高拱坝抗震理论分析进展
当前混凝土高拱坝抗震研究中的几个问题
自 法 国 %C"E 年 修 建 世 界 上 第 一 座 拱 坝 （ I’(. 坝） 、 美国 %B@# 年修建世界上第一座高拱坝 （ G’’-1< 坝） 至今， 拱坝以其独有的强超载能力以及自调节性 能受到世界坝工界的青睐 ) 坝工实践表明， 坝越高， 拱坝的经济性和安全性越显著 ) 全世界 !$$ M 以上 ［%］ 的大坝有一半以上采用拱坝坝型 小湾、 ) 在我国， 溪洛渡等一批 @$$ M 级世界超高拱坝即将在西部高 一旦由 烈度地震区建设 ) 这些高拱坝都有大型水库， 于地震引起溃坝， 其后果特别严重 ) 因此， 研究高拱 坝的抗震稳定性具有特别重要的意义 ) 尽管国内外
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体， 而且滑移面必须为平面或圆弧面， 否则计算结果
［!， "#］ 不惟一 ； 潜在滑动块体通常由底滑面、 侧滑面、
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完善高拱坝抗震评价准则
抗震评价准则是高拱坝抗震分析的依据， 它是
上游拉裂面和下游临空面切割而成， 它承受拱坝拱 座传递的推力、 岩体内部边界面的渗压、 块体本身的 自重和地震惯性力， 以及由侧滑面和底滑面的岩体 抗剪强度产生的抗滑力和反力 $ 规范规定的基本方 法仅仅反映水工设计经验和较为成熟的科研成果， 难以考虑或只能极其简单地考虑坝、 地基的相互作 用和无限地基对动力反应的影响， 也无法模拟坝体 和地基材料进入屈服破坏以后应力重分配过程 $ 边界元法等为代表的连续变 !" 以有限单元法、 形数值分析方法和以刚体弹簧元法、 块体单元法、 界 面元法等为代表的非连续变形数值分析方法已在大
（ !"##$%$ "& !’(’# )*%’*$$+’*% ， !"#$ %&&’$& ()"’* &$%&#%+ ,$&$(,+- ". -%/- +"0+,$*$ (,+- 1(#& 2 2 FGH* I.3J;31，=H* K3/7JL1/ ,"-.’ /*’($+0’12 ，3.*4’*% !%$$BC，!-’*.） 3)&*,(+*：4’M1 N<’O(1M2 ./, ,39930>(;312 ><71/;(8 ;’ O1 2’(-1, 3/ 2132M30 <121.<06 ’9 6376 0’/0<1;1 .<06 ,.M2 L1<1 <1-31L1,， 3/0(>,3/7 ;’ 93/, 23MN(1 ./, N<.0;30.( M1;6’,2 9’< 0’MN<161/23-1 ./.(8232 ’9 ,.M 9’>/,.;3’/，,.M O’,8，./, <121<-’3< L.;1<，;’ L’<P ’>; <.;3’/.( 2.91;8 1-.(>.;3’/ 0<3;1<3. 9’< 6376 .<06 ,.M2，;’ 2;>,8 ;61 ,8/.M30 O16.-3’< ’9 ;61 2;<1/7;6 ’9 0’/0<1;1 M.;1<3.(2， ;’ ,1-1(’N ;61 2132M30 3/N>; M’,1( ’9 ;61 ,.MJ23;1 <3-1< -.((18，./, ;’ 1QN(’<1 .2132M.;30 M1.2><12) R.21, ’/ ./ ./.(8232 ’9 2’M1 /1L .,-./012 3/ 2132M30 <121.<06 ’9 .<06 ,.M2，2’M1 2>7712;3’/2 L1<1 M.,1，2>06 .2 ;’ 9><;61< N1<910; ;61 2;>,8 ’9 2132M30 <12N’/21 ’9 ;61 ,.M，L.;1< ./, 9’>/,.;3’/ 3/;17<.;1, 282;1M O8 M1./2 ’9 ,8/.M30 ./.(8232 ;106/3S>1，;’ <1/1L ;61 3,1. ’9 2132M30 N<1-1/;3’/，;’ 12;.O(326 ;61 >/1-1/ 2132M30 M’,1(，;’ 1/6./01 ;61 19910;3-1/122 <121.<06 ’/ .2132M.;30 1/73/11<3/7 M1.2><12，1;0) 4$5 6",1&：6376 .<06 ,.M；2132M30 ./.(8232；1-.(>.;3’/ 0<3;1<3’/；,8/.M30 2;<1/7;6 ’9 0’/0<1;1；2132M30 3/N>; M’,1(
高坝工程抗震措施分析
高坝工程抗震措施分析摘要：高坝工程抗震性能的提高是非常重要的目标，要实现该目标，需要同相关震害资料进行充分结合，对多种类型的高坝抗震薄弱部位进行分析和论证，从不同角度出发对高坝工程抗震效果进行深入探索，并且分析其中存在的问题，提出高坝工程抗震措施。
关键词：高坝工程；抗震措施；抗震薄弱部位高坝工程在多方面发挥着至关重要的作用和功能，主要包括调节径流、供水以及灌溉等，正是因为如此，国内外对其重视程度都在不断提高，并且该工程也取得了长足进步。
随着上世纪三十年代美国胡佛大坝的建成，世界高坝建设进入快速发展阶段。
直到上世纪九十年代，我国成为了世界高坝建设的中心，对国外的筑坝技术进行了全面总结，并且不断开展自主创新，在此条件下，完成一批高度超过200米的高坝工程建设。
一、高坝地址和类型的选择（一）高坝地址选择在高坝地址选择方面有其重要原则，主要是避开活动断层。
当下实行的规范制度对高坝地址的选择进行了明确规定，大坝等主题建筑物不可以建造在活动断层上。
除此之外，高坝地址的选择原则还包括对抗震有利的场地和地基，在有着比较优越地址条件的基岩上进行构建，在最大程度上避开大的软弱结构面[1]。
如果在坝基中存在较为不利的地质条件，需要对其进行有效处理，将其挖除。
对于地震安全来说，高混凝土重力坝静力抗滑稳定是其重要前提，可以为其提供重要保障。
当基岩地质条件存在问题的时候，抗剪断安全系数要达到3.0有着比较大的难度，有时候更低。
在遭受到强烈地震的时候，产生滑动的可能性比较大。
所以，需要在最大程度上避开软弱结构面。
在无法避开的时候，需要对其软弱结构面进行有效处理，为其在遭受强烈地震时不出现滑动事故提供重要保障。
高拱坝抗震安全有其决定因素，主要包括地基和拱座稳定性。
在对拱坝进行布置的时候，对拱座提出了相应要求，需要尽可能避开岩性相差过大，从而避免地震发生的时候有着太大的相位差，进一步增大坝体动应力。
在有必要的时候，可以采取两种措施，分别是对拱座进行加厚和采取深嵌锚固。
高拱坝抗震设计分析
Ｋ ｙｗ ｌｓ ｈｇ ｒｈｄｒｓ ｅｒｈ ｕ ｋ ； ｓｒｏｒ ｔｒｄ ｂ ｔ ｎ ；ｏ ｔ ｃｉ ｉｔ ｅ ｏｄ ￣ｉｈａｃ ａ ；ａｔｑ ａ ｅ ｒ ｅｖ ｉｗａｅ ；ａ ａ ｕｍｅ ｔｃｎｒ ｔ ｎｊ ｎｓ ｎ ｅ ｍ ａ ｏ ｏ
换， 坝体振动能量会 通过 地基 向四周逸 散 ， 就是 所谓 的结 这 构 与地基的相互作 用。 由此 可见 ， 当将拱பைடு நூலகம்坝 、 水和地 基 应 库 三者作为一个综合 的振 动系统进 行动力分析 。
此我 国许多研究学者 已经展 开了高拱 坝抗震 设计方 面 的深 入研究 ， 并已取得 了一 些成 果。
１ 拱坝坝体 一地基 库水 动力相互作用分析
射波能量 。但这种处理方 法有明显的缺点 ： ①模拟的介质范 围较大 ， 增加 了计算工作量 ； ②对于从远场入射 的地震 波 ， 人
工边 界 不 一 定 十 分 有 效 ， 至导 致 极 大 误 差。无 限元 由 甚 Ｂ ｔ ｓ 和 Ｕｎ ｌ ｓ １７ ｅｔ ｓ ｅ ｇｅ 于 ９ ３年提出 ， ｓ 并广泛地应用 于各种无 限 域介质的模拟 中， 随着 理论 研究 的深入 及大 量事 实表 明 ， 无
坝抗震设 计的影 响， 仅对高拱坝抗震设计研究 的几个方面进行 了概括 总结 。
关键词 ： 高拱坝 ； 震 ； 地 库水； 坝肩 ； 横缝
中圈分类号 ： ４ ． ＴＶ６ ２ ４ 文献标识 码： Ａ
Ｄｉｃ ｓｉ ｎ ｏ ｅｓ ｃ Ｄｅ ｉ ｎ ｏ ｇ ｃ ｍ ｓ ｓ ｕ ｓ ｎ Ｓ ｉｍｉ ｓｇ ｆＨｉ ｈ Ａｒ ｈ Ｄａ ｏ
ｔｒ ｃｉｎ ｏ ｒｈ ｄ ｒ ｓｆｕ ｄ ｔ ｎ ｒｓｒ ｏｒｗａｅ ， ｙ ａ ｃｓａ ｉｔ ｆｈｇ ｒ ｈ ｄ ｂ ｔ ｎ ， ｆ ｃ ｆｔａ ｓ ｅａ ｔ ｆ ｃ ａｎ ｏ ｎ ａｉ ，ｅｅｖ ｉ ｏ ａ ｏ ｔｒ ｄ ｎ ｍｉ ｔｂｌ ｙ ｏ ｉｈ ａｃ ａ ａ ｕ ｍｅ ｔ ｅｆ ｔｏ ｒｎ — ｉ ｍ ｅ ｖ ｒｅｓｏｓｏ ｅｓ ｃｄ ｓｇ ｆ ｉｈ ａｃ ａ ，ｎ ｈ ｓ ｓ ｅ ｔ ｅｅ ｒｄ ｔ ｂ ｖ ｓｎ ｔｅ ｏ ｇ ｏ ｅｓ ｃｄ — ｅ ｓ ｌｔ ｎ ｓｉｍｉ ｅｉｎｏ ｇ ｒ ｈ ｄ ｈ ｍ ａ ｄｔ ｏ ｅａ ｐ ｃｓｒｆｒｅ ｏ ａ ｏ ｅ ｉ ｏ ｎ ｕ ｈ ｆｒｓ ｉ ｍｉ ｅ ｓｇ ｆｈｇ ｒ ｈｄ ｍ。Ｔｈｓｐ ｐ ｒｏ ｌ ｒ ｆ ｕ ｉｎ ｏ ｉｈ ａｃ ａ ｉ ａ ｅ ｎｙ ｂ ｉ ｌ ｓ ｍｍａ ｉｅ ｏ ｆｅ ｔ ｅｓ ｃｄ ｓ ｎ ｏ ｉｈａ ｃ ａ ，ｎ ｅｙ ｒｚｓｓ ｍｅｅｆｃｓｉ ｓｉｍｉ ｅ ｉ ｆｈｇ ｒｈ ｄ ｍｓ ａ ｄ ｎ ｇ ｍｏ ｅｐ ｏ ｌｍｓｉ ｅｓ ｃｄ ｓｇ ｆｈｇ ｒｈ ｄ ｓｎ ｅ Ｓｔ ｎ ｌｚ ｅ ｐｙ ｒ ｒ ｂｅ ｓ ｉ ｅ ｉｎ ｏ ｉｈ ａ ｃ ａ ｅ ｄ Ｕ ｏ ａ ａｙ ｅｄ ｅ ｌ ． ｎ ｍｉ ｍ
乌东德高拱坝抗震设计研究
裕度 大， 大坝 一坝 基 系统 具 有 较 强 的 极 限 抗震 能 力 。 关 键 词 ： 震 设 计 ； 震 安 全 性 ；高拱 坝 ； 东德 水 电站 抗 抗 鸟
２ １ ０２
乌 东德 高拱 坝 抗 震 设计 研 究
曹 去 修 ， 中 平 ， 篁 胡 熊
（ ． 江 勘 测 规 划 设 计研 究 有 限 责任 公 司 ， 北 武 汉 ４ ０ １ ； ２ 国 家 大 坝 安 全 工 程技 术研 究 中心 ， 北 武 汉 ４ ０ １ ） １长 湖 ３ ００ ． 湖 ３ ００
