金　亮，王高輝，盧文波，陳　明，嚴(yán)　鵬

(武漢大學(xué) 水資源與水電工程科學(xué)國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室， 湖北 武漢 430072)

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水下爆炸沖擊荷載作用下重力拱壩及壩后式廠房的破壞效應(yīng)

金亮，王高輝，盧文波，陳明，嚴(yán)鵬

(武漢大學(xué) 水資源與水電工程科學(xué)國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室， 湖北 武漢 430072)

摘要：當(dāng)壩身設(shè)有孔口且存在壩后式廠房時(shí)，水下爆炸沖擊荷載作用下大壩的動(dòng)力響應(yīng)非常復(fù)雜。針對(duì)此問題，考慮爆炸作用下混凝土的高應(yīng)變率效應(yīng)，采用Lagrangian-Eulerian耦合方法建立水下爆炸沖擊下大壩-廠房-庫水-壩基全耦合模型，利用數(shù)值模擬技術(shù)分析了水下爆炸沖擊荷載作用下重力拱壩及其壩后式廠房的動(dòng)態(tài)破壞過程，得到了重力拱壩及壩后式廠房在水下爆炸沖擊荷載作用下的損傷破壞過程及損傷機(jī)理。結(jié)果表明：水下爆炸沖擊荷載作用下重力拱壩的損傷破壞形式包括爆炸成坑破壞、氣穴沖切破壞、局部拉伸破壞和整體拉伸破壞；隨著爆心距的增大，大壩的主要損傷破壞形式逐漸改變，分別為爆炸成坑破壞、局部拉伸破壞和整體拉伸破壞，當(dāng)爆心距進(jìn)一步增大時(shí)，壩體破壞逐漸減小；進(jìn)水口和溢流表孔的存在削弱了壩體局部強(qiáng)度和拱效應(yīng)；水下爆炸沖擊荷載作用下，壩后式廠房由于結(jié)構(gòu)的整體響應(yīng)發(fā)生局部拉伸破壞。

關(guān)鍵詞：重力拱壩；壩后式廠房；全耦合模型；水下爆炸；破壞效應(yīng)

我國蘊(yùn)藏豐富的水能資源，目前建成了以三峽為代表的一批大型水電站，一定程度上緩解了我國電能短缺的現(xiàn)狀。隨著水電開發(fā)向西南高山峽谷地區(qū)的推進(jìn)，拱壩方案被越來越頻繁地使用，其中重力拱壩壩身厚實(shí)，重力作用顯著，兼具重力壩和拱壩的優(yōu)點(diǎn)，安全性較高且對(duì)地形、地質(zhì)的適應(yīng)能力較強(qiáng)。但是由于壩頂附近區(qū)域較薄，在爆炸作用下極有可能產(chǎn)生裂縫甚至嚴(yán)重破壞而失去擋水功能，繼而對(duì)下游城市和居民帶來毀滅性打擊。由于大壩顯著的政治經(jīng)濟(jì)效益，其不僅在戰(zhàn)爭時(shí)期會(huì)成為敵軍的重點(diǎn)打擊目標(biāo)，平時(shí)也容易成為恐怖襲擊的對(duì)象。因此，研究爆炸沖擊荷載作用下重力拱壩的結(jié)構(gòu)響應(yīng)和破壞效應(yīng)，為重力拱壩的安全評(píng)估和抗爆防護(hù)提供理論基礎(chǔ)，具有重要意義。

