重力壩均勻沖擊破壞模型試驗研究

顧培英， 鄧 昌， 肖仕燕， 湯 雷， 王 建

(1.南京水利科學研究院，南京 210029； 2.水利部水科學與水工程重點實驗室，南京 210029)

重力壩均勻沖擊破壞模型試驗研究

顧培英1,2， 鄧 昌1,2， 肖仕燕1,2， 湯 雷1,2， 王 建1,2

(1.南京水利科學研究院，南京 210029； 2.水利部水科學與水工程重點實驗室，南京 210029)

采用逐級遞增循環(huán)均勻沖擊加載方式，研究重力壩模型的破壞特征、自振頻率與模態(tài)振型變化規(guī)律、最大加速度響應(yīng)與沖擊能間關(guān)系。試驗表明，隨著沖擊能的增加，壩體依次出現(xiàn)砂漿掉皮、掉皮區(qū)擴大、上部細小裂縫、上部裂縫擴展及貫通、上部壩體斷裂、中部細小裂縫、中部裂縫擴展及貫通、中部壩體斷裂；自振頻率隨沖擊能增加而降低，沖擊后模態(tài)振型前二階變化較小，第三階變化較大；沖擊作用下壩頸最大加速度響應(yīng)最大；響應(yīng)趨勢與損傷程度有關(guān)，沖擊能逐漸增加，無損傷或損傷較輕部位響應(yīng)依次為增加、減小、變化不大或略有增加，損傷較重部位依次為略有降低、增加、減小、變化不大或略有增加。

沖擊荷載；振動；破壞；重力壩

大壩由于顯著的政治經(jīng)濟效益，一直是局部戰(zhàn)爭或恐怖襲擊重點攻擊對象。其安全防護一直是國家總體安全戰(zhàn)略重要組成部分。在恐怖襲擊及意外爆炸事件中，大壩可能遭受來自火箭彈、空投炸彈和洲際導彈的空中爆炸襲擊，也可能遭受來自魚雷、水雷和潛射導彈的水下爆炸襲擊。此外，大壩大多處于高烈度地震區(qū)，洪水、山體滑坡、滾石等災(zāi)害頻繁。對于建筑物也會受到偶然或人為引起的沖擊荷載作用，結(jié)構(gòu)或構(gòu)件表現(xiàn)出不同于常規(guī)荷載作用下的破壞特征及受力性能。為適應(yīng)城市對國防、反恐、治安、消防等需求，一些超高層建筑于屋頂設(shè)有直升機停機坪，所以設(shè)計時應(yīng)考慮直升機粗猛著陸時的沖擊載荷[1]。

理論研究、數(shù)值仿真的可信度有賴于假設(shè)條件及本構(gòu)模型的合理性，試驗研究仍為獲得結(jié)構(gòu)動態(tài)響應(yīng)及破壞特征參數(shù)的重要手段。國內(nèi)外對混凝土材料動態(tài)力學性能進行了大量試驗研究[2]。混凝土結(jié)構(gòu)或構(gòu)件沖擊性能試驗研究大多采用落錘沖擊方法。王新武等[3]通過跨中施加落錘沖擊荷載方法研究帶覆土無黏結(jié)部分預(yù)應(yīng)力混凝土梁的抗沖擊性能。張望喜等[4]利用輕氣炮裝置進行鋼管混凝土柱模型沖擊試驗，獲取構(gòu)件沖擊荷載下的應(yīng)變時程曲線和破壞形態(tài)。涂勁松等[5]對簡支鋼管混凝土跨中撓度進行了落錘沖擊試驗分析。任曉虎等[6-7]分別對高溫作用后的鋼管混凝土短柱、梁進行落錘沖擊試驗研究。施勁松等[8]采用φ100 mm分離式霍普金森壓桿裝置，對不同溫度后的混凝土進行沖擊壓縮實驗，分析了沖擊彈速和溫度對試件沖擊破碎能耗、破壞形態(tài)及碎塊分形維數(shù)的影響。李立軍等[9]也對鋼管混凝土抗側(cè)向沖擊性能及破壞特征進行了試驗研究。趙德博等[10]重點研究落錘沖擊質(zhì)量和沖擊速度對鋼筋混凝土梁抗沖擊性能的影響。

