高拱坝振动台地震破坏试验研究及数值仿真

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1、第28卷第3期岩石力学与工程学报Vol.28No.32009年3月ChineseJournalofRockMechanicsandEngineeringMarch，2009高拱坝振动台地震破坏试验研究及数值仿真1121范书立，陈健云，王建涌，钟红(1.大连理工大学海岸和近海工程国家重点实验室，辽宁大连116023；2.江苏省交通科学研究院有限公司，江苏南京211112)摘要：以大岗山拱坝模型的动力破坏试验为基础，从试验和数值计算角度，对整体拱坝动力特性、薄弱部位、破坏形态以及抗震性能进行研究。采用和混凝土性能相似的脆性模型材料，通过逐级加载的方式在振

2、动台上对整体拱坝进行从弹性到破坏整个过程的模型试验，分析坝体动态特性、加速度和应变的变化规律。并采用弹脆性损伤模型对混凝土拱坝在地震作用下损伤破坏的全过程进行数值仿真，探讨拱坝动力破坏过程、破坏形态，并与试验结果进行对比分析。结果表明：模型试验和对原型进行的数值模拟所得到的破坏过程和破坏形态都较为接近。在顺河向地震作用下，顶拱的坝中部位为地震应力最高的区域，是坝体薄弱的部位，整体拱坝首先在该位置出现裂纹，其次是顶拱距左右两岸1/4拱圈处。在强震作用下，拱向和梁向裂缝贯穿上下游，将导致拱顶中部的混凝土脱离坝体，丧失壅水功能。试验和计算结果相互印证，可呈

3、现高拱坝在强烈地震作用下的损伤破坏过程及破坏形态，确定抗震薄弱环节，为混凝土高坝的抗震功能设计提供基础。关键词：水利工程；高拱坝；振动台试验；动力破坏；数值仿真中图分类号：TV642.4文献标识码：A文章编号：1000–6915(2009)03–0467–08EXPERIMENTALSTUDYANDNUMERICALSIMULATIONFORSEISMICFAILUREOFHIGHARCHDAMONSHAKINGTABLE1121FANShuli，CHENJianyun，WANGJianyong，ZHONGHong(1.StateKeyLaborat

4、oryofCoastalandOffshoreEngineering，DalianUniversityofTechnology，Dalian，Liaoning116023，China；2.JiangsuTransportationResearchInstituteCo.，Ltd.，Nanjing，Jiangsu211112，China)Abstract：Theseismicsafetyofahigharchdamisstudiedthroughshakingtabletestandnumericalsimulation.Thedynamicchara

5、cteristicsofthehigharchdamsystem，weakportions，failuremode，aswellasaseismicbehaviorsduringearthquakesarediscussed.Atypeofbrittlematerialwhichhasthesamecharacteristicasthecommonconcreteisusedtostudythedynamicfailureprocessofhigharchdamadoptingthesteploadingmethodonshakingtable.Th

6、edynamiccharacteristics，thechangelawofdamaccelerationanddynamicstrainareinvestigated.Anelasto-brittledamageconstitutivemodelisappliedtosimulateandanalyzethedynamicfailureprocessofhigharchdamundermeizoseismicmotion.Thecomparisonbetweenthecalculatedresultsandthoseobtainedfromshak

7、ingtabletestsshowsthattheyarecloseanddefinitelyverifiedeachother.Thestudyalsoshowsthatthetopofarchcrownandone-quarterpointofbothsidesarethevulnerablepartsofarchdamandcracksnormallyappearnearthesepartsundermeizoseismicmotionalongstreamdirection.Thecracksalongthestreamdirectioncu

8、tacrossarchdamandconcreteblockfallsdownfromthetopofarc