大壩抗爆研究主要通過數(shù)值模擬計(jì)算實(shí)現(xiàn)，難以進(jìn)行實(shí)驗(yàn)。隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的進(jìn)步，利用數(shù)值方法研究水下爆炸結(jié)構(gòu)響應(yīng)問題的精度越來越高。如王高輝、張社榮等[1-3]考慮混凝土的高應(yīng)變率效應(yīng)，建立了混凝土重力壩水下爆炸全耦合模型，分析了近壩水下爆炸沖擊波的傳播特性，研究了混凝土重力壩在水下爆炸沖擊荷載下的結(jié)構(gòu)響應(yīng)和破壞效應(yīng)；張啟靈等[4]利用有限元程序ABAQUS，構(gòu)建混凝土重力壩與庫水的全耦合模型，在水下爆炸作用下，對(duì)混凝土重力壩的破壞模式和結(jié)構(gòu)響應(yīng)進(jìn)行了研究；李本平[5]利用ALE計(jì)算方法，建立高彈重、大口徑武器的侵徹爆炸三維數(shù)值模型，對(duì)連續(xù)打擊下大壩的破壞效應(yīng)進(jìn)行了研究；李鴻波等[6]基于連續(xù)損傷力學(xué)理論，利用三維動(dòng)力損傷有限元模型，分析了混凝土重力壩的脆性動(dòng)力損傷問題；劉軍等[7]將壩體簡化為混凝土、心墻、反濾層與堆石體四種材料，針對(duì)不同材料建立適合于爆炸高加載率特征的本構(gòu)模型,用數(shù)值方法分析了土石壩在潛在爆炸荷載下的破壞與損傷演化規(guī)律。也有一些學(xué)者[8-9]初步研究了爆炸沖擊荷載作用下拱壩的結(jié)構(gòu)響應(yīng)和破壞效應(yīng)。綜上可知，目前針對(duì)混凝土重力壩的抗爆研究已有不少成果，而在重力拱壩方面的研究仍較少，并且一般都沒有考慮壩身孔口的存在對(duì)結(jié)構(gòu)抗爆性能的影響，并不符合實(shí)際情況，而針對(duì)重力拱壩壩后式廠房的抗爆研究更是一片空白。事實(shí)上，發(fā)電廠房相較于大壩對(duì)爆破振動(dòng)更為敏感，較小的爆破振動(dòng)都可能引起跳閘停機(jī)，電網(wǎng)斷電，產(chǎn)生巨大的經(jīng)濟(jì)損失，1952年美軍曾對(duì)我國水豐水電站進(jìn)行了空襲，炸彈就直接命中大壩下游面和電站廠房，致使廠房燒毀。因此，針對(duì)壩身設(shè)有孔口的大壩及其壩后式廠房的抗爆研究顯得尤為必要。

本文以某混凝土重力式拱壩為研究對(duì)象，基于顯示動(dòng)力分析程序AUTODYN，考慮混凝土應(yīng)變率效應(yīng)，通過構(gòu)建包含溢流孔和壩身進(jìn)水口的大壩-廠房-庫水-壩基全耦合模型，研究水下爆炸沖擊荷載作用下重力拱壩及壩后式廠房的動(dòng)力響應(yīng)和破壞模式，探討爆心距對(duì)大壩結(jié)構(gòu)動(dòng)態(tài)響應(yīng)和破壞模式的影響。

1RHT混凝土動(dòng)力損傷本構(gòu)模型

混凝土材料在爆炸沖擊荷載作用下具有高應(yīng)變率效應(yīng)，其失效強(qiáng)度隨平均壓應(yīng)力的增大而增長，抗拉強(qiáng)度顯著提高，且應(yīng)力狀態(tài)的影響明顯。目前，HJC、RHT等經(jīng)驗(yàn)性本構(gòu)模型被廣泛應(yīng)用于混凝土的沖擊、爆炸響應(yīng)的數(shù)值計(jì)算中。其中，RHT混凝土動(dòng)力損傷本構(gòu)模型[1,10]為了描述混凝土初始屈服強(qiáng)度、失效強(qiáng)度和殘余強(qiáng)度的變化規(guī)律，引入了彈性極限面、失效面及殘余強(qiáng)度面三個(gè)極限面，并考慮了混凝土的高壓效應(yīng)、大應(yīng)變、高應(yīng)變率等方面的影響，從而很好地描述了混凝土的失效過程，如圖1所示。RHT混凝土動(dòng)力損傷本構(gòu)模型主要方程如下，詳細(xì)內(nèi)容參考文獻(xiàn)[3]。

圖1RHT模型彈性極限面、失效面和殘余強(qiáng)度面

RHT模型失效面方程可表示為：

(1)

(2)