第４ ３卷 第 １ １期 ２ ０ １２ 年 ６ 月
文 章 编 号 ：０ １— １ ９ ２ １ ） １ ０ ２ ０ １０ ４ ７ （ ０ ２ １ — ０ ０— ５
人 民 长 江
Ｙａ ｇｚ Ｒｉｅ ｎ ｔｅ ｖｒ
Ｖ０ ． １ ４３． ．１ Ｎｏ １
Ｊｎ ， ｕ ｅ
速 度 为 ０ ３ ｇ ．２ 。
我 国现行 抗震 规范 主要针 对高 度 ２ ０ｍ 级 以下拱 ０ 坝 ， 且主要 控制 在线 弹性 范 围内 ， 未 有坝 高 ２ ０ ｍ 并 ０ 以上 的拱 坝实 际经 历过 强 震 的 检验 ， 当前 拱 坝 抗 震设
区位 于地 中 ： 曹去 修 ， ， 级 工 程 师 ， 要 从 事 水 工 结 构 设 计 工 作 。Ｅ—ｍ ｉ ｅｏｕ ｉ＠ ｅ ｓ ．ｏ Ｃ 男 高 主 ａ ：ａｑ ｘ ｌ ｕ ｊ ｊ ｅｍ．ｉ ｗｙ ｑ
设 计方案 。
金 沙江 下游 河段共 有 ４个 梯级 水 电站 ： 东德 、 乌 白
高拱坝震害分析与加固措施
中图分类号 ：Ｔ Ｖ ６ ９ ８ ． ２ ３
文献标识码 ：Ａ
文章编号 ：１ ６ ７ １ － ５ ７ ９ ９（ ２ ０ １ ５ ）０ ４ － ０ ２ ０ ２ － ０ １
下 会 引 起 两 岸 边 坡 岩 体 滑 塌 、 内 部 节 理 裂 隙 张 开 、 坝 基 坝 肩 防渗 系统 受损 ，渗 漏量增 大 ，会更为 严重导致 坝肩 局部岩 块 滑动 。 ３高拱坝抗震措施 针对上述 高拱坝 的震 害特 点 以及工程实践经验，提 出以下 几点相应 的高拱坝抗震加 固措施 ： ３ ． １慎重选择坝址 、坝轴线尽量避开活 断层 、单薄 山头
两岸 拱座 间距 离缩 短２ ３ ． ９ ｍ ｍ ，坝 轴线 顺时针 旋转 ３ Ｏ ，右 岸 坝顶 比左岸相 对下沉 １ ７ ． ３ ｍ ｍ 。１ ９ ９ ４ 年１ 月１ ７ 日在坝址西南 １ ８ ｋ ｍ 处 ，再 次发生里 氏６ ． ８ 级 ，震 源深１ ７ ｋ ｍ 的强烈地震 。此 次地震 震 害较前 次大 ，在岸重 力墩及 其底 下局部基 岩与左 岸拱座 横 缝底端 处有斜 向向上 延伸 至坝顶下 １ ５ ｍ 处 的水平施工缝 处的微 细裂 缝 ，沿 该施 工缝在相 邻横缝 间的坝体有 错动 ，其上部 明 显向下游滑 移约 １ ０ ～１ ２ ｍ ｍ ；重力 墩相对左 岸拱座 切 向向左移
工 程 施 工
高拱坝震害分析与加 固措施
陈思 文 重 庆交 通大 学 重庆 南 岸 ４ ０ ０ ０ ７ ４
摘要 ：震情严峻 而又难 以避让是我 国高拱 坝建设 中必须面对 的严峻挑 战。本文通过分析 高拱坝 的典 型震 实可 靠的抗 震加 固 措施，目 的在 于加 强人们对 高拱坝抗震 问题 的重视 ，提 高高拱坝的整体抗 震
拱坝抗震分析与安全评价的近代发展
拱坝抗震分析与安全评价的近代发展林皋大连理工大学土木水利学院，中国，大连理工大学 116024，gaolin@摘要：近代混凝土坝工技术的发展经历了三个典型阶段。
自1990年以来，中国的坝工建设所取得的成就标志着第三阶段的开始。
从建坝数量、建坝规模与所遭遇的技术难度来说，中国均居于世界首位。
中国的许多大坝将建于地震活动性强的西部山区，大坝抵抗强地震作用的安全性受到极大的关注。
本文将从拱坝抗震的几个方面论述拱坝抗震分析的最新进展，重点将介绍大连理工大学近期所取得的研究成果。
1.坝与地基的动力相互作用及其对拱坝地震响应的影响，特别是应用比例边界有限元法研究了地基中含软弱夹层以及存在不连续界面等地基不均匀性所产生的影响。
2.采用非光滑方程组方法研究了强震时拱坝横缝的张合机制。
考虑了键槽结构形式所带来的影响。
3.分析了拱坝坝基和坝肩潜在滑动体的动态稳定。
提出了切割体法以识别三维离散块体的接触关系，使非连续变形（DDA）方法得以应用于三维块体的动态稳定分析。
计算结果表明，随着激励加速度的增大，通常计算的拟静态稳定系数与实际的动态稳定系数有显著差别。
4.采用宏观-微观相结合的方法，引入单元强度和弹性模量的Weibull随机分布进行拱坝非线性地震响应与损伤进程的分析。
计算了一座拱坝地震损伤的发展。
关键词：拱坝；坝－基动力相互作用；拱坝横缝张合影响；非线性地震响应分析与损伤预测1 引言大坝在人类文明发展的进程中发挥了重要作用。
根据有关资料估计，坝工建设至少有5000年以上的历史。
现代混凝土坝的筑坝技术经历了三个代表性的阶段。
首先，在上一世纪30－40年代，以美国为中心筑坝技术有了很大的进步。
221m高的胡佛拱坝的建成标志着高大混凝土坝的一个新纪元，该坝坝高和混凝土方量均为当时已建坝的两倍以上。
三维拱坝的先进力学分析方法——试载法(拱梁分载法)得到发展，至今仍在继续发挥作用。
为了进行大体积混凝土的浇筑，设计了温度控制和冷却系统，以避免高拉应力的出现。
混凝土高坝系统的地震响应分析研究进展概述
文章编号：1672-3031（2012）01-0001-08收稿日期：2011-03-18资助项目：国家自然科学基金项目（51079164）；水利部公益行业科研专项（201201053）；中国水利水电科学研究院科研专项（KJ1133；KJ1242）作者简介：马怀发（1962-），男，山东枣庄人，教授级高级工程师，博士，主要从事计算力学、水工结构抗震及混凝土细观力学分析研究。
E-mail ：mahf@中国水利水电科学研究院学报第10卷第1期混凝土高坝系统的地震响应分析研究进展概述马怀发1，陈厚群1，徐树峰2（1.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，北京100048；2.中国水电顾问集团西北勘测设计研究院，陕西西安710065）摘要：本文从5个方面总结了混凝土高坝体系地震响应分析的最新进展及所存在的问题，其内容包括：（1）坝体伸缩横缝开合的接触非线性研究；（2）坝基远域能量逸散效应的模拟；（3）坝体-库水动力相互作用；（4）坝肩抗震稳定分析研究；（5）坝体及地基非线性分析研究。
最后提出了当前高坝系统地震动分析所面临的研究课题。
关键词：高混凝土坝；地震响应；材料非线性；坝体-地基系统；动接触；人工边界中图分类号：TV312文献标识码：A高坝地震响应分析是抗震安全评价的核心。
近年来，我国在西部高地震区修建了一系列300m 级的高坝工程，这些工程面临众多重大关键技术问题的严峻挑战，尤其值得一提的是，距离震级上限为8级的摩西发震断层仅4.5km 的大岗山拱坝，需要抗御世界少有的设计地震加速度高达0.56g 的近断裂大震的地震作用；300m 级高拱坝在强震作用下的实际抗震性态，与已有的低烈度区的中、小型水坝相比，将有许多本质性的差异。
这些工程的规模及其所面临的问题难度和复杂性在国内外均无先例。
因此地震作用常成为设计中的控制工况。
基于已有工程经验的传统抗震设计理念、方法和技术途径，已很难适应迅速发展的工程建设需要。
强震作用下高拱坝抗震安全分析
何
金
３
文
（１．西安理工大学 水利水电学院，陕西 西安 ７１００４８；２．河海大学 农业工程学院，江苏 南京 ２１００９８；
３．三峡大学 水利与环境学院，湖北 宜昌 ４４３００２）
摘 要 ： 一 大 批 高 拱 坝 在 我 国 西 部 强 震 区 建 设 、运 行 ，高 拱 坝 抗 震 安 全 至 关 重 要 。 本 文 采 用 混 凝 土 四 参 数 损 伤 模 型 ，模 拟 高 拱 坝 在 强 震 作 用 下 的 抗 震 安 全 问 题 。 通 过 超 载 地 震 加 速 度 峰 值 ，研 究 不 同 超 载倍数下，高拱坝抗震安全性能。分析表明，在强震 作用下，坝 体 靠 近 建 基 面 及 坝 体 中 上 部 损 伤 值 较 大 ，且 随 着 加 载 倍 数 增 加 ，损 伤 值 逐 渐 加 大 ，分 布 区 域 亦 相 应 增 加 ，当 超 载 地 震 加 速 度 峰 值 倍 数 为 ２．０时，坝体已偏于不安全。研究给出了高拱坝坝面损伤分布情 况，为高 拱坝 抗震安全 评价提 供一 种新的思路。 关键词：强震作用；高拱坝；四参数损伤模型；抗震安全 中 图 分 类 号 ：ＴＶ３１３ 文 献 标 志 码 ：Ａ 文 章 编 号 ：１００６４７１０（２０１８）０３０３３２０６
３３２西安理工大学学报 Ｊ NhomakorabeaｕｒｎａｌｏｆＸｉ’ａｎＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙｏｆＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙ （２０１８）Ｖｏｌ．３４Ｎｏ．３
ＤＯＩ：１０．１９３２２／ｊ．ｃｎｋｉ．ｉｓｓｎ．１００６４７１０．２０１８．０３．０１４
强震作用下高拱坝抗震安全分析
李
晓
娜１，
王
嘉
威１，
李
同
春２，
黄
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大型拱坝的地震稳定性分析
文章编号 ： １ ０ ０ ６ － ０ ０ ８ １ （ ２ ０ １ ３ ） ０ １ ００ － ３ ４ ０６ －
水 利 水 电 快 报 Ｅ ＷＲ Ｈ Ｉ
第３ ４卷第 １ 期
大型 拱 坝 的地 震 稳 定性 分 析
［ 瑞 士］ Ｍ．维兰德
摘要： 强震期 间出现 的地动将使 大型拱 坝 中央上部 大体积混凝 土块的动 态拉应 力超过其动 态抗拉强
在对 大 型拱 坝 进行 线 弹 性分 析 时 ， 最 大可 信 地
震（ Ｍ Ｃ Ｅ ） 引起强烈地面摇动期间都会 出现拉应力 大 于大体 积混凝 土 的动态抗 拉强 度 。线弹 性动态 分 析是相当直截了当的， 尤其是用 附加质量表示其与 水库 的互相作用 ， 并假定坝基无质量时更是如此 。
当接缝 处裂缝 充分 发 育 时 ， 这 些裂 缝 连 接 在一 起就形 成分 离 的混凝 土块 。任何进 一 步 的动 态变形
主要 出现 在这些 裂 缝处 ， 从 而 限制 了混凝 土 块 中的