近年來也開展不少關(guān)于爆炸沖擊荷載試驗方面的研究，高福銀等[11]對金屬圓柱殼進行了側(cè)向爆炸沖擊動力屈曲實驗研究，分析了不同壁厚金屬圓柱殼在不同爆炸距離下的變形歷程、最終變形模式。紀沖等[12-13]研究了不同裝藥條件下的金屬圓柱殼變形破壞特征和模式。李國強等[14]通過現(xiàn)場爆炸試驗，分析不同炸藥當量、炸藥安置距離、試件軸壓比、混凝土強度等級、含鋼率等對鋼管混凝土柱變形性能的影響。李利莎等[15]針對底部固定、周邊無約束磚墻模型，通過爆炸震動沖擊試驗臺的三向單獨沖擊試驗，研究磚墻模型的動態(tài)響應(yīng)及破壞時加速度峰值、作用時間，得到爆炸沖擊震動作用下的磚墻破壞模式及閾值。李猛深等[16]利用爆炸壓力模擬器對鋼筋混凝土簡支梁進行爆炸沖擊實驗，分析了變形破壞特征、鋼筋作用機理和對變形破壞的影響。陳萬祥等[17]研究了鋼筋混凝土的鋼筋類型、配筋率及爆炸荷載峰值等因素對破壞形態(tài)、跨中位移、加速度及鋼筋應(yīng)變的影響。

黃小武等[18]通過室內(nèi)混凝土邊坡模型試驗，分析了爆炸荷載作用下預(yù)裂縫對巖質(zhì)邊坡應(yīng)力應(yīng)變的影響，以及不同延期時間下巖質(zhì)邊坡應(yīng)變峰值的變化。 張社榮等[19]通過混凝土重力壩水下爆炸和空中爆炸全耦合數(shù)值仿真模型，在對比分析不同介質(zhì)傳播特性的基礎(chǔ)上，研究水下和空中爆炸沖擊波對大壩動態(tài)響應(yīng)及損傷程度的影響。研究表明，水下爆炸沖擊荷載作用下混凝土重力壩動態(tài)響應(yīng)及損傷程度均比空中爆炸沖擊時大。此外，考慮炸藥、流體、結(jié)構(gòu)間的動態(tài)耦合及混凝土高應(yīng)變率效應(yīng)，采用SPH-FEM(Smooth Particle Hydmdynamics-Finite Element Method)耦合方法，其中SPH法模擬爆炸近區(qū)壩體大變形，F(xiàn)EM法模擬遠場壩體響應(yīng)，構(gòu)建混凝土重力壩水下接觸爆炸全耦合模型，對水下接觸爆炸下的大壩動態(tài)響應(yīng)及毀傷特性進行分析[20]。

混凝土結(jié)構(gòu)局部損傷與整體破壞間的關(guān)系一直是工程界研究熱點，顧培英等近幾年提出了一種基于重整化群理論的混凝土結(jié)構(gòu)整體安全評價方法[21-22]，對板式結(jié)構(gòu)沖擊破壞已開展了相關(guān)研究[23-24]。本文針對重力壩模型，通過均勻沖擊系列動荷載試驗，采用逐級遞增循環(huán)沖擊加載方式，重點研究沖擊荷載作用下模型壩的破壞特征，以及最大加速度響應(yīng)與沖擊能間的關(guān)系。此外，沖擊荷載作用后還進行了模態(tài)試驗，比較分析了結(jié)構(gòu)自振頻率、模態(tài)振型變化規(guī)律。

1 試驗方案

1.1 試件制備

本試驗?zāi)Ｐ湍M楓樹重力壩某壩段，制作3個砂漿模型(編號依次為D1、D2、D3)，模型尺寸為230 mm(壩段長)×630 mm(壩底厚)×750 mm(壩高)。通過攪拌機攪拌砂漿，在植有7根螺栓的鋼板上采用木模澆筑成型，保證砂漿壩體與鋼板間的良好錨固。通過模型材料力學性能試驗，測得重力壩模型彈性模量21.3 GPa，抗壓強度29.7 MPa，泊松比0.14。