混凝土材料的應(yīng)變率效應(yīng)用塑性應(yīng)變率和斷裂強(qiáng)度兩個(gè)指標(biāo)描述，應(yīng)變率強(qiáng)化因子如下式所示：

(3)

基于Johnson-Holmquist本構(gòu)模型[11]的損傷演化準(zhǔn)則，引入損傷變量D用以描述RHT模型殘余失效面，假定損傷是非彈性偏應(yīng)變的累積，其關(guān)系式如下：

(4)

(5)

采用典型的P-α狀態(tài)方程描述RHT本構(gòu)模型中材料密度、靜水壓力和內(nèi)能之間的關(guān)系。由于空隙和非均勻性的存在，混凝土材料在壓縮過程中表現(xiàn)出復(fù)雜的非線性特性，狀態(tài)方程如下：

P=A1μ+A2μ2+A3μ3+(B0+B1μ)ρ0eμ>0

(6)

P=T1μ+T2μ2+B0ρ0eμ<0

(7)

式中：e為比內(nèi)能；ρ0為材料的初始參考密度；μ=ρ/ρ0-1，為體積變化相關(guān)系數(shù)，μ<0時(shí)表示體積膨脹，μ>0時(shí)表示體積壓縮；A1、A2、A3、B0、B1、T1、T2為材料參數(shù)。

2水下爆炸沖擊下大壩-廠房-庫水-壩基耦合模型建立

基于有限元法的Lagrangian算法能夠準(zhǔn)確的描述固體力學(xué)和結(jié)構(gòu)力學(xué)問題，基于有限體積法的Eulerian算法則更適于精確模擬氣體、流體的流動(dòng)和固體結(jié)構(gòu)的大變形問題。然而大壩水下抗爆問題極其復(fù)雜，單純的Lagrangian或Eulerian算法均不能很好地解決上述問題，需要建立更加高效的數(shù)值計(jì)算方法，而耦合的Lagrangian-Eulerian方法(CEL)[12-13]結(jié)合了兩種算法的優(yōu)勢，能夠有效描述流固耦合動(dòng)態(tài)相互作用及大變形問題。

以某重力拱壩為研究對(duì)象，壩體高度為71 m，壩頂寬6 m，底部寬度為22.24 m，庫水深度為67 m，不考慮下游水位的影響。該壩有三個(gè)溢流表孔，壩后式廠房裝備2臺(tái)發(fā)電機(jī)組，建立的全耦合有限元模型如圖2所示，該模型耦合了空氣、庫水、TNT炸藥、基巖和大壩及廠房混凝土五種物質(zhì)。水下爆炸近域處網(wǎng)格要求較高，但由于本模型較大，直接加密網(wǎng)格將導(dǎo)致模型單元數(shù)過多而嚴(yán)重降低計(jì)算效率。為了解決這個(gè)問題，本文采用了映射技術(shù)，首先建立一維炸藥-庫水模型，庫水尺寸取10 mm，計(jì)算水下爆炸的過程，當(dāng)沖擊波傳播到靠近壩體時(shí)，將結(jié)果映射到三維模型中，即可實(shí)現(xiàn)三維模型中水下爆炸沖擊波傳播過程的模擬，使其具有10 mm庫水網(wǎng)格尺寸的精度，大大節(jié)約了計(jì)算時(shí)間。耦合模型中爆源周圍庫水的單元尺寸取500 mm，并隨爆心距的增大而適當(dāng)增大，壩后式廠房的單元尺寸約1.4 m，水輪機(jī)附近適當(dāng)加密。為了研究不同爆心距下結(jié)構(gòu)的動(dòng)力響應(yīng)和破壞模式，進(jìn)行了多種工況的計(jì)算，TNT炸藥量為306 kg，假定為球形炸藥，起爆深度h為10 m，起爆距離R分別為2 m、5 m、10 m、15 m，耦合模型單元總數(shù)為4 658 902個(gè)。

采用RHT動(dòng)力本構(gòu)模型[14]描述壩體及廠房混凝土，參數(shù)詳見表1，基巖采用JH-2模型[15]，參數(shù)如表2所示。

表1　混凝土RHT本構(gòu)模型材料參數(shù)

