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(jié)合實際工程震例，針對在超設(shè)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(chǔ)性關(guān)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(zhì)構(gòu)造影響，壩基非均勻地震動輸入影響等），提出了考慮在超設(shè)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(jù)大壩混凝土拉、壓損傷應力-應變?nèi)^程試驗結(jié)果給出的損傷演化本構(gòu)關(guān)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(gòu)關(guān)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(wǎng)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(jié)果進行檢驗，結(jié)合了經(jīng)受1967年強震的印度柯伊那重力壩和經(jīng)受了2008年汶川地震的沙牌碾壓混凝土拱壩在超設(shè)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(xiàn)行多種壩體和地基模型的計算結(jié)果進行了比較，驗證了采用本文提出的方法計算結(jié)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(shù)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(shè)計地震動輸入;壩體混凝土強度采用了在壩體現(xiàn)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(jié)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(shù)404090，節(jié)點總數(shù)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(shù)，對整個體系采用了區(qū)域分解算法，充分利用了現(xiàn)有多核微機，使計算時間大為縮短，具有可在實際工程設(shè)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