【摘 要】
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为解决我国可再生能源紧缺问题,水力发电作为可再生环保能源之一,正发挥着显著作用。在我国水资源丰富的西部,已修建了大批水利水电工程,并担负着开发利用水资源和优化能源结构的重要作用。随着一些世界级高坝的建成,大坝的抗震安全要求也越来越高。研究表明,地震激励下,大坝—库水相互作用对大坝的动力响应有重要影响。因此,探究坝面动水压力这一课题,对大坝工程抗震设计、安全评价有显著意义。本文基于比例边界有限元理论
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为解决我国可再生能源紧缺问题,水力发电作为可再生环保能源之一,正发挥着显著作用。在我国水资源丰富的西部,已修建了大批水利水电工程,并担负着开发利用水资源和优化能源结构的重要作用。随着一些世界级高坝的建成,大坝的抗震安全要求也越来越高。研究表明,地震激励下,大坝—库水相互作用对大坝的动力响应有重要影响。因此,探究坝面动水压力这一课题,对大坝工程抗震设计、安全评价有显著意义。本文基于比例边界有限元理论,针对大坝上游近场有限库区存在的不规则性,实现近场有限水域与远场无限水域耦合的坝面动水压力计算模型,以及大坝-不规则无限库水系统耦合动力响应分析,具体研究内容如下:(1)在SBFEM框架下,考虑流体可压缩性,库底和岸坡的吸收效应,采用加权余量法,提出了三维近场有限域SBFEM频域动水压力的计算模型。同时,对不同水域形状(球形、长方体、L形),不同地震频率,不同地震方向时的动水压力进行了分析,并与ADINA有限元法结果对比,验证该计算方法的准确性。该模型只需离散有限域边界面,自由度数量大大降低,提高了计算效率。(2)针对不规则近场有限水域,实现与远场规则无限水域的耦合计算模型,讨论了不同地震激励频率时,不同河谷形状(规则、L形、U形)坝面动水压力的大小和分布。计算结果表明,河谷形状不改变坝面动水压力的分布规律,但影响坝面动水压力的大小。(3)将动水压力的SBFEM模型与大坝的有限元模型相结合,实现坝-库系统的动力耦合计算模型。并以工程柯依那(Koyna)重力坝和Morrow point拱坝为工程算例,在不同地震激励方向进行坝面动水压力和动力响应(位移、速度、加速度)分析。研究发现,地震激励竖直向时,拱冠梁处的竖向响应显著;地震激励顺河向时,坝面水平向响应明显;地震激励横河向时,坝面响应较小。
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