1.2 試驗裝置

振動試驗裝置包括激勵裝置、傳感及信號放大設(shè)備、信號采集設(shè)備、信號分析系統(tǒng)。試驗選用自行設(shè)計的沖擊板、CA-YD-107加速度傳感器、INV-8 多功能抗混濾波放大器、INV306U-6260智能信號采集處理分析儀、DASP智能數(shù)據(jù)采集和信號分析系統(tǒng)。模態(tài)試驗選用MSC-1小彈性力錘。試驗中還需兼顧其他同步測試項目，如高速攝影、聲發(fā)射、應(yīng)變，此處略。

模型底鋼板與基礎(chǔ)底座鋼板通過螺栓固定連接，近似模擬壩基固定狀態(tài)。對重力壩模型迎水面施加均勻沖擊荷載，激勵裝置自行設(shè)計，為選擇更為合適的加載板，首先對D1壩進行預(yù)試驗，最后確定采用5塊230 mm(長)×140 mm(寬)×40 mm(厚)鋼板作為D2壩、D3壩的加載板，每塊加載板分別用2根角鋼懸吊，且懸吊高度一致，試驗中每塊加載板采用2只電磁鐵吸住，當5塊加載板調(diào)整到合適高度后10只電磁鐵同時斷電，以確保諸加載板同步?jīng)_擊模型。均勻沖擊激勵裝置照片、設(shè)計示意圖分別如圖1(a)、圖1(b)所示。

考慮加載板間的相互作用及擺臂變形、摩擦力等影響，應(yīng)用HX-3型高速攝像機測得各加載板接觸時刻及瞬時沖擊速度。結(jié)果表明，各加載板基本同時接觸加載面；一般情況下沖擊速度差異不大，可近似認為沖擊力均勻，根據(jù)沖擊速度、加載板質(zhì)量計算沖擊能，加載板提升高度與平均沖擊能關(guān)系曲線如圖2所示，為便于定位不同沖擊能對應(yīng)的加載板位置，圖中加載板提升高度h以板內(nèi)側(cè)邊緣為基準(與重心高度略有差異)，共5組工況，分別對應(yīng)著加載板提升高度h為150 mm、300 mm、450 mm、600 mm、750 mm。擺臂沖擊能較小，約為加載板的5.13%，故忽略其影響。由于D1壩為預(yù)試驗，所以重點分析D2壩、D3壩的試驗結(jié)果。由圖2可知，D3壩工況1、工況2沖擊能比D2壩大，分別大15.5%、7.6%；工況3相近；工況4、工況5沖擊能比D2壩小，分別小10.0%、5.1%。

(a) 照片

(b) 設(shè)計示意圖

模型壩水平方向布置6只加速度傳感器(編號為1#～6#)，分別位于壩頂、下游面中心位置，為便于了解豎向加速度影響，在壩頂、底座處豎向各布置1只加速度傳感器(編號為7#、8#)，如圖3所示。圖中照片還包括聲發(fā)射傳感器、高速攝像靶標、動態(tài)應(yīng)變測量系統(tǒng)，研究結(jié)果將另文發(fā)表，此處略。

圖2 加載板提升高度與平均沖擊能關(guān)系曲線

Fig.2 Relationship between lifting height and average impact energy of load plate

2 試驗結(jié)果及分析

2.1 破壞特征分析

本文研究沖擊破壞問題，結(jié)構(gòu)非線性不容忽視，所以加載過程至關(guān)重要，采用逐級遞增循環(huán)沖擊加載方式，加載過程及破壞描述如表1所列，斷裂破壞形態(tài)如圖4、圖5所示。

根據(jù)表1、圖4和圖5，并結(jié)合試驗過程可知，當沖擊能較小時，加載面附近局部砂漿掉皮;隨著沖擊能增加，砂漿掉皮區(qū)域擴大，同時壩體上部出現(xiàn)細小裂縫，沖擊能進一步增加，上部裂縫長度延伸、寬度增加、裂縫貫通，上部壩體斷裂;若初次斷裂位置位于壩頸，移除壩頭破壞體后，仍繼續(xù)增加沖擊能，則壩體中部出現(xiàn)細小裂縫，再次沖擊，則壩體中部裂縫長度延伸、寬度增加、裂縫貫通，最后中部壩體斷裂。

D2壩斷裂一處，斷裂位置位于2#加載區(qū)中下部，若繼續(xù)沖擊，只能3#～5#加載板施加沖擊，沖擊能不夠，所以停止試驗。D3壩初次斷裂于壩頭，之后2#～5#加載板繼續(xù)施加沖擊，再次斷裂位于壩體中部。

