強震時超高面板壩面板破損機理及其抗震對策研究

《強震時超高面板壩面板破損機理及其抗震對策研究》是依託大連理工大學,由孔憲京擔任醒目負責人的面上項目。

基本介紹

• 中文名：強震時超高面板壩面板破損機理及其抗震對策研究
• 依託單位：大連理工大學
• 項目類別：面上項目
• 項目負責人：孔憲京

項目摘要

我國西南地區正規劃建設多個300m級超高面板堆石壩，而該地區地震活動頻繁且烈度較高，一旦遭遇強震，將可能產生堆石體震陷、滑坡，進而導致面板破損、防滲功能喪失等嚴重災害。本研究擬發展築壩堆石料廣義塑性本構模型，集成混凝土彈塑性損傷模型及庫水-大壩流固耦合等分析技術，建立強震作用下超高面板壩彈塑性損傷漸進破壞分析方法。研究超高面板壩面板地震回響特性及規律，揭示面板損傷開裂模式及破損機制，據此提出高韌複合面板新概念。採用室內載入試驗，揭示高韌混凝土-普通鋼筋混凝土工作機理及破壞機制，提出高韌複合面板計算模型，最佳化高韌複合面板的範圍及尺寸。研究永久水平縫對面板地震應力及其破損程度的影響，探明面板與墊層間加筋的抗錯台作用機制。在此基礎上，提出局部採用高韌複合面板、高應力區設定永久水平縫和面板後墊層內加筋等多種措施的集成抗震對策，研究其對減緩面板高應力和損傷程度的效果，闡明三者協調工作及相互作用機理。

結題摘要

我國西南地區正規劃建設多個300m級超高面板堆石壩，而該地區地震活動頻繁且烈度較高，一旦遭遇強震，將可能產生堆石體震陷、滑坡，進而導致面板破損、防滲功能喪失等嚴重災害。本項目採用三維有限元數值分析方法，對面板地震回響特性開展了系統研究，確定了面板高應力區範圍，指明了面板抗震薄弱部位。引入混凝土多軸強度準則，改進了面板抗震安全評價標準及評價方法。採用基於堆石體和接觸面的廣義塑性模型的彈塑性分析方法，從面板受力狀態角度對面板動力破損形態、破損機理開展了系統研究。在此基礎上，引入混凝土共軸旋轉裂縫模型，對面板動力開裂、漸進破壞過程進行了模擬，闡明了面板動力開裂破壞特性。在上述研究成果基礎上，分別從結構設計的改進和材料性能的提高兩個方面，提出了能夠大幅度提高面板抗震性能的工程對策，並利用數值分析方法定量評價了抗震措施的有效性。 本項目取得了多項創新性成果，發展了築壩堆石料廣義塑性本構模型，建立了強震作用下超高面板壩彈塑性損傷漸進破壞分析方法。揭示了高面板壩面板高應力區分布規律，確定了面板抗震關鍵區域，首次提出了可大幅降低面板地震應力的水平抗震縫及其設定範圍。發展了基於混凝土多軸強度準則的面板安全評價方法，從面板多軸受力特性角度闡明了面板動力破損機理，指明了單軸強度準則在判別面板安全性時的局限性。提出了一種具有動力抗裂性能的新型面板結構形式，發展了既可以模擬材料應變硬化特性、又可以模擬材料應變軟化特性的面板非線性分析方法，利用該方法定量評價了普通面板和新型面板的抗震性能。以上成果為我國300m級高面板堆石壩抗震設計提供了理論支撐。