高拱壩壩肩抗震穩(wěn)定研究.pdf

1、本文闡述了高拱壩壩肩抗震穩(wěn)定分析的重要意義；它不僅是工程建設(shè)的迫切需要，還是推動(dòng)水工抗震學(xué)科發(fā)展的必然要求。提出了壩肩抗震穩(wěn)定分析的三個(gè)層面。第一層面是基于剛體極限平衡的分析，該方法比較簡(jiǎn)單，可作為對(duì)拱壩壩肩抗震穩(wěn)定分析的初步計(jì)算。在確定了可能滑動(dòng)壩肩塊體的幾何形狀、結(jié)構(gòu)面力學(xué)參數(shù)后可快速分析。第二個(gè)層面的計(jì)算是有限元與剛體極限平衡結(jié)合求解，這時(shí)的拱推力與作用于壩肩塊體的地震荷載是隨時(shí)間變化的，從而用剛體極限平衡求得的塊體安全系數(shù)也是隨

2、時(shí)間變化的。第三個(gè)層面的計(jì)算是將拱壩地基與壩體作為整體，計(jì)入拱壩橫縫和地基縫隙，將壩體的強(qiáng)度校核和壩肩抗震穩(wěn)定校核統(tǒng)一考慮，通過(guò)壩體的動(dòng)力反應(yīng)綜合評(píng)判壩肩抗震穩(wěn)定安全性的分析方法。圍繞壩肩抗震穩(wěn)定分析的三個(gè)層面，主要完成下列研究工作： 介紹壩肩穩(wěn)定分析的剛體極限平衡方法，推導(dǎo)了楔形塊體和多滑面塊體的極限平衡公式，指出了剛體極限平衡壩肩抗震穩(wěn)定分析的一般步驟，給出了溪洛渡工程應(yīng)用的實(shí)例。 介紹了用有限元與剛體極限平衡結(jié)合求

3、解壩肩抗震穩(wěn)定的方法，推導(dǎo)了時(shí)域顯式有限元的基本公式和基于時(shí)域顯式有限元的拱推力與地震慣性力的計(jì)算公式。給出了小灣拱壩工程應(yīng)用的實(shí)例。 提出了用時(shí)域法生成譜擬合人工地震動(dòng)的新方法，該方法具有收斂精度和計(jì)算效率高的特點(diǎn)。 提出了對(duì)復(fù)雜水工結(jié)構(gòu)進(jìn)行有限元網(wǎng)格自動(dòng)剖分的方法，并給出了溪洛渡、小灣和大崗山拱壩地基系統(tǒng)有限元網(wǎng)格剖分實(shí)例。 介紹了具有拉格朗日乘子的不連續(xù)變形分析理論(LDDA理論)，編寫了相應(yīng)的計(jì)算機(jī)程序，

4、推導(dǎo)了用LDDA方法求結(jié)構(gòu)位移、速度、加速度反應(yīng)的遞推公式，給出了瑞利阻尼的取值和計(jì)算時(shí)間步長(zhǎng)的估算公式。 提出了新的動(dòng)接觸力迭代求解算法(改進(jìn)的Uzawa迭代算法)，該算法的松馳因子是依據(jù)塊體接觸的物理特性而非按照數(shù)學(xué)理論選用的。算例表明，該算法具有收斂速度快，收斂精度高的特點(diǎn)。 靜力計(jì)算時(shí)應(yīng)用了總體剛度矩陣采用非0存儲(chǔ)方式的超松馳迭代法，將靜力問(wèn)題和動(dòng)力分析使用不同的方法求解，較目前常用的靜動(dòng)組合計(jì)算方法[84、99

5、]，具有更快的計(jì)算速度。 提出了基于粘彈性邊界條件的拱壩地震輸入的自由場(chǎng)輸入方法，結(jié)合大崗山拱壩工程實(shí)例，比較了ADAPCH89程序、基于人工透射邊界的時(shí)域顯式有限元程序和LDDA分析的計(jì)算結(jié)果，得出無(wú)限地基幅射阻尼可顯著降低壩體拱梁應(yīng)力、拱壩橫縫使拱壩拱應(yīng)力有所下降，而梁應(yīng)力有所增加的結(jié)論。得出自由場(chǎng)計(jì)算時(shí)的材料阻尼對(duì)壩體應(yīng)力影響不大的結(jié)論。 通過(guò)大崗山拱壩地基系統(tǒng)在微機(jī)上(HPd530，奔ⅣCPU2.80GHz，1G