(a)加載面(b)加速度傳感器布置圖(c)壩段右斷面照片(d)壩段左斷面及下游面照片

表1 加載過程及破壞描述

(a) 斷裂破壞照片

(b) 移除上部破壞體照片

(c) 右斷面和下游面裂縫圖

(d) 左斷面和上游面裂縫圖

(a) 初次斷裂破壞照片

(b) 最終斷裂破壞體照片

(c) 右斷面和下游面裂縫圖

(d) 左斷面和上游面裂縫圖

圖5 D3壩斷裂破壞形態(tài)

Fig.5 Break failure shapes of D3 dam

相對而言，D3壩比D2壩破壞嚴重。除了可能的模型制作差異外，主要是由于前二組工況D3壩沖擊能偏大，D3壩累積損傷較重。

2.2 自振頻率及模態(tài)振型分析

對壩體初始狀態(tài)及每次沖擊后均進行了模態(tài)試驗，自振頻率列于表2。由表2可知，隨著沖擊能增加，各階自振頻率降低，D2壩、D3壩降低幅度分別為初始狀態(tài)下的0.5%～13.8%、6.0%～15.7%。由于D3壩前二組工況沖擊能偏大，損傷及累積損傷較重，因而自振頻率降低幅度也偏大。

表2 壩體初始狀態(tài)及斷裂前各工況沖擊后的自振頻率

D2、D3初始狀態(tài)及斷裂前各工況沖擊后的模態(tài)振型曲線分別如圖6、圖7所示。一階振型是近似以壩基為固端的橫向擺動；二階振型是近似以壩高中部為節(jié)點的橫向擺動，上部模態(tài)值相對較大；三階振型是近似以壩基為固端、壩高中上部為節(jié)點的橫向彎曲。由于基礎(chǔ)底座與地面通過角鋼連接，底座及壩基具有一定的彈性，非理想中的固定狀態(tài)，這對一階、三階振型影響不大，但對二階振型影響較大。

(a) 第一階

(b) 第二階

(c) 第三階

(a) 第一階

(b) 第二階

(c) 第三階

D2、D3壩沖擊后的模態(tài)振型曲線與初始狀態(tài)相比，前二階變化較小，尤其是沖擊能較小時(即工況1后、工況2后)，第三階模態(tài)振型曲線變化較大。D3工況3后模態(tài)振型曲線變化偏大，尤其是第三階，這與D3累積損傷較重有關(guān)。

2.3 加速度響應(yīng)分析

圖8為典型均勻沖擊作用下加速度響應(yīng)時程曲線。根據(jù)圖8，大多數(shù)測點加速度響應(yīng)分三組響應(yīng)區(qū)，三組響應(yīng)時間相近，D2、D3各測點響應(yīng)總時間平均為29 ms。

最大加速度響應(yīng)與沖擊能關(guān)系曲線如圖9所示。根據(jù)圖9曲線趨勢可知，D2、D3壩規(guī)律相似，相對于壩基6#測點而言，自壩基向上最大加速度響應(yīng)有所增加，至壩高中部附近響應(yīng)略有降低，后又迅速增加，于壩頸截面突變處達2#測點最大，至壩頂大多數(shù)響應(yīng)迅速減小。D2、D3壩頸最大加速度響應(yīng)分別為423.7g、478.4g，平均為451.1g。

圖8 典型均勻沖擊作用下加速度響應(yīng)時程曲線

Fig.8 Time history curve of acceleration response by uniform shock

(a) D2

(b) D3

Fig.9 Relationship between the maximum of acceleration response and impact energy

根據(jù)圖9(a)可知，D2壩沖擊能較小時，加速度響應(yīng)隨沖擊能增加而增加，沖擊能達一定程度后，加速度響應(yīng)減小，沖擊能繼續(xù)增加，除壩頸及其下一個(即2#、3#)測點除外，其他響應(yīng)變化不大或略有增加。根據(jù)圖9(b)可知，D3壩頂及下部加速度響應(yīng)規(guī)律與D2壩相似，即沖擊能較小時，響應(yīng)隨沖擊能增加而增加，沖擊能達一定程度后，加速度響應(yīng)減小，沖擊能繼續(xù)增加，壩體下部響應(yīng)又略有增加(此時壩頂已斷裂)；D3壩體中部及上部加速度響應(yīng)隨沖擊能增加而略有降低，沖擊能繼續(xù)增加，響應(yīng)又會增加，沖擊能達一定程度后，加速度響應(yīng)減小，繼續(xù)增加沖擊能，響應(yīng)變化不大或略有增加。該規(guī)律是由壩體破壞特征決定的，D2、D3壩差異主要是因為D3壩工況1、工況2沖擊能比D2大，D3累積損傷較重，尤其是壩頸部位。