１ 概
述
拉应力 ， 防止大 体 积混 凝 土 中进 一步 产 生 裂缝 。 由 于拱 坝 的几何形 状 受 到 限制 ， 这 些 分 离 的混 凝 土 块 只会 朝水 库 方 向移 动 。如 果 在 收 缩 缝 处 设 置抗 剪 键， 则此类 移动 将进 一步受 到 限制 。
视在抗拉强度 ） 来假定大体积混凝土的最有利的动 态抗拉强度值 。此外 ， 还应用 了相当低 的地面移动 输入值 ， 因为在估算强震引起 的地动时存在很大的 不确定 性 。
一
了研究 。在空库情况下 ， ２ ０ ｍ高的混凝土块最大上
游 方 向滑移 距 离 为 １ ０ ５ ｃ ｍ。 在发 生地 震 期 间 和地 震 后 这不可 能引起 混 凝 土 块倾 翻 ， 因 为滑 移 面 部位
高混凝土重力坝在洪水地震情况下稳定分析
Cracking Analysis of High Concrete Gravity Dams Under Floodwater and Seismic EffectsJIA Chao, LI Yafei School of Civil Engineering Shandong UniversityJinan, Chinajiachao@REN Qingwen School of Civil Engineering Hohai UniversityNanjing, Chinarenqw@Abstract—As economic develops, energy demand is also increasing. The development of hydroelectric energy has become one of the important measures to deal with energy crisis. In order to develop hydropower, many high concrete dams are being built or about to build in China. These dams are often operating at high water level and in high seismic intensity region. Accident due to the high concrete dam failure may cause serious harm to the economic development and the safety of the people, so it has an important significance to study the security and stability of high concrete dam under high water level and seismic. In the paper, Longtan high concrete dam was studied as an example, the strain softening characteristic of dam concrete is considered using linear softening curve, and a smear crack model is selected for the dam concrete crack. The seismic fracture response of concrete gravity dams is researched by considering the effects of dam-reservoir interaction for different case. Two dimensional seismic numeric analysis was performed by using Koyna earthquake acceleration-time records in 1976 Dam concrete cracking range and cracking law under different water level and seismic time was discussed, the over load method was also used in the paper. From research the positions which easy to generate cracks are pointed out. The research result can provide useful reference for dam structure design and safety operation.Keywords-concrete gravity damt; Longtan high RCC dam; cracking;waterloading; seismic; overloading; nonlinear FEAI.I NTRODUCTIONRecently, with the rapid development of West to East Power Transmission Project and Western Development of China, a few number of high concrete dams are being constructed or going to be constructed in west-south and west-north China. These dams are often very high, operating at high water head, and in a complex geological site and high-frequent earthquake areas. They may cause catastrophic consequences such as loss of life and property if the dams fail. So studying the stability and safety of the dam has important significance.Dam concrete is low tension materials; concrete structures are prone to develop cracks. Extensive research has been performed over the last decades into the fracture behavior of concrete. Kaplan [1] suggested fracture thesis into concrete cracking. The main methods of fracture are theoretical analysis, experimental research and numerical analysis. Numerical analysis is suitable the problems that have arbitrary geometry and boundary conditions, so it has been used abroad in concrete cracking. Concrete constitutive model and the crack model are the key technologies to be solved of using the finite element method.As is well known, concrete exhibits strain softening in tension, leading to a complete loss of strength. For the strain-softening curve, many scholars have proposed their views, such as: Hillerborg’s linear softening curve, Peterson’s bilinear softening curve, Kang and Lin’s segment softening curve and Jiang Jianjing’s and Reinhardt’s exponential softening curves [2]. The approaches used to model the cracks in the finite element method can be divided into two categories. The first method, usually named discrete crack approach, models the crack by separating the nodes belonging to crack flanks; another model is so-called smeared crack approach, where the properties of the material in the zone of cracking are modified to represent the physical discontinuity introduced in a system by cracks [3].It is well established that many operating concrete dams present internal zones of extensive cracking or micro-cracking.A well-known