爆炸荷载和地震作用下混凝土坝动力破坏及防护措施研究

发布时间：2020-10-18 21:20

　　 水电作为一项重要的清洁能源对发展节能环保型的绿色经济起着非常重要的作用。我国80%以上的水能资源都集中在西部高海拔的多地震区域,面临着严重的反恐和抗震形势,给水能资源的开发带来了诸多困难。恐怖袭击或战争产生的爆炸和地震动等突发的荷载作用下,一旦发生严重破坏而导致溃坝,将对下游地区造成严重的次生灾害,严重威胁下游人民的生命财产安全。对于混凝土坝体而言,引起坝体损伤的荷载主要包括爆炸荷载和地震动作用等。本文致力于研究爆炸荷载和地震作用下混凝土坝的动力响应和破坏模式,提出应对措施以增强坝体抵抗爆炸荷载和地震作用的能力,主要工作如下:(1)分析了水中爆炸和空气中爆炸时爆炸冲击波的冲压传导效应并指出在水中爆炸冲击压力对结构更具危害性的特点;对比了 KC模型、脆性断裂模型、HJC模型和RHT模型这四种能够模拟混凝土动力特性的本构模型;通过将数值模拟结果与钢筋混凝土板抗爆试验结果对比,验证了 RHT本构模型对模拟混凝土抗爆性能的适用性;研究了不同炸药当量、有无泄水孔、不同起爆位置、不同起爆深度、不同起爆距离和不同坝前水位对混凝土重力坝抗爆性能的影响;根据混凝土重力坝损伤等级,提出了爆炸荷载下综合考虑起爆距离、起爆深度和坝前库水位等影响因素的混凝土重力坝损伤预测曲线,研究了泡沫混凝土对高混凝土重力坝抗爆保护性能。(2)根据爆炸相似定律和ALE流固耦合算法,建立了混凝土高拱坝的坝体-地基-库水-空气-炸药的全耦合模型;研究了不同炸药当量、不同起爆介质、不同起爆深度、不同起爆距离、不同水平起爆位置和不同坝前水位影响的拱坝的动力响应和破坏情况;在研究泡沫铝材料性能的基础上,分析和计算了泡沫铝对混凝土高拱坝抗爆性能的保护效果。(3)研究了粘弹性人工边界波动输入方法的实现;建立了带有横缝的混凝土拱坝模型;基于混凝土塑性损伤模型并考虑坝体横缝的影响,研究了高拱坝在地震作用下的破坏,计算了拱坝在设计地震动作用下的坝体响应,计算了考虑扩大基础和垫座作为坝体抗震措施时,坝顶节点和拱冠梁节点的顺河向位移、横缝开度以及坝体损伤体积比,研究了 1.2倍、1.4倍、1.6倍、1.8倍以及2.0倍超载地震动情况下坝体的动力响应和损伤破坏情况,分析了不同超载倍数下坝体位移、横缝开度以及分区后的坝体混凝土损伤体积比,根据位移曲线、横缝开度曲线以及损伤体积比曲线判别不同设计方案对增强坝体抗震能力的保护效果。
【学位单位】：大连理工大学
【学位级别】：博士
【学位年份】：2018
【中图分类】：TV642
【部分图文】：

图２．１立方体模拟无限空气域和无限水域??Ｆｉｇ．２．１?Ｓｉｍｕｌａｔｉｏｎ?ｏｆ?ｉｎｆｉｎｉｔｅ?ａｉｒ?ａｎｄ?ｗａｔｅｒ?ｂｙ?ｃｕｂｅ??－１９－??

??图２．２（ａ）和图２．２（ｂ）分别是空气中爆炸和水中爆炸同一时刻时的压力传播形态，图??２．３（ａ）和图２．３（ｂ）分别是同一位置测点两种情况产生的爆炸冲击压力时程曲线。??■Ｐｒｅｓｓｕｒｅ?（ＧＰａ）??１．８１４ｅ－０２??４－６２〇ｅ－〇４ｌ?ｉ－６３ｚｅ－〇２｜??一－——一－??１．０８８ｅ．０２＿??？４－?—－??＝：＝：??－：ｉ?ＨＨＨ?＝１??９．１７７ｅ－０７ｊ?Ｏ．ＯＯＯｅ＾Ｏｏｌ??（ａ）空气中爆炸?（ｂ）水中爆炸??图２．２同一时刻压力传播形态??Ｆｉｇ．２．２?Ｐｒｅｓｓｕｒｅ?ｐｒｏｐａｇａｔｉｏｎ?ｆｏｒｍ?ａｔ?ｔｈｅ?ｓａｍｅ?ｔｉｍｅ??０．０１８?：?：?：?：?：?：?：?１?；?：?０．４?：?：?：?：?；??：?：?：?：??０．０１６－?｜?ｊ?０．３５－?ｒ，?－ｊ??００１４－?－?〇．＞?！！?－??？?０．０１２ｒ?－?＿?ｊ??ｇ．?ｇ．０－２３－??〇?０．０１Ｌ?－?〇?Ｉ??０．００８－?ｑ?〇－＾?ｌ??＾?０．００６－?Ｉ?－?Ｕ?＂??０．００４－?１?－?〇＿Ｔ?＇■??０．００２－?ｊ?＼?－?０．０５￣?｜?＼?－??，，?，＇ａ?，?４?，ｅ?，ａ?２?ＨＶｒ＾Ｔ＾ＴＴ￣ｍ：４?

