强震环境下高重力坝坝基失稳过程的多尺度模拟及安全评价

近年来在我国西南地震断裂带附近地区已建、在建或设计了一大批高混凝土重力坝（金安桥、观音岩等），而现行规范尚未对重力坝坝基动力稳定计算方法和控制标准作出明确规定。我国200m级的高重力坝尚未经近场强震的考验，一旦失事，后果不堪设想。针对坝基材料的复杂地质环境（断层、软弱夹层、节理、裂隙发育）的特点，本项目通过分析坝基结构面细观特征对地震应力波传播特性的影响机理，建立表达结构面细观特征对波速影响的非连续介质动力损伤模型；从可以反映小尺度力学性质空间变异性的随机场出发，探讨基于岩体动力细观本构模型的力学参数取值方法；采用适用于非均质材料力学性能分析的扩展多尺度有限元法(EMsFEM)，从宏-细观角度研究重力坝坝基岩体动力失稳的细观机制和演化规律，以及坝基动力稳定的评价方法和控制标准。研究成果可为我国大中型重力坝抗震设计和规范的完善补充提供科学依据，对保障我国大型水电枢纽抗震安全具有重大意义。

近年来在我国西南地震断裂带附近地区已建、在建或设计了一大批高混凝土重力坝，其中许多枢纽坝高达到了 200级，且均建在地震烈度较高的地区,抗滑稳定和抗震稳定需要深入研究。本项目从高重力坝运行期坝基岩体的实际工作环境出发，探讨坝基软弱地质构造的细观本构理论、计算模型和数值算法，并引入Cosserat连续体理论作为正则化机制，提出基于Cosserat理论的Mohr-Coulomb弹塑性模型，在ABAQUS中进行二次开发，编制了基于Hoek-Brown强度准则的UMAT本构模型，进行平面应变条件下单轴压缩的验证，结合实力际工程，模拟重坝坝基应变局部化渐进破坏过程。基于渐进破坏理论建立了混凝土损伤破坏模型，提出一种损伤开裂模型与变形离散单元法耦合的分析方法，模拟大坝在强烈地震作用下的渐进破坏过程，采用变形离散元法与混凝土损伤开裂模型耦合分析方法模拟了的重力坝强震失效模式。进行了中国与法国混凝土重力坝建基面抗滑稳定分析规范上的对比，为我国重力坝工程的设计和建设提供了技术支撑，为大坝的安全运行提供了保障。