表2　基巖JH-2本構(gòu)模型材料參數(shù)

炸藥、水、空氣等材料模型及狀態(tài)方程見文獻(xiàn)[16]，其中高能炸藥采用高能炸藥材料模型模擬，各參數(shù)取值如下，V0=1.00，ρ=1 860 kg/m3，R1=4.6，R2=1.10，D=8 862 m/s，E0=9.50×109J/m3，A=9.3477×1011Pa，PCJ=3.68×1010Pa，OMEG=0.37，B=1.2723×1010Pa。

空氣采用Mat-Null材料模型和線性多項(xiàng)式狀態(tài)方程Eos-Linear-Polynominal[17]描述。各參數(shù)取值如下，ρ0為初始密度取1.2939 kg/m3，C0=C1=C2=C3=C6=0，C4=C5=0.4。

由于爆炸沖擊荷載持續(xù)時(shí)間非常短，數(shù)值計(jì)算中不考慮重力作用。本模型水下爆炸各個(gè)物理過程采用Lagrangian-Eulerian耦合方法模擬，其中基巖和大壩采用Lagrangian網(wǎng)格模擬，空氣、庫水和TNT炸藥采用Eulerian網(wǎng)格模擬。為了模擬空氣和庫水的無限區(qū)域，除與壩體相交處外，空氣和庫水其它面均定義無反射邊界條件；在基巖邊界面上施加全約束，并定義無反射邊界條件，用來模擬基巖的半無限區(qū)域。

圖2水下爆炸沖擊下大壩-廠房-庫水-壩基全耦合數(shù)值模型(單位：mm)

3水下爆炸沖擊荷載下混凝土重力拱壩的破壞效應(yīng)

3.1重力拱壩破壞效應(yīng)分析

為了得到重力拱壩及其壩后式廠房在水下爆炸沖擊荷載作用下的破壞效應(yīng)，本文研究了不同爆心距下壩體及廠房的動(dòng)力響應(yīng)和破壞機(jī)制，本節(jié)將詳細(xì)描述壩體的破壞效應(yīng)。數(shù)值計(jì)算中，當(dāng)TNT炸藥量為306 kg，起爆深度為10 m，起爆距離為5 m時(shí)，大壩的破壞過程如圖3所示?；炷敛牧系钠茐臓顟B(tài)由損傷值0～1表示，0表示未發(fā)生破壞狀態(tài)，1表示完全破壞狀態(tài)。

由圖3可以看出，水下爆炸沖擊荷載對(duì)距爆源較近的壩體產(chǎn)生了較嚴(yán)重的局部損傷破壞，在壩肩處產(chǎn)生了一定的整體破壞，具體表現(xiàn)為爆炸成坑破壞、氣穴沖切破壞、局部拉伸破壞和整體拉伸破壞等幾種破壞形式，如圖3(d)所示。在t=5.5 ms時(shí)，爆炸沖擊波到達(dá)壩體，高壓沖擊波荷載直接作用在壩體表面，造成混凝土壓縮屈服破壞，從而產(chǎn)生爆炸成坑，如圖3(a)所示。由于閘墩后接有溢洪道，閘墩處混凝土比壩身厚，沖擊波首先傳播至大壩下游面，反射形成強(qiáng)拉伸波，造成局部拉伸損傷破壞，而近自由面附近的大壩由于自由水面切斷效應(yīng)而開始產(chǎn)生氣穴沖切破壞，如圖3(b)所示；當(dāng)t=12.5 ms時(shí)，壩身下游面的局部拉伸破壞區(qū)域逐漸向上游面貫通，同時(shí)沖擊波在閘墩下游面反射形成拉伸波，產(chǎn)生局部拉伸破壞，氣穴沖切破壞損傷則沿自由面發(fā)展為一條水平損傷帶，如圖3(c)所示。由圖3(d)可以看到，進(jìn)水口和溢流孔的存在削弱了壩體局部強(qiáng)度，壩體損傷破壞沿著溢流孔-進(jìn)水口-溢流孔形成的薄弱帶逐漸貫通，形成圓弧形破壞帶。重力拱壩兼具重力壩和拱壩的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，拱效應(yīng)主要集中在壩體中上部，上部由于設(shè)有進(jìn)水口和溢洪表孔，拱效應(yīng)被削弱，所以拱效應(yīng)主要在大壩中部。因此，當(dāng)爆炸荷載作用在大壩上游面時(shí)，應(yīng)力主要傳遞至中部的兩岸壩肩，導(dǎo)致中部壩肩出現(xiàn)整體拉伸破壞。

