拱坝地震破坏的模型试验与数值模拟_钟红

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1、第29卷第4期水力发电学报Vol.29No.42010年8月JOURNALOFHYDROELECTRICENGINEERINGAug.，2010拱坝地震破坏的模型试验与数值模拟1121钟红，林皋，李红军，陈健云(1.大连理工大学海岸与近海工程国家重点实验室，辽宁大连116024;2.大连理工大学工程力学系，辽宁大连116024)摘要:从模型试验和数值模拟两方面研究拱坝在地震作用下的破坏情况。在振动台上进行了高拱坝的动力模型试验，研究空库情况下整体坝的破坏过程和破坏形态。试验中采用仿真混凝土，模拟部分地基和山体。由设计加速

2、度反应谱生成地震加速度时程，在顺河向逐级加载输入。为与模型试验互相验证，文中模拟相似的条件，对拱坝的原型进行非线性有限元分析。在宏观均质假定的基础上考虑混凝土细观分布的非均匀性，得出的破坏过程和破坏形态与模型试验结果一致。证明了模型试验设计和本文数值模型的有效性。研究表明，顶拱中部附近是拱坝抗震设防的关键部位，地震作用下易发生开裂，极端情况下坝块可能脱落，随后其两侧的混凝土相继脱落导致破坏区域扩大，应对该区域进行深入的抗震分析并采取合理的抗震措施。关键词:水工结构;地震破坏形态;动力模型破坏试验;拱坝;数值模拟中图分类号

3、:TV312文献标识码:AStudyonthefailuremodeofarchdamssubjectedtoearthquakesbymodeltestandnumericalsimulation1121ZHONGHong，LINGao，LIHongjun，CHENJianyun(1.StateKeyLabofCoastalandOffshoreEngineering，DalianUniversityofTechnology，Dalian116024;2.DepartmentofEngineeringMechamics

4、，DalianUniversityofTechnology，Dalian116024)Abstract:ThefailuremodeoftheDagangshanarchdamunderearthquakeswasexperimentallystudiedbyashakingtabletestandanonlinearFEMsimulation.Inthetest，simulationconcretewasemployedtomodelthedammaterial，foundationrockandtopographic

5、features，andasequenceofstreamwiseseismicloadingofthedesignaccelerationspectrumwasgeneratedandgraduallyaddedtothedam.Assumptionofmacroscopichomogeneityisadopted，butmesoscopicinhomogeneityoftheconcretematerialwasintroduced.TheFEMsimulationconditions，exceptforaproto

6、typedam，arethesameasthemodeltest.ThetestresultsaresimilartotheFEManalysis，whichshowsthevalidityofbothmethods.Itisdiscoveredthatunderstrongearthquakestheregionaroundthecantilevertopisvulnerable，andthatcracksmaybeinitiatethere，extendfurther，andevenresultinthefell-o

7、ffofconcreteblocks.Thus，specialseismicmeasuresforthisregionaresuggested.Keywords:hydraulicstructures;failuremodeinearthquakes;shakingtabletest;archdam;numericalsimulation近年来我国拱坝发展迅猛，一批300m级的高拱坝正在或即将在西南地区开工建设。拱坝坝型节约工程材料，适合我国西南地区的高山峡谷地形，因此应用广泛。西南地区水利资源丰富，同时地震活动性强，拱

8、坝的抗震安全评价问题非常突出。在2008年5月发生的震级达8.0级的汶川大地震中，多座大坝感受到了不同强度的振动。震中附近的高坝为紫坪铺工程和沙牌工程，这两座坝实际经受的地震作用远远超出设计水平。其中紫坪铺面板坝产生了一定的局部震损，但大坝的蓄水功能并未受到很大影响。沙牌碾压混凝土拱坝从空中观察，总体上收稿日期:20