高拱坝坝肩接触爆炸毁伤安全评价方法
发布时间：2021-09-13 18:42
坝肩稳定是高拱坝结构整体安全运行的基础,尽管高拱坝由于拱形受力特性具有较高的承载能力,但坝肩在遭受爆炸荷载作用后极易发生局部毁伤破坏,从而影响高拱坝结构的整体稳定性。着重对高拱坝遭遇水下接触爆炸毁伤后整体的安全稳定评价方法开展了研究,以刚体极限平衡法为基础,针对坝肩的毁伤破坏特征及毁伤面积,提出了拱圈沿右拱端面抗滑安全系数的评价准则,探讨了拱端面的损伤破坏对高拱坝沿拱端面抗滑稳定的影响。结果表明:坝肩接触爆炸主要引起接触部位坝体的压缩破坏和邻近拱端面的剪切损伤,而拱端面的毁伤将直接降低拱圈沿拱端面的抗滑稳定性,并最终导致高拱坝整体沿拱端面滑动失稳。
【文章来源】：振动与冲击. 2020,39(11)北大核心EICSCD
【文章页数】：8 页
【部分图文】：
Eulerian与Lagrangian耦合示意图
文中采用Riedel-Hiermaier-Thoma (RHT)[12]模型来模拟爆炸荷载冲击下的混凝土动力响应。RHT模型是Riedel等在HJC模型的基础上提出的。该模型能够较好地反映混凝土材料在高应变速率下的动态特性,特别适用于极端荷载作用下混凝土、岩石等脆性材料的建模。此外,为了描述混凝土材料的初始屈服强度、失效强度和残余强度,RHT模型引入了弹性极限面、失效面、残余强度面,如图2所示。RHT本构模型的损伤定义为
由于水下爆炸荷载作用下大坝的动态响应及毁伤程度均较同等药量下空中爆炸荷载作用时大[15],且相对于近场爆炸,接触爆炸将会给大坝结构带来更大的损伤[16]。因此本文取国内某高拱坝为研究对象,探究坝肩水下接触爆炸冲击下高拱坝的毁伤特性和动力响应,分析破坏区域的空间分布和面积大小。该高拱坝最大坝高为305 m,坝顶厚度为13 m,坝底厚度58 m,文中水位取正常蓄水位300 m。有限元模型主要包括库水、TNT炸药、坝体、地基的耦合,其中库水、TNT炸药采用Euler网格模拟,坝体和地基采用Lagrange网格模拟,坝体、库水、地基间采用流固耦合算法,截断地基范围沿上、下游和高度方向各取1.5倍以上坝高,如图3所示。根据工程实际,考虑使用鱼雷对高拱坝进行水下爆炸恐怖袭击的情形,从上游库区发射的鱼雷,受库边形状的影响很难到达坝体边界位置,因此炸药位置选取距离右拱端面65 m;考虑到尽量增大爆炸位置高程以上水库库容,而水深对炸药起爆和性能的限制作用,故水下起爆深度设定为40 m。因此,假定爆炸荷载的作用位置为右坝肩上游面,炸药紧贴上游坝面,距离同拱圈右拱端面65 m,高度为260 m,水下深度为40m。针对其它起爆位置以及爆心距变化等对高拱坝毁伤特性的影响,将会在后续研究中进一步补充完善。
【参考文献】：
期刊论文
[1]混凝土重力坝含孔口坝段在水下爆炸荷载作用下的毁伤特性[J]. 赵小华,王高辉,卢文波,陈明,严鹏. 振动与冲击. 2016(22)
[2]爆炸荷载作用下拱坝动力响应分析[J]. 薛新华,李鹏. 水利学报. 2015(S1)
[3]水下爆炸冲击波数值模拟的网格尺寸确定方法[J]. 张社荣,李宏璧,王高辉,孔源. 振动与冲击. 2015(08)
[4]水下和空中爆炸时混凝土重力坝动态响应对比分析[J]. 张社荣,孔源,王高辉. 振动与冲击. 2014(17)
[5]浅水爆炸冲击荷载下高拱坝抗爆性能分析[J]. 张社荣,王高辉. 天津大学学报. 2013(04)
[6]高水位运行下近水面水下爆炸对拱坝结构的影响[J]. 张启灵,李波. 应用力学学报. 2013(02)
[7]高拱坝沿建基面的上滑稳定性分析[J]. 徐福卫,陈海玉. 水力发电. 2008(03)
[8]锦屏高拱坝整体安全度评估[J]. 余天堂,任青文. 岩石力学与工程学报. 2007(04)