3.2不同爆心距下大壩的損傷破壞形式比較

為了探討爆心距對(duì)于水下爆炸沖擊荷載下重力拱壩破壞效應(yīng)的影響，還分別研究了起爆距離為2 m、5 m、10 m、15 m時(shí)大壩的損傷破壞過程，其中TNT炸藥量均為306 kg，起爆深度均為10 m，計(jì)算結(jié)果如圖4所示。

圖3　水下爆炸沖擊荷載作用下重力拱壩損傷累計(jì)破壞

圖4不同爆心距下大壩損傷破壞形式

通過比較圖4中不同爆心距下大壩的損傷破壞形式可以看出：當(dāng)爆心距較小時(shí)，大壩主要在靠近炸藥的部位產(chǎn)生局部損傷破壞；當(dāng)爆心距較遠(yuǎn)時(shí)，大壩產(chǎn)生整體損傷破壞。

當(dāng)爆心距R=2 m時(shí)(如圖4(a)所示)，爆炸沖擊波傳播至壩體時(shí)衰減較少，爆炸成坑破壞顯著，損傷深度約占?jí)紊砗穸鹊囊话耄瑝误w下游面產(chǎn)生局部拉伸破壞，與爆炸成坑破壞區(qū)域貫通，自由面附近由于氣穴沖切破壞形成較為明顯的水平破壞帶，閘墩下游面出現(xiàn)輕微的局部拉伸破壞。

當(dāng)爆心距R=5 m時(shí)(如圖4(b)所示)，局部拉伸破壞顯著，壩體下游面產(chǎn)生的拉伸損傷破壞逐漸向上游面貫通，進(jìn)水口和溢流孔的存在削弱了壩體局部強(qiáng)度，壩體損傷破壞沿著溢流孔-進(jìn)水口-溢流孔形成的薄弱帶逐漸貫通，形成圓弧形破壞帶。自由面附近由于氣穴沖切破壞形成明顯的水平破壞帶，并向閘墩下游方向擴(kuò)展。閘墩下游面及側(cè)向臨空面均出現(xiàn)較嚴(yán)重局部拉伸破壞。重力拱壩上部由于設(shè)有進(jìn)水口和溢流表孔，拱效應(yīng)被削弱，所以拱效應(yīng)主要在中部產(chǎn)生，導(dǎo)致中部壩肩出現(xiàn)整體拉伸破壞。

當(dāng)爆心距R=10 m時(shí)(如圖4(c)所示)，傳播至壩體的爆炸沖擊荷載由于爆心距的進(jìn)一步增大而快速衰減，只產(chǎn)生輕微的爆炸成坑破壞，壩體下游面產(chǎn)生的拉伸損傷破壞深度約為壩體厚度的一半，不再與上游面損傷貫通。自由面附近由于氣穴沖切破壞產(chǎn)生一定損傷，但不再沿自由面擴(kuò)展成水平破壞帶，閘墩下游面及側(cè)向臨空面均出現(xiàn)輕微的局部拉伸破壞。中部壩肩出現(xiàn)整體拉伸破壞，破壞區(qū)域較R=5 m時(shí)增大，程度加重。

當(dāng)爆心距R=15 m時(shí)(如圖4(d)所示)，傳播至壩體表面的爆炸沖擊荷載已經(jīng)小于混凝土抗壓強(qiáng)度，不再產(chǎn)生爆炸成坑破壞，壩體下游面、閘墩下游面及進(jìn)水口折角處產(chǎn)生輕微的拉伸破壞，自由面處不再產(chǎn)生氣穴沖切破壞。中部壩肩出現(xiàn)整體拉伸破壞，但破壞程度較R=10 m時(shí)減小。