hydropower expert in China named Pan Jiazheng affirmed that” There is no one dam without cracks in it” [4]. The origin of cracking in concrete dams may be found in the phases of design, construction or in operation. The reasons for cracking may be fold: thermal variations due to internal or external sources, seismic actions, irregular settlements of the foundation, and internal chemical reactions during the setting, hardening and life of the concrete, etc [5]. There have been a few dams that failed because of concrete cracks: Tamworth in Australian; Kolnbrein in Austria; Koyna in India; Hsinfengkiang in China and Pacoima in USA. Many scholars have made a lot of research on concrete dam cracking: CHEN Jianyun, LIN Gao, LI Jing [6]carried out the static-dynamic cracking effects on the Xiaowan arch dam based on the nonlinear concrete constitutive relations, and compared with the corresponding linear analysis. The results show that the nonlinearity of concrete can not be ignored. PAN Jianwen ，WENG Jinting，ZHANG Chuhan [7] applied plastic damage model of concrete, and the softening behavior of tensile strain was considered, to analyze the cracking of Dagangshan arch dam under the action of extremely strong earthquake. The results show that the dam needs reinforcement.The cracks in concrete structures come through micro-cracks to extensional cracks. It has significance on highNational Program on Key Basic Research (973 Program)(2007CB714104)978-1-4244-4813-5/10/$25.00 ©2010 IEEEconcrete dam’s security and stability to study the formation anddevelopment of cracks in concrete dams. The southwest of china is the high-frequent earthquake area. The earthquake occurs in Wenchuan on May 12, 2008 with magnitude 8 has caused enormous losses of lives and property. If the dam in these regions fails, not only causes direct economic losses, but also enormous indirect damage. The seismic performance of the dam must be taken into account during desiring period. In this paper, by employing numerical model based on Longtan dam in China, the effects of cracking on flood water and seismic response of the concrete gravity dam are studied. The results can give reference to the dam reinforcement and operation period.II. THEORETICAL BASISA. Material Model and Yield Criterion The mechanical behaviors of concrete and rock under general conditions are very complex and highly nonlinear. The isotropy elastic-plastic method is selected to simulate both concrete and rock. In order to prescribe the different mechanical properties of concrete and rock, choose different yield criteria for them. The Buyukozuturk [8] criterion is adopted for concrete in this paper. The yield function is as below: 2221133σγσβ−++=J J J f (1) Buyukozuturk suggested that:3=β ，2.0=γ (2) The Drucker-Prager criterion is for rock, and its yield function used in this paper as the following [9]:321σα−+=J I f (3)where:φφα2sin 33sin +=，φφσ2sin 3cos 3+=C , c is the cohesion and Ф is the internal frictional angle of rock.The concrete material model including the strain softening behavior for tension is selected. Use Hillerborg’s linear softening curve [10] this paper and its anisotropic stiffness matrix of the softening phase and the stress-strain relationship under global coordinates are deduced in paper [11]. The constitutive model of concrete is show in Fig. 1.B. Cracking ModelSmeared cracking is a continue approach for fracture mechanics within the finite element. Since the advent of the smeared crack concept by Rashid [12], it has been refined byseveral researchers. The smeared cracking model uses the cracking strain to simulate the crack, and modifies the constitutive model when the concrete is softening [13]. So the results only show the cracking strain zone, we can’t see the crack directly. III. NUMERICAL EXAMPLES A. The parameters of the model and the materialThe Longtan dam is selected for the numerical examples. It is the highest gravity dam that has been constructed in China. The cross-section of the water retaining dam section and thematerial partition are shown in Fig. 2. The scope of thefoundation is 1.5 times of dam height upstream anddownstream, 1.7 times of dam height for foundation depth. Displacement constraint in foundation bottom and along riverconnecting rod in upper and down foundation. A plane strain finite element is adopted for the model, and it is constructedusing four-node isoparametric elements. The dam body usesfine grid blocks, and the rock foundation uses coarse grid blocks. The numerical model of the dam is show in Fig. 3. The model was divided into 8185 nodes, and 5997 elements for dam and 1885 elements for the foundation. The mechanical parameters for model are shown in table. 