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；它不僅是工程建設的迫切需要，還是推動水工抗震學科發(fā)展的必然要求。提出了壩肩抗震穩(wěn)定分析的三個層面。第一層面是基于剛體極限平衡的分析，該方法比較簡單，可作為對拱壩壩肩抗震穩(wěn)定分析的初步計算。在確定了可能滑動壩肩塊體的幾何形狀、結構面力學參數(shù)后可快速分析。第二個層面的計算是有限元與剛體極限平衡結合求解，這時的拱推力與作用于壩肩塊體的地震荷載是隨時間變化的，從而用剛體極限平衡求得的塊體安全系數(shù)也是隨

2、時間變化的。第三個層面的計算是將拱壩地基與壩體作為整體，計入拱壩橫縫和地基縫隙，將壩體的強度校核和壩肩抗震穩(wěn)定校核統(tǒng)一考慮，通過壩體的動力反應綜合評判壩肩抗震穩(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用的實例。 介紹了用有限元與剛體極限平衡結合求

3、解壩肩抗震穩(wěn)定的方法，推導了時域顯式有限元的基本公式和基于時域顯式有限元的拱推力與地震慣性力的計算公式。給出了小灣拱壩工程應用的實例。 提出了用時域法生成譜擬合人工地震動的新方法，該方法具有收斂精度和計算效率高的特點。 提出了對復雜水工結構進行有限元網(wǎng)格自動剖分的方法，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)，編寫了相應的計算機程序，

4、推導了用LDDA方法求結構位移、速度、加速度反應的遞推公式，給出了瑞利阻尼的取值和計算時間步長的估算公式。 提出了新的動接觸力迭代求解算法(改進的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。 靜力計算時應用了總體剛度矩陣采用非0存儲方式的超松馳迭代法，將靜力問題和動力分析使用不同的方法求解，較目前常用的靜動組合計算方法[84、99

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