地震反应与破坏规律的差异,研究裂缝的存在对大坝地震反应和安全性的影响。研究表明,坝体裂缝的存在致使溢流坝段的地震反应显著增强。地震作用下坝体裂缝将继续扩展,进而破坏坝体的整体性,加剧坝体各部位的应力和破损情况。

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第1章 绪 论

1.1课题背景及研究意义

1.2混凝土坝抗震分析方法

1.3混凝土坝抗震分析国内外研究现状

1.4本文的主要研究内容与研究思路

第2章 葠窝水库重力坝溢流坝段抗震分析数值建模途径

2.1引言

2.2葠窝水库混凝土重力坝工程概况

2.3考虑坝－库水－基岩耦合效应的溢流坝抗震分析有限元模型

2.4计算参数

2.5本章小结

第3章 新建重力坝溢流坝段地震反应分析

3.1引言

3.2溢流坝段地震反应时程分析

3.3溢流坝段反应谱法抗震分析

3.4计算结果及分析

3.5本章小结

第4章 带裂缝工作的重力坝溢流坝段地震反应分析

4.1引言

4.2数值模型中坝体裂缝的考虑

4.3计算结果及分析

4.4坝体地震开裂破坏过程

4.5本章小结

结论与展望

参考文献

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