1.Figure 1. The constitutive model of concrete Figure 2 . The dam section and the material partiton Figure 3. Finite element model for the damTABLE I. T HE M ECHANICAL P ROPERTIES FOR THE M ATERIALSClass of MaterialsElastic Modulus (104MPa)Poisson’s RatioDensity (kg/m 3) Angle of Internal Friction （°）Cohesive Strength (MPa) Tensile Strength (MPa) Compression Strength (MPa)ConcreteCC1.96 0.1672.4 50 2.50 1.57 18.5R Ⅰ1.96 0.1632.4 50 2.16 1.57 18.5R Ⅱ 1.79 0.163 2.4 47 2.10 1.29 14.3R Ⅲ 1.54 0.163 2.4 45 1.97 0.97 9.8R Ⅳ1.96 0.1632.4 50 2.16 1.57 18.5Rock① 1.2 0.27 2.7 48 1.48 0.6 9② 1.1 0.27 2.7 45 1.2 0.5 9③ 1.6 0.27 2.7 56 2.45 1.2 23④1.5 0.272.7 50 1.63 0.7 18B. Cracking Analysisi Under Water Loading EffectsApplied loads include self-weight of the dam and the rock base and hydrostatic. The operation conditions with empty reservoir and water lever of 60m, 120m, 172m and 190m are calculated. The results show that there are cracks in the heel of the dam, the bottom of the galleries of the upstream, and around the grouting gallery of the downstream. The dam is safe because the cracking area is very small.In order to get the safety reserve of the dam, use bulk density-based gravity increase method to carry out the overloading calculates. Take K as the symbol of the overloading coefficient. Calculation is carried out under the normal water level (190m) when the coefficient K=2, 3. The distribution of cracks in the dam is shown in Fig. 4.The results show that cracks is firstly observed at the heel of the dam, and as the K increases, the crack region increase. The crack region extends from the heel to the downstream and the upper of the dam. In addition, the concrete around the gallery is prone to crack, too, especially the top left and lower right position of it.C. Cracking Analysis Under Water Loading and Seismic EffectsIn order to avoid the amplification of seismic waves because of the foundation’ mass, the mass-less base model is adopted. The dynamic interaction of dam-reservoir system is considered by the Westergaard added mass technique [14]. The equation to calculate the added mass is as the following:)(87m i i z H H −=ρ (4)the depth of the water, and z is the distance from the node to the water surface.The Rayleigh damping is adopted, of which α and β are calculated as following function [15]:⎪⎪⎩⎪⎪⎨⎧+=+=βωωαςβωωαςj j j i ii 22 (5)where ωi and ωj are the Characteristic frequency of the i and jorder modes. For numerical application, i=1, j=4 and the damping ratio of 0.05 are adopted. Two dimensional seismic analyses are performed by using the transverse and vertical acceleration components of 11 December 1967 Koyna earthquake records. The records of this ground motion are given in Fig. 5.Figure 5. The koyna accelerograms. (a) Transverse component and(b) vertical componentFigure 4.The Distribution of Cracks as the Overloading CoefficientThe results show the cracking strain distribution of each time. As the cracked elements can be closed and reopened at different times, the cracking strain becomes smaller or zero. Fig. 6 lists the cracking position and its extensions with time.Figure 6. Cracking extensions under water loading and seismic effectsIt can be conclude that the heel of the dam, the region near where the slop changes abruptly, the upstream dam surface elevation 160m, and the gallery’ around are prone to crack. As the time goes by, the cracks in the heel of the dam propagate from the heel to the toe, the cracks at the upstream face elevation 160m are initially in a horizontal region propagate deeper inside of the dam, and it can be form detached concrete block with the crack in the downstream neck. It can conclude that the dam has safe reservation under water loading and seismic effects because the cracks are not run – through.IV.CONCLUTIONSA computational model for the cracking analysis of high concrete dam is presented in this paper. The case in this study is Longtan concrete dam. The tensile softening character is considered using linear softening curve, and a smear crack model which includes the strain softening behavior is selected for the concrete. The dam-reservoir interaction is considered. The effects of cracking on flood water and seismic response of the dam are discussed.