[9]高拱坝沿建基面抗滑稳定性的分析方法研究[J]. 任青文,钱向东,赵引,傅树红. 水利学报. 2002(02)
[10]对拱坝沿基面滑动机制研究工作结论(初稿)的探讨[J]. 陈正作. 水利技术监督. 2001(05)
本文编号：3395146
【文章来源】：振动与冲击. 2020,39(11)北大核心EICSCD
【文章页数】：8 页
【部分图文】：
Eulerian与Lagrangian耦合示意图
文中采用Riedel-Hiermaier-Thoma (RHT)[12]模型来模拟爆炸荷载冲击下的混凝土动力响应。RHT模型是Riedel等在HJC模型的基础上提出的。该模型能够较好地反映混凝土材料在高应变速率下的动态特性,特别适用于极端荷载作用下混凝土、岩石等脆性材料的建模。此外,为了描述混凝土材料的初始屈服强度、失效强度和残余强度,RHT模型引入了弹性极限面、失效面、残余强度面,如图2所示。RHT本构模型的损伤定义为
由于水下爆炸荷载作用下大坝的动态响应及毁伤程度均较同等药量下空中爆炸荷载作用时大[15],且相对于近场爆炸,接触爆炸将会给大坝结构带来更大的损伤[16]。因此本文取国内某高拱坝为研究对象,探究坝肩水下接触爆炸冲击下高拱坝的毁伤特性和动力响应,分析破坏区域的空间分布和面积大小。该高拱坝最大坝高为305 m,坝顶厚度为13 m,坝底厚度58 m,文中水位取正常蓄水位300 m。有限元模型主要包括库水、TNT炸药、坝体、地基的耦合,其中库水、TNT炸药采用Euler网格模拟,坝体和地基采用Lagrange网格模拟,坝体、库水、地基间采用流固耦合算法,截断地基范围沿上、下游和高度方向各取1.5倍以上坝高,如图3所示。根据工程实际,考虑使用鱼雷对高拱坝进行水下爆炸恐怖袭击的情形,从上游库区发射的鱼雷,受库边形状的影响很难到达坝体边界位置,因此炸药位置选取距离右拱端面65 m;考虑到尽量增大爆炸位置高程以上水库库容,而水深对炸药起爆和性能的限制作用,故水下起爆深度设定为40 m。因此,假定爆炸荷载的作用位置为右坝肩上游面,炸药紧贴上游坝面,距离同拱圈右拱端面65 m,高度为260 m,水下深度为40m。针对其它起爆位置以及爆心距变化等对高拱坝毁伤特性的影响,将会在后续研究中进一步补充完善。
【参考文献】：
期刊论文
[1]混凝土重力坝含孔口坝段在水下爆炸荷载作用下的毁伤特性[J]. 赵小华,王高辉,卢文波,陈明,严鹏. 振动与冲击. 2016(22)
[2]爆炸荷载作用下拱坝动力响应分析[J]. 薛新华,李鹏. 水利学报. 2015(S1)
[3]水下爆炸冲击波数值模拟的网格尺寸确定方法[J]. 张社荣,李宏璧,王高辉,孔源. 振动与冲击. 2015(08)
[4]水下和空中爆炸时混凝土重力坝动态响应对比分析[J]. 张社荣,孔源,王高辉. 振动与冲击. 2014(17)
[5]浅水爆炸冲击荷载下高拱坝抗爆性能分析[J]. 张社荣,王高辉. 天津大学学报. 2013(04)
[6]高水位运行下近水面水下爆炸对拱坝结构的影响[J]. 张启灵,李波. 应用力学学报. 2013(02)
[7]高拱坝沿建基面的上滑稳定性分析[J]. 徐福卫,陈海玉. 水力发电. 2008(03)
[8]锦屏高拱坝整体安全度评估[J]. 余天堂,任青文. 岩石力学与工程学报. 2007(04)
[9]高拱坝沿建基面抗滑稳定性的分析方法研究[J]. 任青文,钱向东,赵引,傅树红. 水利学报. 2002(02)
[10]对拱坝沿基面滑动机制研究工作结论(初稿)的探讨[J]. 陈正作. 水利技术监督. 2001(05)
本文编号：3395146
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