綜上所述，隨著爆心距的增大，大壩的主要損傷破壞形式逐漸改變，分別為爆炸成坑破壞(R=2 m)，局部拉伸破壞(R=5 m)和整體拉伸破壞(R=10 m)，隨著爆心距的繼續(xù)增大，壩體破壞逐漸減小(R=15 m)。

4水下爆炸沖擊荷載下壩后式廠房的破壞效應(yīng)

壩體是大體積混凝土，而廠房主要是由板梁結(jié)構(gòu)組成，其抗爆性能肯定沒有大體積混凝土強(qiáng)，且各發(fā)電設(shè)備對(duì)于爆炸沖擊波引起的振動(dòng)非常敏感，爆破振動(dòng)控制標(biāo)準(zhǔn)嚴(yán)格，所以壩后式廠房在爆炸沖擊荷載下的動(dòng)力響應(yīng)與破壞效應(yīng)也理應(yīng)成為我們的研究重點(diǎn)。當(dāng)TNT炸藥量為306 kg，起爆深度為10 m，起爆距離為5 m時(shí)，壩后式廠房的破壞過程如圖5所示。

圖5水下爆炸沖擊荷載作用下壩后式廠房損傷累計(jì)破壞

當(dāng)爆炸產(chǎn)生的沖擊波向壩體內(nèi)部傳播時(shí)，會(huì)衰減成一種壓縮應(yīng)力波，應(yīng)力波通過閘墩及溢洪道傳播至壩后式廠房，廠房下游邊墻上部受壓彎曲，底部出現(xiàn)拉應(yīng)力，并首先在下游邊墻底部正對(duì)爆源的位置出現(xiàn)局部拉伸破壞，如圖5(a)所示。當(dāng)應(yīng)力波傳遞至廠房右岸邊墻時(shí)，應(yīng)力波在臨空面反射形成強(qiáng)拉伸波，出現(xiàn)拉伸破壞，其正對(duì)的下游邊墻底部邊緣位置也出現(xiàn)局部拉伸破壞，此時(shí)在廠房左岸邊墻開始出現(xiàn)拉伸破壞，破壞的發(fā)展方向與溢洪道基本平行，如圖5(b)所示。隨著應(yīng)力的持續(xù)作用，廠房右岸邊墻的拉伸破壞區(qū)域沿溢洪道底部向上游擴(kuò)展，下游邊墻底部中心與邊緣的破壞區(qū)域連通，廠房左岸邊墻拉伸破壞區(qū)域有所增大，仍大致與溢洪道平行，同時(shí)在與廠房上游邊墻相交處反射形成拉伸波，產(chǎn)生豎直向拉伸破壞，如圖5(c)所示。從圖5(d)可以看出，廠房右岸邊墻的拉伸破壞區(qū)域最終擴(kuò)展至溢洪道與大壩連接的接頭處，下游邊墻底部的拉伸破壞區(qū)域則貫通廠房兩側(cè)，廠房右岸邊墻的損傷區(qū)域較圖5(c)稍有擴(kuò)展，并在與溢洪道底部相連的區(qū)域產(chǎn)生破壞，與左岸邊墻破壞位置對(duì)稱，但破壞比左岸邊墻要小。

綜上所述，在爆炸沖擊荷載下壩后式廠房主要因?yàn)榻Y(jié)構(gòu)整體動(dòng)力響應(yīng)導(dǎo)致破壞，破壞形式表現(xiàn)為局部拉伸破壞，其中下游邊墻底部的破壞較為嚴(yán)重，破壞區(qū)域貫通廠房兩側(cè)。廠房右岸邊墻的拉伸破壞明顯強(qiáng)于左岸邊墻，說明應(yīng)力波在臨空面反射形成強(qiáng)拉伸波，造成廠房破壞。

