冲击荷载作用下混凝土重力坝破坏特性分析

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1、第33卷第5期长江科学院院报V01．33No．52016年5月JournalofYangtzeRiverScientificResearchInstituteMav20I6冲击荷载作用下混凝土重力坝破坏特性分析顾培英，肖仕燕，邓昌，章道生，王建(1．南京水利科学研究院，南京210029；2．河海大学水利水电学院，南京210098)摘要：冲击荷载作用下混凝土重力坝破坏特性较静荷载作用下要复杂得多。采用钢板均匀冲击模拟水下循环冲击波对混凝土重力坝的作用，试验遵循几何和重力相似准则，对模型重力坝进行均匀冲击破坏特性研究，得到模型坝体的动力破坏特性，并对裂缝位置和扩展

2、情况进行定位和追踪。试验结果表明：当坝体遭受循环均匀冲击荷载时，上游坝面坝体最大动应变不再在坝踵处，而是位于坝体中部；坝头部位是抗冲击的薄弱部位，最先出现开裂破坏；坝体破坏模式包括贯穿性断裂、碎裂、层裂和抛掷等。试验结果可为大坝的运行管理、防爆抗振设防及安全评价提供理论依据和技术支持。关键词：混凝土重力坝；冲击荷载作用；循环冲击；响应特性；破坏模式中图分类号：TV32．3文献标志码：A文章编号：1001—5485(2016)05—0048—05式计算结果以及海军工程的实验结果相比较，结果表明利用LS．DYNA模拟水下爆炸在一定范围内是1研究背景可行的。张社荣等

3、运用显式动力分析程序Ls—水电能源是目前大规模开发的清洁能源，也事DYNA，对水下爆炸冲击荷载作用下大坝动态响应关防洪抗旱、航运、环境保护等重大国计民生问题。进行分析，探讨大坝可能破坏模式及相应的破坏机我国水能资源十分丰富，实际开发量和可开发量均制。张社荣等采用SPH．FEM耦合方法，对水下处于世界首位。近年来我国重力坝的数量越来越接触爆炸下的大坝动态响应及毁伤特性进行了分多，坝高越来越高，这些高坝运行过程中除受静载、析。王山山等通过重力坝模型试验的方法，根据地震荷载作用外¨J，还可能遭受自然灾害或人为引结构振动响应数据，有效测试结构的动力特性。综起的冲击荷载

4、的作用(如大体积山体滑坡冲人水库上所述可以看到，冲击对水中结构响应的试验研究引起的冲击、爆炸冲击、船舶冲击等)，存在动力破主要集中于结构的动态响应，对于大坝的安全，人们坏的危险。大坝的意外损毁，可能导致灾难性的洪更关心的是坝体遭受循环冲击荷载大坝的破坏形态水事件，席卷下游的居民区和农业土地，给国家和人和破坏程度的估计。本文用机械冲击模拟大坝在强民的生命财产带来巨大的损失和灾难。大坝安全问冲击波作用下的破坏过程，开展大坝在核爆、山体滑题面临着前所未有的挑战。坡冲击作用下的破坏试验。近年来国内外学者就冲击荷载作用下水中结构的动力响应开展了大量的研究，如Houlst

5、on等J2理论分析对不同强度的方形薄板进行了水下爆炸试验研究获得结构动力响应的位移分布值，Fujikake等利用钢板冲击模型重力坝时冲击荷载随时间急剧变落锤试验装置对钢筋混凝土梁在冲击荷载下的动力化，且使系统产生惯性力。本研究采用能量法近似计响应特性进行了试验研究，并采用双自由度质量一算结构的冲击力和冲击应力，并给出如下假定：①不弹簧一阻尼器模型对冲击试验进行计算与分析，通计冲击物钢板的变形；②冲击物钢板撞击重力坝迎水过对比试验结果与模型计算结果可知，两者吻合良坝面回弹后，不再作用第2次；③被冲击物模型重力好。姚熊亮等利用LS．DYNA有限元软件对圆柱坝的惯性

6、与冲击物钢板相比很小，可略去不计，冲击结构在不同流体边界下水下爆炸冲击载荷作用的动力瞬时传遍整个被冲击物模型重力坝；④整个冲击过态响应进行数值研究，并将数值模拟结果和经验公程中，构件在线弹性范围内；⑤冲击过程中，声、热等收稿日期：2015—03-09；修回日期：2015-04一lO基金项目：国家自然科学基金项目(51179107)作者简介：顾培英((1968一)，女，江苏南通人，教授级高级工程师，主要从事水工结构抗震、减震、损伤振动诊断研究，(电话)13605168904(电子信箱)237651708@qq．corn。第5期顾培英等冲击荷载作用下混凝土重力坝破

7、坏特性分析49能量损耗很小，可略去不计；⑥地基视为刚性，不考由式(5)至式(7)可知当=O．63时取得最虑大坝和地基的相互作用，不考虑温度变化。大应力，即坝踵和坝址处应力应变响应最大。图1为坝体结构受冲击荷载前后的受力简图。其中，静荷载作用下坝体向下游面倾斜的水平距离3试验概况为⋯冲击荷载作用下坝体向下游面倾斜的水平距离为。根据能量守恒定律可得公式如下：3．1试件设计11÷^m=^i』l一u；，(、1)本试验模拟的是枫树大坝的某坝段，坝高二二95．3m，坝底厚度80m，坝顶宽度29m。本文模型：(、2)的比例尺为1：127，试验采用水泥砂浆来制作结构模型，水泥

8、砂浆这种模型材料的密度、泊松比都很容式