了得網工業技術_高混凝土壩-地基體繫抗震高性能數值模擬與工程應用

編輯推薦

（1）創新性：2019年，以張楚漢院士為組長、鄭守仁院士和張超然院士為副組長的評價咨詢專家組認為本書的研究成果解決了大壩地震損傷破壞機理、抗震安全評價準則等方面的基礎理論與關鍵技術，應用前景廣闊，成果達到了國際領先水平，獲2019年中國大壩工程學會科技進步特等獎。

（2）應用價值：本書的研究成果解決了強地震區建設高混凝土壩的可行性與安全性的關鍵問題，形成了具有自主知識產權的成果，促進了我國大壩抗震科技水平的提高，納入規範《水電工程水工建築物抗震設計規範》，提升了我國強震區建設高混凝土壩的抗震安全水平。成果在白鶴灘、溪洛渡、印尼西索肯等國內外十幾座高混凝土壩中成功應用，保障了國家和社會安全，有力推動了“一帶一路”倡議的實施，取得了顯著的社會效益，應用前景十分廣闊，踐行了*書記提出的“廣大科技工作者要把論文寫在祖國的大地上，把科技成果應用在實現現代化的偉大事業中。”

內容簡介

本書共分為四大部分：第1 章主要介紹高混凝土壩抗震的背景與意義、典型震害，以及國內外研究現狀；第2～5 章分別介紹了高混凝土壩抗震分析模型中涉及的動力學方程時域數值計算方法、黏彈性人工邊界及其地震動輸入、基於拉格朗日乘子的動接觸模型、混凝土與基岩材料非線性模型等；第6 章介紹了高壩抗震高性能並行計算方法和軟件研發以及“天河一號”超級計算機及其運行環境；第7 章介紹了具有代表性的高重力壩和高拱壩抗震分析及安全評價實例。
本書可供從事混凝土壩抗震設計與研究的相關科技工作者和研究生閱讀。

作者簡介

郭勝山，中國水利水電科學研究院高級工程師，水工結構抗震專業博士。長期從事混凝土壩抗震研究，負責及作為骨干參與了國家自然科學基金、國家重點研發計劃、國家科技支撐計劃、中國工程院重點咨詢項目、水利部公益性行業科研專項等課題，以及小灣、白鶴灘、烏東德、溪洛渡、旭龍、孟底溝、JH、QBT、沙牌、三峽、丹江口加高、向家壩、托巴、魯地拉、奔子欄、觀音岩、印尼西索肯等20餘項國內外重大工程科技攻關與咨詢項目。曾獲省部級特等獎2項、二等獎1項、汪聞韶院士青年優秀論文獎等。李德玉中國水利水電科學研究院，教授級高工陳厚群中國水利水電科學研究院，教高/院士