•During water filling, there are only small quantities of elements crack in the heel of the dam, the bottom ofthe galleries of the upstream, and around the groutinggallery of the downstream. The cracking regionextends from the heel to the downstream and the upperof the dam if the reservoir overloading.•Under water and earthquake loading, the heel of the dam, the location where the slope in upstream face ofthe dam changes, the upstream dam surface elevation134m, the downstream neck and the 160m elevationdam surface upstream. The cracks in the heel of thedam propagate from the heel to the toe. The cracks atthe upstream face elevation 160m are initially in ahorizontal region propagate deeper inside of the dam,and it can be form detached concrete block with thecrack in the downstream neck.•There are no run-through cracks in the dam, so the dam has safety reservation under water loading andseismic effects.•Cracks tend to initiate near stress concentrations in the dam, mainly at the heel, near the changes in the slop ofthe faces and the region around the gallery.Under hydrostatic pressure, overloading, and seismic effects, the positions that most easy to generate cracks and the law of crack propagation are gained, and it can provide reference for structure design and reinforcement.R EFERENCES[1]Kaplan M F. Crack propagation and the fracture ofconcrete[J].J.ACI.,1961,56(5):591-610[2]Jiang Jianjing, Lu Xinzheng, YeLieping. Finite element analysis ofconcrete structures [M].Beijing: Tsinghua University Press,2005.3(inChinese)[3]O.A. Pekau, Cui Yuzhu. Failure analysis of fractured dams duringearthquakes by DEM[J]. Engineering Structures, X(26), 1483-1502.[4]Pan Jiazheng. Challenging cracks[J].China there gorgesconstruction.2002,4(9)：6-8(in Chinese)[5]Cervera M, Oliver J, Herrero E, Onate E. A computational model forprogressive cracking in large dams due to the swelling of concrete[J].Engineering Fracture Mechanics,1990;35(1–3):573–585[6]CHEN Jianyun, LIN Gao, LI Jing. Nonlinear static—dynamic crackingresponse analysis of high arch dams[J].World Information on Earthquake Engineering,2001,17(3):85-90(in Chinese)[7]PAN Jianwen，WENG Jinting，ZHANG Chuhan. Analysis of damageand cracking in arch dams subjected to extremely strong earthquake[J].Journal of Hydraulic Engineering,2007,38(2):143-149(in Chinese)[8]Buyukozturk O. Nonlinear analysis of reinforced concrete structures[J].Computers and Structures.1977, 12:497-509[9]MSC Software Corporation. MSC Marc 2007 Volume A: Theory andUser Information[M]. California: MSC Software Corporation, 2007 [10]Hillerborg A, Modeer M, Petersson P E. Analysis of crack formationand crack growth in concrete by means of fracture mechanics and finiteelements[ J] . Cement and Concrete Research, 1976, (6):773- 782[11]Shen Huaizhi , Zhou Yuande , Wang Jinting. Simplified earthquakeanalysis of concrete gravity dams using smeared crack approach [J].Journal of Hydraulic Engineering: 2007, 38(10):1221-1227(in Chinese)[12]Rashid YR. Utimate strength analysis of prestressed concrete pressurevessels [J]. Nuclear Engineering and Design, 1968, 7: 334 - 344.[13]Long Yuchuan , Zhang Chuhan , Zhou Yuande. A comparative studyfor concrete fracture analysis using smeared and discrete crack model[J].Engineering Mechanics: 2008, 25(3):80-84(in Chinese)[14]Clough Ray W.; Chang K T; Chen Hou-Qun; Ghanaat Yusof. Dynamicinteraction effects in arch dams[R].Earthquake Engineering ResearchCenter, University of California, Berkeley, 1985[15]Chen Huohong. Guide of examples of finite element analysis ofMarc[M].Beijing:China Machine Press,2002(in Chinese)T=0.4s T=0.6s T=1.2s T=2.9s T=3.7s T=3.8s。
混凝土大坝的抗震安全评价(三篇)
混凝土大坝的抗震安全评价本文论证了混凝土大坝重点是高拱坝的抗震安全评价的实践与发展现状。
现有的评价准则主要依据混凝土的强度，特别是抗拉强度来判断大坝的安全性。
大坝的应力计算则以弹性动力分析为基础。
各国规范关于地震设防水平和大坝的容许拉应力数值有很大差别，表明认识上的不一致。
