基于并行計算的混凝土壩—地基體系地震損傷破壞過程機理和定量評價準則研究.pdf

1、鑒于高壩大庫抗震安全的重要性，本文依托中國工程院重點咨詢項目“西部強震區(qū)高壩大庫抗震安全研究”專題三高壩體系地震損傷破壞研究，緊密結合實際工程震例，針對在超設計地震動輸入下高混凝土壩損傷破壞過程這一戰(zhàn)略重點研究中的基礎性關鍵問題，作出了如下主要創(chuàng)新之處。
　　 (1)基于更貼近實際的高混凝土壩地震響應非線性動力分析模型（包括壩體-地基-庫水動態(tài)相互作用影響，拱壩橫縫開合影響，能量向遠域地基逸散的輻射阻尼影響，近域地基各類地形、地

2、質構造影響，壩基非均勻地震動輸入影響等），提出了考慮在超設計地震動輸入下，壩體和地基巖體材料非線性損傷破壞過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理論，提出直接依據大壩混凝土拉、壓損傷應力-應變全過程試驗結果給出的損傷演化本構關系求解，考慮了往復地震作用下，卸載時的殘余變形影響、拉壓損傷演化的本構關系差異及其在壩體實際復雜應力狀態(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算過

3、程中的復雜性。計算中還考慮了模型網格尺寸的特征長度影響。
　　 (3)為對分析中的建模、計算方法和結果進行檢驗，結合了經受1967年強震的印度柯伊那重力壩和經受了2008年汶川地震的沙牌碾壓混凝土拱壩在超設計地震作用的震例，對其震情作出了分析和解釋;并和采用現行多種壩體和地基模型的計算結果進行了比較，驗證了采用本文提出的方法計算結果更符合實際震情。在柯伊那壩震情的驗算中，采用了基于壩基實測強震記錄確定其地震動輸入，在沙牌拱壩震情

4、的驗算中，采用了基于汶川地震面源模型和對已有強震臺站的記錄進行參數校正后的隨機有限斷層法給出的沙牌壩址計入幅值和頻率非平穩(wěn)影響的超設計地震動輸入;壩體混凝土強度采用了在壩體現場鉆孔的試件實測動態(tài)強度。分析中考慮了地震發(fā)生時的氣溫、水溫、水位及壩體橫縫和誘導縫狀況，以求盡量結合實際。驗證了沙牌拱壩在汶川地震中的實際狀態(tài)。
　　 (4)由于整個壩體-地基-庫水體系的接觸和材料非線性模型十分復雜，計算工作量極為龐大。目前計算的沙牌拱壩

5、單元總數404090，節(jié)點總數425568和接觸點對2112對，總自由度超過120萬，加以汶川地震破裂過程導致的地震動輸入持續(xù)時間長，常規(guī)的串行計算方法無法滿足要求。為此，采用了并行計算技術，對整個體系采用了區(qū)域分解算法，充分利用了現有多核微機，使計算時間大為縮短，具有可在實際工程設計中推廣應用的操作性。本文計算分析中應用的串、并行全部計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程提供了強有力的手段。
　　 (5)目前