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近年来,随着碾压混凝土筑坝技术的迅速发展,国内出现了一批百米级的高碾压混凝土坝。然而,由于碾压混凝土坝分层浇筑施工的特点,会在坝身上形成诸多软弱层面结构,因此,针对泄流激励作用下的碾压混凝土坝动力响应及损伤识别研究,对于坝体运行安全有着重要的意义。 本文利用数值模型模拟、水弹模型试验、理论方法改进等方式,针对高碾压混凝土坝多损伤条件下泄流诱发振动规律、成层结构模型模拟方式、实测响应信号滤波降噪及模态识别、坝体多损伤识别方法进行了研究。 本文主要研究内容与成果为: 1)通过数值模拟的途径,利用折减弹模、接触单元模拟了碾压成层与裂缝两种损伤;推导了脉动压力功率谱密度反演脉动压力荷载的过程,实测功率谱反演脉压主频0.322Hz与原主频0.313Hz吻合;变化碾压成层的弹模、厚度、层数等参数研究发现,弹模折减10%、厚度1m、成层数量8时,坝体动位移均方根最大;建立四种损伤模型,发现各模型的拱冠梁及坝顶拱圈动位移响应规律与常态混凝土拱坝一致;同时存在裂缝与成层损伤时,会加大坝身振动响应。 2)水弹模型是研究坝体动力响应特性的有效手段。本文总结碾压成层结构的6条特性,根据橡胶黏合特性,提出了3种模拟方式;制作5个橡胶试件模型,由幅值/相位-频率曲线发现,成层结构使得试件的三阶模态发生相位波动变化;成层试件三基频6.078Hz低于无损伤试件一基频6.473Hz,且振型系数增大;最后根据模拟方式三建立了带成层结构的重力坝水弹模型。 3)本文针以往滤波降噪方法的不足之处,提出基于CEEMD+小波包阈值的组合滤波降噪方法,针对向家坝消力池内带成层导墙模型信号滤波,其信噪比SNR13.006,相关系数0.9747,降噪效果最好;引入一种新模态参数识别方法—数据相关特征系统实现法(ERA/DC),悬臂梁数模噪声信号识别误差3%以下,优于 ERA方法;将该套方法对锦屏一级拱坝实测信号滤波,识别基频1.786Hz,取得较好实际运用效果;针对水弹模型识别结果与锤击法、有限元也相符合。 4)碾压层面是碾压混凝土坝的薄软环节。本文利用多种动力指纹技术进行坝体成层/裂缝的多损伤识别;基于 Bayes融合理论,融合数值模型动应变响应的动力指纹,表明成层损伤需要5个以上指纹使得测点3、4的正确的判断结果超过90%,而裂缝损伤识别仅用4个指纹即达到同样效果,同时使易发生误判的11测点识别概率降低至12.1%以下,增加了识别的准确性。