大型混凝土坝地震动力模型破坏试验可靠性数值重构研究

To study the dynamic failure mechanism and seismic measure effects of high concrete dam with dynamic model rupture tests, the non-full similarity theory with strain scale (λε≠1) is normally employed, since the full similarity requirement between the material used for the model and prototype structures is not quite possible to be met. However, the influence of such treatment is not completely clear. .To tackle this problem, the numerical reconstruction method is applied to investigate the reliability of results obtained from the dynamic failure model test on shaking table. The detailed research contents include: 1. the dynamic mechanical properties of the emulation concrete are investigated in depth and then compared with those of the ordinary concrete. The scale parameters that do not meet the similarity laws are to be found out, to understand the approximations made in the non-full similarity law; 2. the model test of the dynamic rupture of the concrete is to be conducted with three different scales. Numerical reconstructions will then be carried out for all these tests, with parameters from complete and non-complete similarity theories respectively. The reliability of the model test results is to be checked preliminarily; 3. more numerical reconstruction simulations will be carried out with adjusted scale parameters, to analyse the control criterion of strain scale and the range of similarity parameters that could be ignored for more accurate model test results. Possible methods for error elimination will also be proposed.

在进行动力破坏模型试验研究大型混凝土坝体强震反应、抗震性能、损伤形态与机理时，由于原、模型材料不能满足全本构相似比尺关系（即完全相似律），通常采用非完全相似理论（λε≠1）及相似处理技巧（即忽略次要比尺）指导振动台模型试验。但该处理方法对模型试验结果产生的影响并不明确。.为此，本课题拟采用数值重构方法研究振动台破坏模型试验结果的可靠性。具体研究内容：1.深入研究仿真模型材料动态力学性能，并与原型混凝土比较，明确非完全相似比尺关系的实质（λε的具体值）和采用相似处理技巧时忽略的相似比尺；2.将三种比尺的动力破坏模型试验结果与其非完全相似和完全相似比尺模型的数值重构结果对比分析，研究试验结果的可靠程度；3. 对模型试验时忽略相似比尺的参数在数值重构中重新考虑并调整分析，研究提出满足试验结果可靠性的应变比尺控制准则和忽略相似比尺参数的控制范围，并提出修正误差的可行性方法。

在混凝土坝抗震研究领域，已有很多学者采用在振动台上进行坝体的小尺寸动力破坏模型试验研究大坝的动态响应、抗震性能、损伤性态等特性；但在实际的模型试验中，大多情况下只能依靠非完全相似理论（即应变比尺λε≠1）或相似技巧（如忽略泊松比、阻尼比等次要参数相似关系）进行模型试验设计。这些简化处理进行的动力破坏模型试验能够多大程度上反映出原型结构的真实特性需要明确。.因此，本课题对于高混凝土坝的动力破坏模型试验结果的可靠性及简化相似参数对试验结果影响等问题进行了深入研究：（1）研究了仿真模型材料静动态力学特性，明确仿真混凝土模型材料与普通混凝土材料能够满足和无法满足相似比尺的力学参数；（2）建立了非线性非完全相似理论（λε≠1）和相似处理技巧；进行了振动台上的大型混凝土坝模型试验研究；（3）进行了数值重构动力模型试验，对非完全和完全相似模型数值结果与试验结果比较，研究了数模与物模结果间的差异性，分析了模型试验的可靠性。.通过本课题的研究，通过理论分析建立了非完全相似关系（λε≠1）及相似处理技巧（放弃泊松比、阻尼比、库水密度、弹性恢复力等相似关系）；采用数值重构模型试验的方法，研究了非完全相似关系简化了的高混凝土坝动力破坏模型试验所带来结果的不确定性。通过数模重构和外推技术进行了采用非完全相似理论指导的混凝土坝振动台破坏模型试验结果的误差分析，确定试验结果的可靠程度。这使得动力破坏模型试验结果的可靠性获得一定的可评价性。.本课题的研究使得今后无论是采用模型试验结果指导高混凝土坝抗震设计，还是对数值方法研究高混凝土坝动态特性、抗震性能及损失伤机理结果的验证都无疑是有重大帮助的，对大型混凝土坝抗震特性及其今后坝体加固措施的研究都具有重要的指导意义。