拱坝—坝肩整体动力稳定性的离心模型试验研究

论文摘要

拱坝抗震性能研究是当前坝工领域的关键课题之一。本论文的采用离心模型试验方法,研究拱坝-坝肩系统的动力抗滑稳定,以及拱坝在动力荷载作用下的破坏机理问题。研究的主要方法是通过模型试验测定拱坝模型的动力反应,然后将试验成果与离散元程序3DEC及有限元程序ABAQUS计算结果进行对比验证。论文工作内容如下:1.根据相似理论,推导出了结构离心模型动力试验的相似关系;按照相似关系进行模型设计和制作。采用清华大学水工结构实验室多年来在拱坝模型试验中总结出来的重晶石膨润土混合料,通过一系列材料试验,得出合适的材料配比,并制作出拱坝模型。2.设计制作了测量缝开度的试验仪器——测缝计,从原理上推导了缝面开度与电桥电压输出之间的线性关系,并实际加工制作了一批测缝计,在静、动态标定的基础上应用于实际动态试验。根据标定结果及试验量测数据可以发现,测缝计具有较好的性能。3.通过离心动力试验研究拱坝-坝肩离心模型的动力响应,采用脉冲激励和白噪声激励的方法获得模型的共振频率;采用谐波激振得出模型的动力反应,包括加速度、应变和缝开度反应,研究拱坝-坝肩体系的动力响应规律和破坏机理。4.通过脆性材料制作的模型拱坝的离心动力试验,得到了模型拱坝的线弹性动力反应,得到了结构从完整到破坏的全过程,揭示了模型拱坝的动力反应特性和破坏机理;试验结果同时表明,离心模型动力试验对于研究拱坝-坝肩体系的静、动力稳定是一个有效的手段,全部相似关系的满足以及试验过程中的多种加载手段使其相对于一般的振动台试验更加具有优势。5.采用数值计算研究模型的频率特性和谐波激振反应,并与试验结果进行比较分析,对离心模型试验结果进行了验证,同时检验了离散元数值计算方法的合理性。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 选题背景
• 1.1.1 拱坝动力稳定问题
• 1.1.2 拱坝离心模型试验的意义
• 1.2 离心模型试验综述
• 1.2.1 离心模型试验发展历程概述
• 1.2.2 离心模型动力试验基本原理
• 1.2.3 离心模型动力试验研究综述
• 1.3 本论文的工作
• 第2章 模型试验设计
• 2.1 离心机试验系统
• 2.2 模型试验相似关系
• 2.2.1 相似理论推导
• 2.2.2 试验相似关系
• 2.3 材料试验
• 2.3.1 坝体材料试验
• 2.3.2 基础材料试验
• 2.3.3 滑裂面材料试验
• 2.3.4 坝体与坝肩粘接面材料试验
• 2.4 模型制作
• 2.4.1 模型设计
• 2.4.2 量测仪器布置
• 2.5 动态测缝计制作
• 2.5.1 设计原理
• 2.5.2 线性度分析
• 2.5.3 加工制作及标定
• 2.6 本章小结
• 第3章 拱坝-坝肩离心模型动力试验.
• 3.1 试验工况
• 3.2 模型共振频率的确定
• 3.2.1 空库模型白噪声激励测频
• 3.2.2 满库模型脉冲激励测频试验
• 3.3 谐波激振试验
• 3.3.1 加速度量测结果及分析
• 3.3.2 应变量测结果及分析
• 3.3.3 缝开度试验结果及分析
• 3.4 模型坝体动力破坏结果
• 3.5 本章小结
• 第4章 试验模型数值计算
• 4.1 三维变形体离散元数值方法
• 4.1.1 三维变形体离散元数值模型
• 4.1.2 公共面接触检索
• 4.1.3 接触力求解
• 4.2 拱坝—坝肩数值计算模型
• 4.3 模型自振频率计算
• 4.3.1 3DEC 频率识别
• 4.3.2 ABAQUS 频率识别.
• 4.4 谐波激振数值计算
• 4.4.1 3.369 谐波激振数值计算
• 4.4.2 13.349 谐波激振数值计算
• 4.5 本章小结
• 第5章 结论与展望
• 5.1 主要研究成果和结论
• 5.2 研究工作展望
• 参考文献
• 致谢
• 个人简历、在学期间发表的学术论文与研究成果