??图２．２（ａ）和图２．２（ｂ）分别是空气中爆炸和水中爆炸同一时刻时的压力传播形态，图??２．３（ａ）和图２．３（ｂ）分别是同一位置测点两种情况产生的爆炸冲击压力时程曲线。??■Ｐｒｅｓｓｕｒｅ?（ＧＰａ）??１．８１４ｅ－０２??４－６２〇ｅ－〇４ｌ?ｉ－６３ｚｅ－〇２｜??一－——一－??１．０８８ｅ．０２＿??？４－?—－??＝：＝：??－：ｉ?ＨＨＨ?＝１??９．１７７ｅ－０７ｊ?Ｏ．ＯＯＯｅ＾Ｏｏｌ??（ａ）空气中爆炸?（ｂ）水中爆炸??图２．２同一时刻压力传播形态??Ｆｉｇ．２．２?Ｐｒｅｓｓｕｒｅ?ｐｒｏｐａｇａｔｉｏｎ?ｆｏｒｍ?ａｔ?ｔｈｅ?ｓａｍｅ?ｔｉｍｅ??０．０１８?：?：?：?：?：?：?：?１?；?：?０．４?：?：?：?：?；??：?：?：?：??０．０１６－?｜?ｊ?０．３５－?ｒ，?－ｊ??００１４－?－?〇．＞?！！?－??？?０．０１２ｒ?－?＿?ｊ??ｇ．?ｇ．０－２３－??〇?０．０１Ｌ?－?〇?Ｉ??０．００８－?ｑ?〇－＾?ｌ??＾?０．００６－?Ｉ?－?Ｕ?＂??０．００４－?１?－?〇＿Ｔ?＇■??０．００２－?ｊ?＼?－?０．０５￣?｜?＼?－??，，?，＇ａ?，?４?，ｅ?，ａ?２?ＨＶｒ＾Ｔ＾ＴＴ￣ｍ：４?
【参考文献】

相关期刊论文 前10条

1 杜修力;王福源;王进廷;赵密;金浏;;地震动峰值位移对高拱坝地震反应的影响[J];水力发电学报;2015年11期

2 朱祖国;王高辉;许昌;萧燕子;;水下爆炸冲击作用下混凝土闸坝的失效模式分析[J];水利与建筑工程学报;2015年05期

3 顾培英;肖仕燕;邓昌;喻江;王建;;均匀冲击荷载作用下重力坝的损伤分析[J];华北水利水电大学学报(自然科学版);2015年05期

4 李忠献;刘泽锋;;混凝土动态本构模型综述[J];天津大学学报(自然科学与工程技术版);2015年10期

5 陈江;熊峰;葛琪;;高拱坝强震开裂及气幕隔震效果研究[J];防灾减灾工程学报;2015年04期

6 王高辉;张社荣;卢文波;周创兵;;水下爆炸冲击荷载下混凝土重力坝的破坏效应[J];水利学报;2015年06期

7 薛新华;李鹏;;爆炸荷载作用下拱坝动力响应分析[J];水利学报;2015年S1期

8 陈江;熊峰;葛琪;刘浩吾;;高拱坝气幕隔震的动力模型试验[J];实验力学;2015年03期

9 杜修力;徐海滨;赵密;;SV波斜入射下高拱坝地震反应分析[J];水力发电学报;2015年04期

10 李静;陈健云;徐强;纪林强;;高拱坝抗震性能评价指标研究[J];水利学报;2015年01期

相关博士学位论文 前10条

1 张宇;高碾压混凝土拱坝地震破坏机理模型试验研究[D];大连理工大学;2016年

2 王高辉;极端荷载作用下混凝土重力坝的动态响应行为和损伤机理[D];天津大学;2014年

3 姚霄雯;基于性能的高拱坝地震易损性分析与抗震安全评估[D];浙江大学;2013年

4 郭胜山;基于并行计算的混凝土坝—地基体系地震损伤破坏过程机理和定量评价准则研究[D];中国水利水电科学研究院;2013年

5 宋贞霞;考虑河谷场地效应的拱坝—地基地震响应分析方法研究[D];中国地震局工程力学研究所;2013年

6 倪小军;泡沫材料对水下爆炸能量吸收及其冲击特性的研究[D];中国科学技术大学;2012年

7 陆路;混凝土重力坝在水下冲击波作用下的损伤及防护决策研究[D];大连理工大学;2012年

8 胡卫;高拱坝破损溃决全过程模拟及安全评价方法研究[D];清华大学;2010年

9 潘坚文;高混凝土坝静动力非线性断裂与地基辐射阻尼模拟研究[D];清华大学;2010年

10 师燕超;爆炸荷载作用下钢筋混凝土结构的动态响应行为与损伤破坏机理[D];天津大学;2009年

相关硕士学位论文 前10条

1 张坤;混凝土高坝抗震安全评价指标及方法研究[D];中国水利水电科学研究院;2017年

2 曹阳;混凝土重力坝水下接触爆炸的毁伤特性及抗爆措施研究[D];大连理工大学;2017年

3 陈思文;地震作用下高薄拱坝动力响应分析[D];重庆交通大学;2016年

4 章明旭;高拱坝地震易损性及抗震安全风险评估研究[D];清华大学;2016年

5 杨明;水下爆炸冲击下混凝土重力拱坝动态响应及抗爆措施研究[D];天津大学;2014年

6 帅晓蕾;冲击荷载作用下混凝土动力性能试验研究及有限元分析[D];湖南大学;2013年

7 纪林强;高拱坝承载能力与安全评价研究[D];大连理工大学;2013年

8 王帅;基于FEM/SPH方法的水下爆炸冲击荷载作用下的混凝土重力坝破坏模式研究[D];天津大学;2012年

9 杨迅;高混凝土拱坝动力模型试验研究[D];大连理工大学;2011年

10 姚元文;结构泄压爆炸的冲击波特性研究[D];重庆大学;2011年

本文编号：2846830