基于并行計(jì)算的混凝土壩—地基體系地震損傷破壞過(guò)程機(jī)理和定量評(píng)價(jià)準(zhǔn)則研究.pdf

1、鑒于高壩大庫(kù)抗震安全的重要性，本文依托中國(guó)工程院重點(diǎn)咨詢項(xiàng)目“西部強(qiáng)震區(qū)高壩大庫(kù)抗震安全研究”專題三高壩體系地震損傷破壞研究，緊密結(jié)合實(shí)際工程震例，針對(duì)在超設(shè)計(jì)地震動(dòng)輸入下高混凝土壩損傷破壞過(guò)程這一戰(zhàn)略重點(diǎn)研究中的基礎(chǔ)性關(guān)鍵問(wèn)題，作出了如下主要?jiǎng)?chuàng)新之處。
　　 (1)基于更貼近實(shí)際的高混凝土壩地震響應(yīng)非線性動(dòng)力分析模型（包括壩體-地基-庫(kù)水動(dòng)態(tài)相互作用影響，拱壩橫縫開(kāi)合影響，能量向遠(yuǎn)域地基逸散的輻射阻尼影響，近域地基各類地形、地

2、質(zhì)構(gòu)造影響，壩基非均勻地震動(dòng)輸入影響等），提出了考慮在超設(shè)計(jì)地震動(dòng)輸入下，壩體和地基巖體材料非線性損傷破壞過(guò)程的分析模型和求解方法。
　　 (2)采用基于損傷變量的損傷力學(xué)理論，提出直接依據(jù)大壩混凝土拉、壓損傷應(yīng)力-應(yīng)變?nèi)^(guò)程試驗(yàn)結(jié)果給出的損傷演化本構(gòu)關(guān)系求解，考慮了往復(fù)地震作用下，卸載時(shí)的殘余變形影響、拉壓損傷演化的本構(gòu)關(guān)系差異及其在壩體實(shí)際復(fù)雜應(yīng)力狀態(tài)下的相互影響，避免了彈-塑性-損傷求解方法中的不確定性因素的影響和其計(jì)算過(guò)

3、程中的復(fù)雜性。計(jì)算中還考慮了模型網(wǎng)格尺寸的特征長(zhǎng)度影響。
　　 (3)為對(duì)分析中的建模、計(jì)算方法和結(jié)果進(jìn)行檢驗(yàn)，結(jié)合了經(jīng)受1967年強(qiáng)震的印度柯伊那重力壩和經(jīng)受了2008年汶川地震的沙牌碾壓混凝土拱壩在超設(shè)計(jì)地震作用的震例，對(duì)其震情作出了分析和解釋;并和采用現(xiàn)行多種壩體和地基模型的計(jì)算結(jié)果進(jìn)行了比較，驗(yàn)證了采用本文提出的方法計(jì)算結(jié)果更符合實(shí)際震情。在柯伊那壩震情的驗(yàn)算中，采用了基于壩基實(shí)測(cè)強(qiáng)震記錄確定其地震動(dòng)輸入，在沙牌拱壩震情

4、的驗(yàn)算中，采用了基于汶川地震面源模型和對(duì)已有強(qiáng)震臺(tái)站的記錄進(jìn)行參數(shù)校正后的隨機(jī)有限斷層法給出的沙牌壩址計(jì)入幅值和頻率非平穩(wěn)影響的超設(shè)計(jì)地震動(dòng)輸入;壩體混凝土強(qiáng)度采用了在壩體現(xiàn)場(chǎng)鉆孔的試件實(shí)測(cè)動(dòng)態(tài)強(qiáng)度。分析中考慮了地震發(fā)生時(shí)的氣溫、水溫、水位及壩體橫縫和誘導(dǎo)縫狀況，以求盡量結(jié)合實(shí)際。驗(yàn)證了沙牌拱壩在汶川地震中的實(shí)際狀態(tài)。
　　 (4)由于整個(gè)壩體-地基-庫(kù)水體系的接觸和材料非線性模型十分復(fù)雜，計(jì)算工作量極為龐大。目前計(jì)算的沙牌拱壩

5、單元總數(shù)404090，節(jié)點(diǎn)總數(shù)425568和接觸點(diǎn)對(duì)2112對(duì)，總自由度超過(guò)120萬(wàn)，加以汶川地震破裂過(guò)程導(dǎo)致的地震動(dòng)輸入持續(xù)時(shí)間長(zhǎng)，常規(guī)的串行計(jì)算方法無(wú)法滿足要求。為此，采用了并行計(jì)算技術(shù)，對(duì)整個(gè)體系采用了區(qū)域分解算法，充分利用了現(xiàn)有多核微機(jī)，使計(jì)算時(shí)間大為縮短，具有可在實(shí)際工程設(shè)計(jì)中推廣應(yīng)用的操作性。本文計(jì)算分析中應(yīng)用的串、并行全部計(jì)算軟件都是本文自主研發(fā)成果，為揭示高壩體系地震損傷過(guò)程提供了強(qiáng)有力的手段。
　　 (5)目前