5結(jié)論

本文以某重力拱壩為原型，考慮混凝土高應(yīng)變率效應(yīng)，采用Lagrangian-Eulerian耦合方法建立水下爆炸沖擊下大壩-廠房-庫水-壩基全耦合模型，分析了水下爆炸沖擊荷載作用下重力拱壩及壩后式廠房的破壞效應(yīng)，比較了不同爆心距下大壩的損傷破壞形式。主要得到以下幾點(diǎn)結(jié)論：

(1) 水下爆炸沖擊荷載作用下的重力拱壩損傷破壞形式主要包括爆炸成坑破壞、氣穴沖切破壞、局部拉伸破壞和整體拉伸破壞。

(2) 進(jìn)水口和溢流表孔的存在削弱了壩體局部強(qiáng)度，壩體損傷破壞沿著溢流孔-進(jìn)水口-溢流孔形成的薄弱帶逐漸貫通，產(chǎn)生圓弧形破壞帶，同時(shí)拱效應(yīng)被削弱，拱效應(yīng)主要在壩體中部產(chǎn)生。

(3) 隨著爆心距的增大，大壩的主要損傷破壞形式逐漸改變，分別為爆炸成坑破壞、局部拉伸破壞和整體拉伸破壞，當(dāng)爆心距進(jìn)一步增大時(shí)，壩體破壞逐漸減小。

(4) 壩后式廠房在爆炸沖擊荷載下的破壞形式主要為局部拉伸破壞，下游邊墻底部的破壞較為嚴(yán)重，廠房右岸邊墻的拉伸破壞明顯強(qiáng)于左岸邊墻，說明應(yīng)力波在臨空面反射形成強(qiáng)拉伸波，造成廠房破壞。

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Damage Effects of Gravity Arch Dams and Powerhouse at Dam Toe Subjected to Underwater Explosion

JIN Liang， WANG Gaohui， LU Wenbo， CHEN Ming， YAN Peng

(StateKeyLaboratoryofWaterResourcesandHydropowerEngineeringScience，WuhanUniversity，Wuhan,Hubei430072，China)

Abstract：Because of the shock load of underwater explosion, the dynamic responses of dams with intake at dam body and powerhouse at dam toe can be very complicated. Focus on this problem, with the consideration of the high strain rate effect of concrete by shock load, this paper adopted a coupled Eulerian-Lagrangian method to develop a fully coupled dam-powerhouse-water-foundation model. Numerical analysis of the dynamic destruction process leads to the knowledge about the failure process and damage mechanism of gravity arch dams and powerhouses at dam toe. The results show that for concrete gravity arch dams the primary failure modes include crushing damage, punching shear failure, local tensile failure, and whole tensile failure. With the increase of blasting center distance, the main failure modes turn to the crushing damage, local tensile failure, and whole tensile failure. When blasting center distance continues to increase, the dam failure will diminish accordingly, the local strength and arch effect of dam body being weaken by the impact of the intake and overflow surface bay. For powerhouse at dam toe, the main failure mode by underwater explosion is local tensile failure due to the overall structure responses.

Keywords:gravity arch dam; powerhouse at dam toe; fully coupled model; underwater explosion; damage effects

文章編號(hào)：1672—1144(2016)01—0032—07

中圖分類號(hào)：TV642.4+4; TV731.1+1

文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

作者簡介：金亮(1991—),男，湖南永州人，碩士研究生，研究方向?yàn)楦邏慰贡踩u(píng)價(jià)。E-mail:liangjinten@126.com通訊作者：王高輝(1986—)，男，江西臨川人，師資博士后，主要從事高壩抗震和抗爆安全評(píng)價(jià)及關(guān)鍵技術(shù)研究。

基金項(xiàng)目：國家自然科學(xué)基金項(xiàng)目(51125037，51509189)；中國博士后科學(xué)基金資助項(xiàng)目(2015M572197)；中央高?；究蒲袠I(yè)務(wù)費(fèi)專項(xiàng)資金資助(2042015kf0001)

收稿日期：2015-10-11修稿日期：2015-12-04

DOI:10.3969/j.issn.1672-1144.2016.01.007

E-mail:wanggaohui@whu.edu.cn