目錄
序
前言
1 概述 · 1
1.1 背景與意義 1
1.2 典型重力壩和拱壩震害 1
1.3 國內外研究現狀及發展動態 4
2 動力學方程時域數值計算方法 · 8
2.1 引言 8
2.2 隱式方法 8
2.3 顯式方法 9
2.3.1 中心差分法 9
2.3.2 中心差分與單邊差分相結合 9
2.3.3 中心差分與紐馬克常平均加速度結合 · 10目錄
序
前言
1 概述 · 1
1.1 背景與意義 1
1.2 典型重力壩和拱壩震害 1
1.3 國內外研究現狀及發展動態 4
2 動力學方程時域數值計算方法 · 8
2.1 引言 8
2.2 隱式方法 8
2.3 顯式方法 9
2.3.1 中心差分法 9
2.3.2 中心差分與單邊差分相結合 9
2.3.3 中心差分與紐馬克常平均加速度結合 · 10
2.4 兩種方法對比 10
3 黏彈性人工邊界及其地震動輸入 11
3.1 引言 11
3.2 黏彈性人工邊界 12
3.3 地震動輸入 13
3.3.1 均勻介質地震動輸入 · 13
3.3.2 成層狀介質地震動輸入 · 14
3.4 人工邊界節點荷載計算方法 15
3.4.1 均勻介質邊界節點荷載 · 16
3.4.2 成層狀介質邊界節點荷載 · 19
3.5 算例驗證 21
3.5.1 黏彈性邊界吸能效果驗證 · 21
3.5.2 地震動輸入驗證 · 22
3.6 地基模量對高拱壩地基地震能量逸散影響研究 24
3.6.1模型 · 24
3.6.2 計算方案 · 26
3.6.3 計算結果分析 · 26
4 基於拉格朗日乘子的動接觸模型 29
4.1 引言 · 29
4.2 接觸面約束條件 · 29
4.3 接觸模型 · 30
4.4 工程中復雜接觸面的模擬 · 33
4.4.1 考慮橫縫鍵槽理想作用的模擬 · 33
4.4.2 考慮分縫自重的橫縫模擬 · 33
4.4.3 考慮接觸面上初始黏聚力的模擬 · 34
4.4.4 考慮接觸面上初始強度的模擬 · 35
4.5 自重施加方式對高拱壩地震反應的影響 36
4.5.1模型 · 36
4.5.2 計算方案 · 38
4.5.3 計算結果及其分析 · 38
4.6 橫縫切向錯動對高拱壩地震反應的影響 42
4.6.1 計算方案 · 42
4.6.2 計算結果及其分析 · 42
5 混凝土與基岩材料非線性模型 47
5.1 引言 · 47
5.2 應力分析中幾個常用定義 · 47
5.2.1 應力分量及其不變量 · 47
5.2.2 偏應力分量及其不變量 · 48
5.3 彈塑性力學模型 · 48
5.3.1 彈塑性力學模型概述 · 48
5.3.2 兩種典型屈服模型 · 50
5.3.3 本構積分數值算法 · 52
5.4 損傷力學模型 · 55
5.4.1 損傷力學概述 · 55
5.4.2 彈性損傷模型 · 57
5.4.3 李和芬維斯（Lee and Fenves）塑性損傷模型 58
5.4.尺寸效應 · 60
5.4.5 殘餘應變損傷模型 · 63
5.5 鋼筋與混凝土相互作用 67
5.5.1 分布式鋼筋模型 · 67
5.5.2 基於分布式鋼筋模配筋率計算 · 68
6 高壩抗震高性能並行計算 72
6.1 引言 72
6.2 高壩抗震並行軟件研發 72
6.2.1 區域分解法 · 72
6.2.2 顯式格式的波動方程重疊型區域分解法 · 73
6.2.3網格區域分割 · 74
6.2.4 包含接觸邊界的區域分割 · 74
6.2.5 並行計算結構 · 74
6.2.6 MPI 程序結構及其執行過程 · 76
6.2.7 計算流程 · 76
6.2.8 並行程序性能評價指標 · 77
6.3 “天河一號”超級計算機及其運行環境 78
6.3.1 “天河一號”超級計算機 78
6.3.2 “天河一號”（TH ? 1A）大繫統運行環境 79
6.4 並行性能測試 79
7 高混凝土壩 ? 地基體繫抗震分析及安全評價 82
7.1 柯依那重力壩震情檢驗 82
7.1.1模型 · 82
7.1.2 結果分析 · 83
7.2 沙牌拱壩震情檢驗 85
7.2.1 工程概況 · 85
7.2.2建模 · 85
7.2.3 結果分析 · 89
7.3 高重力壩壩體 ? 鋼筋相互作用的地震損傷分析及安全評價 91
7.3.1模型 · 92
7.3.2 計算方案 · 94
7.3.3 計算結果及其分析 · 95
7.4 基於震後靜力抗滑穩定的高重力壩抗震分析及安全評價 97
7.4.1 關於可信地震（MCE）下重力壩安全評價標準 · 97
7.4.2模型 · 98
7.4.3 計算方案 100
7.4.4 計算結果及其分析 100
7.5 高拱壩地震損傷分析及安全評價 105
7.5.1模型 105
7.5.2 計算方案 108
7.5.3 計算結果及其分析 108
7.6 高拱壩 ? 壩肩滑塊 ? 地基繫統抗震穩定分析及安全評價 114
7.6.1模型 115
7.6.2 計算方案 117
7.6.3 計算結果及其分析 117
參考文獻 124

前言

前言我國在西部強地震區建設了一繫列高混凝土壩，其可能發生的重大地震災變的評估問題深受社會關注。近年來，隨著我國混凝土壩工程實踐的增多，混凝土壩抗震學科得到了迅速發展，主要體現了以下三個特點：從封閉的振動體繫到開放的波動體繫，從線性到非線性分析，從串行計算到並行計算。陳厚群院士領軍的中國水利水電科學研究院混凝土壩抗震研究團隊長期以來針對壩址地震動輸入、大壩混凝土動態特性、大壩抗震分析、大壩抗震安全定量評價準則等開展了一繫列的研究和工程實踐。本書是結合近年來在大壩抗震分析和大壩抗震安全定量評價準則方面的發展編寫的。本書在編寫過程中，力求做到既有一定的理論性，又具有實用性。在介紹理論模型時，結合了數值分析方法給出了相應求解步驟，並結合混凝土壩抗震分析的強度以及穩定問題，針對重力壩和拱壩給出了相應工程實例，可供從事混凝土壩抗震設計和分析的工程人員、科研人員和研究生參考。本書共分為四大部分：第1 章主要介紹高混凝土壩抗震的背景與意義、典型震害，以及國內外研究現狀；第2～5 章分別介紹了高混凝土壩抗震分析模型中涉及的動力學方程時域數值計算方法、黏彈性人工邊界及其地震動輸入、基於拉格朗日乘子的動接觸模型、混凝土與基岩材料非線性模型等；第6 章介紹了高壩抗震高性能並行計算方法和軟件研發以及“天河一號”超級計算機及其運行環境；第7 章介紹了具有代表性的高重力壩和高拱壩抗震分析及安全評價實例。本書中的研究工作得到了國家重點研發計劃項目（2017YFC0404903）、國家自然科學基金項目（51709283）的支持。承蒙陳厚群院士百忙之中撥冗作序，對本書的撰寫給予了許多鼓勵和指導。中國電力出版社王曉蕾老師為本書的編輯付出了辛勤勞動。本書工程實例的基礎資料，由相關工程設計單位提供，在此對上述單位和人員表示感謝！書中許多成果是在研究團隊共同協作下完成，作者在此一並表示誠摯謝意。由於作者水平有限及高混凝土壩抗震研究的復雜性，書中難免存在不足和不妥之處，敬請讀者批評指正。著者2020 年11 月於北京

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