事实上，由于各坝坝高、坝型、地形、地质条件不同，地震时坝身中某一部分产生的最大拉应力不足以全面反映大坝的抗震安全性。
混凝土的动态强度是大坝抗震安全评价中的一个薄弱环节。
大坝抗震设计中目前只依据Raphael进行的局部加载速率的试验结果选取混凝土的动强度。
实际上，地震作用下，不同的坝不同部位的应变速率是不相同的，而且混凝土的动强度还和应变历史、初始静抗压强度、含水量以及尺寸效应等许多因素有关，有待作深入研究。
在以上分析基础上，文中建议了混凝土大坝抗震安全评价的合理方法以及进一步的研究方向。
随着国民经济的发展，小湾、溪洛渡等一批300m级世界超高拱坝和龙滩等200m级高碾压混凝土重力坝即将在我国西部高烈度地震区进行建设。
高坝的抗震性评价关系到下游广大地区工农业生产和人民生命财产的安全，具有特殊重要的意义。
目前有关混凝土大坝在地震作用下的动力分析技术已经取得了很大的进步，我们可以对复杂形状的拱坝进行比较严密的三维坝水地基系统的地震响应分析。
在计算中可以考虑河谷地震动的不均匀输入；可以考虑拱坝结构缝在强震作用下的相对滑移和转动；可以考虑拱坝和无限地基的动力相互作用影响等。
混凝土大坝的弹性振动响应分析可以达到比较高的计算精度。
但是，对混凝土大坝抗震安全评价有关的一些重要问题，其中包括地震设防标准，混凝土材料的动力特性等，都还没有得到很好解决。
以下，我们对一些问题的发展现状作一些分析。
1、混凝土大坝抗震安全评价的历史回顾混凝土大坝的抗震安全评价经历了较长时期的历史发展。
安全评价包括强度和稳定两个方面。
由于失稳的发展一般是一渐进过程，所以，目前正在研究应用不连续变形方法来分析大坝沿薄弱面失稳的发展过程。
高速铁路钢管混凝土拱桥抗震性能分析及地震经济风险评估
高速铁路钢管混凝土拱桥抗震性能分析及地震经济风险评估高速铁路钢管混凝土拱桥抗震性能分析及地震经济风险评估摘要：随着高速铁路建设的快速发展，钢管混凝土拱桥作为重要的桥梁结构形式，在高速铁路线路中的应用越来越广泛。
本文通过分析高速铁路钢管混凝土拱桥的抗震性能，并对其地震经济风险进行评估，旨在提供一定的理论指导和工程实践参考，以进一步提升高速铁路桥梁抗震能力，确保运输安全和经济可持续发展。
1. 引言高速铁路钢管混凝土拱桥是一种新兴的桥梁结构形式，具有自重轻、刚度大、施工方便等特点。
然而，在地震作用下，桥梁结构的抗震性能成为一项重要的指标，直接关系到安全性能和运输效果。
本文将对高速铁路钢管混凝土拱桥的抗震性能进行深入研究，并分析其地震经济风险。
2. 高速铁路钢管混凝土拱桥抗震性能分析2.1 结构特点高速铁路钢管混凝土拱桥由钢管混凝土构件组成，拱形结构具有很好的承载能力和延性，并且能够有效地分散地震力，从而提高桥梁整体的抗震能力。
2.2 受力分析高速铁路钢管混凝土拱桥在地震作用下会受到竖向地震力、风荷载和车辆荷载等多种力的作用。
通过计算这些力的大小和方向，可以对桥梁结构的受力情况进行分析，从而进一步了解其抗震性能。
2.3 钢管混凝土拱桥的破坏机理在地震发生时，高速铁路钢管混凝土拱桥可能出现的破坏机理包括桥墩的倾覆、拱脚的滑移和钢管混凝土构件的损伤等。
通过分析这些破坏机理，可以对桥梁结构的承载能力和抗震性能进行评估。
3. 地震经济风险评估3.1 经济损失评估方法地震经济风险评估是指通过对地震灾害对经济系统造成的损失进行评估和分析，以确定风险程度和应对措施。
本文将采用震害模型和经济损失模型相结合的方法，对高速铁路钢管混凝土拱桥进行地震经济风险评估。
3.2 风险指标确定地震经济风险评估中的风险指标是衡量风险程度的重要指标，本文将选取直接经济损失、间接经济损失和人员伤亡等指标进行评估。
3.3 地震经济风险评估模型建立通过建立高速铁路钢管混凝土拱桥的地震经济风险评估模型，可以对不同地震烈度下的经济损失进行预测和评估。
高拱坝-地基体系整体稳定概率地震风险分析
收稿日期：2020-06-20；网络首发时间：2021-02-10网络首发地址：http ：///kcms/detail/.20210210.1022.002.html基金项目：国家重点研发计划项目（2016YFC0401807）；中国长江三峡集团公司科研项目（XLD/2115）作者简介：梁辉（1991-），博士，工程师，主要从事大坝抗震数值分析研究。
E-mail ：通讯作者：郭胜山(1985-)，博士，高级工程师，主要从事水工结构与大坝抗震数值分析研究。
E-mail ：水利学报SHUILIXUEBAO2021年3月第52卷第3期文章编号：0559-9350（2021）03-0310-13高拱坝-地基体系整体稳定概率地震风险分析梁辉1，赵文光2，郭胜山1，涂劲1，李德玉1，廖建新3（1.中国水利水电科学研究院，北京100048；2.中国电建集团成都勘设计研究院有限公司，四川成都610072；3.中国三峡建设管理有限公司，北京100038）摘要：为了进行高拱坝的地震风险分析，引入幂指数函数的形式来描述地震危险性曲线，结合概率地震需求模型和地震易损性曲线函数，推求了概率地震风险分析解析函数。
基于此，以实际工程为例，开展了高拱坝-地基体系整体稳定概率地震风险分析。
在概率统计框架下，以高拱坝-地基系统整体抗震稳定安全评价为研究目标，在考虑坝基岩体内控制性滑动块体滑裂面力学参数不确定性基础上，构建了概率地震风险分析模型，得到了基于残余滑动位移的高拱坝-地基体系年超越概率曲线。
从而给出了设计基准期限内，高拱坝-地基体系整体地震稳定达到不同性能水平的概率，为其在极限地震下的抗震安全评价提供依据，同时为现有基于准则的混凝土坝抗震安全决策转向基于风险概率的安全决策提供科学依据。
关键词：高拱坝-地基体系；地震稳定性能；概率地震需求模型；地震危险性分析；地震易损性分析；地震风险分析中图分类号：TV642.4文献标识码：Adoi ：10.13243/ki.slxb.202004821研究背景基于概率的地震风险分析在地震工程中越来越受到重视，已经广泛应用于土木工程系统以及工程结构的抗震性能评估中。
210995341_基于坝肩失稳破坏模式的高拱坝地基体系地震易损性分析
第２１卷 第２期２０２３年３月中国水利水电科学研究院学报（中英文）ＪｏｕｒｎａｌｏｆＣｈｉｎａＩｎｓｔｉｔｕｔｅｏｆＷａｔｅｒＲｅｓｏｕｒｃｅｓａｎｄＨｙｄｒｏｐｏｗｅｒＲｅｓｅａｒｃｈＶｏｌ．２１ Ｎｏ．２Ｍａｒｃｈ，２０２３收稿日期：２０２２－０８－０９；网络首发时间：２０２３－０３－０３网络首发地址：ｈｔｔｐｓ：??ｋｎｓ．ｃｎｋｉ．ｎｅｔ?ｋｃｍｓ?ｄｅｔａｉｌ?１０．１７８８．ＴＶ．２０２３０３０２．１６２５．００２．ｈｔｍｌ基金项目：国家自然科学基金面上项目（５１９７９２９）；中国华能集团有限公司科技项目（ＨＮＫＪ２２－Ｈ１０８）作者简介：闫春丽（１９９４－），博士生，主要从事水工结构抗震研究。
Ｅ－ｍａｉｌ：１０３９１８５７８５＠ｑｑ．ｃｏｍ通讯作者：涂劲（１９７３－），教授级高级工程师，主要从事水工结构抗震研究。
Ｅ－ｍａｉｌ：ｔｕｊｉｎ＠ｉｗｈｒ．ｃｏｍ文章编号：２０９７－０９６Ｘ（２０２３）－０２－０１２８－１０基于坝肩失稳破坏模式的高拱坝地基体系地震易损性分析闫春丽，涂 劲，梁 辉，郭胜山，李德玉（中国水利水电科学研究院，北京 １０００３８）摘要：为了开展高拱坝－地基体系整体稳定地震易损性分析，从坝肩潜在滑块滑动失稳破坏模式出发，综合考虑了地震动和材料参数的不确定性，采用增量动力分析方法（ＩｎｃｒｅｍｅｎｔａｌＤｙｎａｍｉｃＡｎａｌｙｓｉｓ，ＩＤＡ），开展了基于概率统计框架的１０００次非线性动力响应分析。
分别采用特征点残余滑动位移和滑动面积比作为评价结构响应的性能指标，以地震动峰值加速度（ｐｅａｋｇｒｏｕｎｄａｃｃｅｌｅｒａｔｉｏｎ，ＰＧＡ）为地震动强度指标，定量的划分了高拱坝－地基体系的不同性能水平，绘制了地震易损性曲线，并对不同极限状态下的地震易损性进行了评估和分析。
结果表明，基于特征点残余滑动位移的ＩＤＡ曲线可以将高拱坝－地基体系分别划分为局部滑动破坏和整体滑动失稳破坏两个破坏等级；基于滑动面积比的ＩＤＡ曲线可以划分为轻微滑动破坏、中等滑动破坏和整体滑动失稳破坏三个破坏等级；从而根据高拱坝－地基体系的实际地震需求从概率意义上评判结构所处的破坏状态，为高拱坝的抗震优化设计、加固和维修决策提供科学依据。
300m级特高拱坝地震损伤特征分析
3 白鹤滩拱坝抗震复核计算分析
白鹤滩水电站位于金沙江下游四川省宁南县和云
南 省 巧 家 县 境 内, 上 游 距 乌 东 德 水 电 站 坝 址 约 182
km,下 游 距 溪 洛 渡 水 电 站 约 195 km, 控 制 流 域 面 积
43. 03 万 km 2 ,占 金 沙 江 以 上 流 域 面 积 的 91% 。 电 站
的 Rapel 拱坝 等。 受 到 轻 微 损 伤、 开 裂, 渗 水 量 增 加,
但不影响运行的有 14 座;但没有任何一座大坝发生严
重破坏而导致库水失控下泻。
24
建成
年份
坝高 /
m
地震时间
震级 /
220. 0
1965 年 1 月
1936 年
5. 0
1963 年
5. 0
181. 0
1999 年 9 月 21 日
动力模型试验,分析了拱坝承受超越地震的能力和可能出现的损伤及其破坏特征。 研究成果可为类似工程的
分析研究提供参考。
关 键 词:特高拱坝; 地震损伤; 拱坝极限承载能力; 拱坝动力模型试验
中图法分类号: TV642. 4 文献标志码: A
1 研究背景
DOI:10. 16232 / j. cnki. 1001 - 4179. 2021. 02. 030
通讯作者:樊义林,男,教授级高级工程师,主要从事水利水电工程建设管理工作。 E - mail:fan_yilin@ ctg. com. cn
178
人 民 长 江
表 1 国内外 100 m 以上高拱坝地震时性状统计
本文首先收集了国内外高拱坝在发生强震时其坝
Tab. 1 Seismic performance in earthquake of high arch dams
特高拱坝坝面钢筋抗震效果研究
特高拱坝坝面钢筋抗震效果研究摘要:特高拱坝在强烈地震作用下坝体横缝易于张开，拱梁应力重新分配，影响拱坝整体性和抗震安全性。
以大岗山特高拱坝为工程背景，采用三维非线性有限元数值分析方法，对坝体中上部布设拱向跨缝钢筋、梁向限裂钢筋抗震措施的效果进行分析。
研究结果表明:拱向跨缝钢筋对控制横缝张开度效果较为显著，梁向钢筋对抑制大坝地震损伤效果十分显著，研究成果为指导工程设计提供了理论依据。
关键词:特高拱坝;拱坝抗震钢筋;抗震设计;非线性有限元1研究背景为提高强震区200m以上特高拱坝的抗震性能，降低水库的安全风险，在大坝抗震措施中需采取必要的非工程措施和工程措施。
其中非工程抗震措施包括大坝地震安全预警系统、坝体及坝肩结构性能监测系统、大坝安全事故应急措施以及大坝管理人员培训等;工程抗震措施包括拱坝体形优化、坝基交接面附近设置底缝和周边缝、配置抗震钢筋、横缝间布设阻尼器、设置适应横缝张开大变形的止水、坝体上部设置预应力钢索、优化坝体混凝土强度等级分区以及两岸坝肩岩体的抗滑稳定措施等［1－4］。
近年来诸多研究表明，特高拱坝的横缝在强烈地震作用下很容易张开，而且坝址河谷宽深比越大，横缝张开的可能性和开度也越大。
横缝张开可能导致缝间止水的破坏和拱梁应力的重新分配，降低拱的作用，增大梁向应力，影响拱坝的整体性和抗震安全性。
因此，采取抗震措施控制横缝的张开度、增强坝体梁向抗裂能力是特高拱坝抗震设计的重点，而在大坝中上部配置拱向跨缝钢筋、梁向限裂钢筋是最为直接的措施［5－10］。
朱伯芳［11］提出了跨横缝钢筋的设计准则和设计方法;张楚汉等［12］论证了横缝配筋控制措施的可行性和可靠性;龙渝川等［13］研究指出拱坝梁向配筋可以降低地震作用下拱坝的横缝开度与拱向位移，限制沿坝厚方向的裂缝扩展范围，因而有助于提高拱坝的抗震安全性能。
溪洛渡、锦屏一级和小湾拱坝均采取了坝面布设钢筋的抗震措施［14］。
大渡河大岗山混凝土双曲拱坝最大坝高210m，大坝体形特征参数和技术指标见表1［15］。
混凝土高坝强震震例分析和启迪
2009年1月水 利 学 报SH UI LI X UE BAO 第40卷 第1期收稿日期:2008209203作者简介:陈厚群(1932-),男,江苏无锡人,中国工程院院士,主要从事水工结构抗震研究。
E 2mail :chenhq @文章编号:055929350(2009)0120010209混凝土高坝强震震例分析和启迪陈厚群(中国水利水电科学研究院工程抗震研究中心,北京 100044)摘要:强震作用下的高坝抗震安全性广受关注。
但迄今坝址的地震动输入却仍有较多不确定因素,且高坝的地震响应也相当复杂。
对经受强震作用的高坝震害的现场详尽调查和深入分析研究,对改进现行抗震设计理念和推动高坝抗震安全的研究极为重要。
本文对全球经受过Ⅷ度以上强震的百米以上混凝土高坝的震害实例进行了较详尽的分析研究,其中包括在中国发生的汶川大地震中对沙牌碾压混凝土拱坝和宝珠寺混凝土重力坝震害的初步调研分析,探讨了从这些震害实例中得到的启迪。
关键词:震害;高混凝土坝;强地震;实例分析;启迪中图分类号:T U35211文献标识码:A1 研究背景“实践是检验真理的唯一标准”,水工混凝土结构抗震安全的理论和理念、分析和试验结果、设计和工程措施也都要在震例,特别是强震震害实例中受到检验、得到启发、探求依据。
混凝土坝的地震响应十分复杂,其抗震性态的主要特点也需要首先从调研和总结其震害实例中得到启迪。
由于迄今为止,混凝土坝,特别是高坝,遭受强震的震害实例很少,对混凝土坝的抗震性态仍有待不断深入探索。
但就已有的少量经受强震的百米级混凝土坝的震害看,虽然有一定程度的局部开裂等损坏,至少还尚未有溃坝的事例,说明总体而言,经过按规范要求认真进行抗震设计和切实保证施工质量的混凝土坝,具有相当的抗震能力。
实际上,在日本、伊朗、土耳其、意大利、美国、智利、墨西哥等地震较多的国家,都修建了不少高混凝土坝。
因此,依据国内外已有的工程实践和震害实例,只要重视抗震安全,精心设计和精心施工,在强震区是可以修建高坝的。
拱坝抗震性能设计及模型试验影响因素研究的开题报告
拱坝抗震性能设计及模型试验影响因素研究的开题报告一、选题背景拱坝是一种重要的水利工程结构，其具有良好的施工可行性、结构稳定性及大容量储水性等优点，因此在水利工程中广泛应用。
然而，随着人们对水利工程抗震性能要求的提高，拱坝结构的地震反应问题备受关注。
目前国内外对拱坝抗震性能的研究较为充分，但大多数研究还停留在理论计算和模拟分析阶段，缺乏针对实际工程的模型试验研究，特别是对拱坝抗震性能设计中影响因素的研究相对不足。
因此，对拱坝抗震性能设计及模型试验影响因素进行研究，具有重要的理论意义和实际应用价值。
二、研究目的本研究旨在探讨拱坝抗震性能设计及模型试验影响因素的相关问题，为拱坝抗震性能的提升提供理论依据和实际支持。
具体目标如下：1.剖析拱坝抗震性能设计的现状和存在的问题，总结国内外研究进展。
2.针对拱坝抗震设计过程中的关键因素，进行系统性分析和对比研究，比较不同因素对抗震性能的影响。
3.利用物理模型试验对拱坝结构抗震性能进行验证，并从力学角度探讨可能存在的破坏机制及其相关因素。
4.提出基于试验结果的拱坝抗震性能设计建议，并为水利工程结构设计提供参考。
三、研究内容与方法本研究将主要围绕拱坝抗震性能设计及模型试验影响因素展开如下研究内容和方法：1.文献综述分析：收集国内外有关拱坝抗震性能设计的相关文献，分析其研究现状和趋势，总结研究成果和存在的问题。
2.关键因素分析：对比分析拱坝抗震设计过程中的关键因素，包括拱坝结构几何形态、材料力学特性、地震动参数等，探讨不同因素对抗震性能的影响。
3.物理模型试验：利用物理模型试验对拱坝结构的抗震性能进行验证，记录试验数据并进行分析，比较不同影响因素对物理模型试验结果的影响。
4.分析破坏机制：从力学角度探讨可能存在的破坏机制和破坏形态，分析相关因素和影响因素，并提出相应对策和建议。
四、研究意义与预期效果本研究的意义和预期效果如下：1.对拱坝抗震性能设计及模型试验影响因素进行了深入研究，为拱坝结构的抗震性能提升提供了理论和实践支持。
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第 ４期 ２０ ０ ６年 １ ２月
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Ｎ０． ４
Ｄｅ ｃ．２０ ６ ０
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高 拱 坝抗 震 理论 分 析 进 展
陈爱玖 ，章 青 ，刘仲秋
（ ．河海大学 土木工程学院 ，江苏 南 京 １ ２ ０９ ； ．华北水利水 电学院 土木 工程 系，河南 郑州 １０ ８ ２ ４０１） ５ ０ １
关 键 词 ： 震 ； 抗 动力稳定 ； 计算方法 ； 拱坝 ； 述 综
中 图分类号 ： Ｖ １ Ｔ ３２
文献标 识码 ： Ａ
文章 编号 ： ０ ９ ６ｏ ２ｏ ）４— ０７ １０ － ４ｘ（ｏ６ ｏ ０６ 一
Ｐｒ ｇ ｅ ｓ ｏ ｅｓ ｃ ｔ ｅ ｒ ｔ ａ ｎ ｌｓｓ ｆ ｒ ｈ ｇ ｒ ｈ ｄ ｍｓ ｏ ｒ ｓ ｆｓ ｉｍｉ ｈ ｏ ｅｉ ｌａ ａ ｙ ｉ ｏ ｉ ｈ ａ ｃ ａ ｃ
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摘 要 ： 高拱坝 的抗震设防标准及动力稳定安全判定准则 出发 ， 从 对现有的高拱 坝计 算方 法 ， 如刚体 极限平衡方
法、 刚体极限平衡与有限元结合方法 、 连续 变形 分析 （ Ｄ 法 、元 一 界 有 无 限边 界元耦合方 法 、 随机有限元 、 工透 射边界 和显式有限元法 、 人 并行算 法， 以及 模型试验 等进行 了归纳． 同 时， 还介绍 了各种方法 的优缺点．
开发 水力 发 电是发 展我 国经 济 的重要组 成部 分 ． 国水 能 资源 的 ８ 我 ０％ 集 中于西部 ， 别是西 南地 区， 特 但 ・ 目前该 地 区的水能 资 源开发 利用 程度 不足 １ ． 国西部 地 区又是众 多大 江大河 的源头 ， ０％ 我 有着许 多 地质 、 地 形 条件较 好 、 宜于 修建 高拱 坝 的坝址 ． 近年来 ， 国西部 已建 和拟 建 的拱坝 概况见 表 １ 我 ． 。 我 国 的坝 工建设 虽 然 已取得 了长 足 的发 展 ， 但在 高拱坝 的设 计 、 工和 运行方 面所 能借 鉴 的经验 和理论 施 研 究 的成果 尚不多 ， 之 国外在强 震 区修建 高拱 坝 的实践 经 验也 很 少 ， 无 经强 震 考验 的事 例 ． 国西 南 地 加 更 我
ｍｏ ｅｉ ｇ ｔ ｓ． Ａｄ ａ ｔｇ ｓ ａ ｄ ｄｓ ｄ ａ ｔ ｇ ｓｏ ａ ｈ ｍ ｅｈ ｄ ａ ｅ ａｓ ｒ ｓ ｎｅ ｄ ｌｎ ｅ ｔ ｖ ｎ ａ ｅ ｎ ｉａ ｖ ｎ ａ ｅ ｆｅ ｃ ｔ ｏ ｒ ｌｏ ｐ ｅ ｅ ｔ ｄ．
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Ａｂｓｒ ｃ ：Ｂａ ｅ ｏ ｔ ｅ ｎ ｉｓ ｉｍｉ ｓａ ｄ ｒ ｓ ｎ ｓａ ｌｔ ｅ ａｕ ｔｏ ｃ ｉｅ ｉ ｏ ｇ ａ ｃ ａ ｔａ ｔ ｓ ｄ ｎ ｈ ａ ｔ－ ｅｓ ｃ ｔｎ ａ ｄ ａ ｄ ｔｂｉ ｙ ｖ ｌ ａｉ ｎ ｒｔ ｒａ ｆｈｉｈ ｒ ｈ ｄ ｍｓ，ｔ ｅ ｕｒｅ ｔ ｉ ｈ ｃ ｒ ｎ ｃ ｌｕ ａ ｉｎ ａ ｃ ｌ ｔ ｍｅｈ ｄ ｆｒ ｉｈ ｒ ｈ ａ ａ ｅ ｙ ｔｍａ ｉａｌ ｓ ｏ ｔ ｏ ｓ ｏ ｈ ｇ ａ ｃ ｄ ｍｓ ｒ ｓ ｓｅ ｔｃ ｌ ｙ ｕｍｍａ ｉｅ ｒｚ ｄ， ｗｈｉｈ ｎ ｌ ｅ ｈ ｒｇｄ ｏ ｙ ｉ ｔ ｃ ｉ ｃｕｄ ｔ ｅ ｉｉ ｂ ｄ ｌ ｍｉ
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