總的來說，最大加速度響應(yīng)趨勢跟壩體部位損傷程度有關(guān)，對于無損傷或損傷較輕部位，沖擊能較小時，加速度響應(yīng)隨沖擊能增加而增加，沖擊能達一定程度后，加速度響應(yīng)減小，沖擊能繼續(xù)增加，大多數(shù)響應(yīng)變化不大或略有增加；對于損傷較重部位，沖擊能較小時，加速度響應(yīng)隨沖擊能增加而略有降低，沖擊能繼續(xù)增加，響應(yīng)又會增加，沖擊能達一定程度后，加速度響應(yīng)減小，繼續(xù)增加沖擊能，響應(yīng)變化不大或略有增加。

3 結(jié) 論

本文通過自行設(shè)計的均勻沖擊荷載試驗裝置，采用逐級遞增循環(huán)沖擊加載方式，研究系列沖擊荷載作用下砂漿重力壩模型的破壞特征、結(jié)構(gòu)自振頻率與模態(tài)振型變化規(guī)律、最大加速度響應(yīng)與沖擊能關(guān)系。主要結(jié)論如下：

(1) 沖擊能較小時，加載面附近局部砂漿掉皮，隨著沖擊能增加，砂漿掉皮區(qū)域擴大，同時壩體上部出現(xiàn)細小裂縫，沖擊能進一步增加，上部裂縫長度延伸、寬度增加、裂縫貫通，上部壩體斷裂，若初次斷裂位于壩頭，移除破壞體后，仍繼續(xù)增加沖擊能，則壩體中部出現(xiàn)細小裂縫，再次沖擊，則中部裂縫長度延伸、寬度增加、裂縫貫通，最后中部壩體斷裂。

(2) 自振頻率隨著沖擊能增加而降低，降低幅度為初始狀態(tài)下的0.5%～15.7%。相對于初始狀態(tài)，沖擊后的模態(tài)振型曲線前二階變化較小，尤其是沖擊能較小時，第三階模態(tài)振型曲線變化較大。

(3) 加速度響應(yīng)時程曲線分三組響應(yīng)區(qū)，三組響應(yīng)時間相近，總時間平均29 ms。相對于壩基而言，壩基向上最大加速度響應(yīng)有所增加，至壩高中部附近響應(yīng)略有降低，后又迅速增加，于壩頸處達最大，平均為451.1g，至壩頂又迅速減小。最大加速度響應(yīng)趨勢跟壩體部位損傷程度有關(guān)，對于無損傷或損傷較輕部位，沖擊能較小時，加速度響應(yīng)隨沖擊能增加而增加，沖擊能達一定程度后，加速度響應(yīng)減小，沖擊能繼續(xù)增加，大多數(shù)響應(yīng)變化不大或略有增加；對于損傷較重部位，沖擊能較小時，加速度響應(yīng)隨沖擊能增加而略有降低，沖擊能繼續(xù)增加，響應(yīng)又會增加，沖擊能達一定程度后，加速度響應(yīng)減小，仍繼續(xù)增加沖擊能，響應(yīng)變化不大或略有增加。

[1] 軍用永備直升機機場場道工程建設(shè)標準:GJB 3502—1998[S]. 北京:中國人民解放軍總后勤部，1998.

[2] 寧建國，商霖，孫遠翔. 混凝土材料沖擊特性的研究[J]. 力學學報，2006, 38(2):199-208.

NING Jianguo, SHANG Lin, SUN Yuanxiang. Investigation on impact behavior of concrete[J]. Chinese Journal of Theoretical and Applied Mechanics, 2006, 38(2):199-208.

[3] 王新武，李硯召. 帶覆土預(yù)應(yīng)力混凝土梁抗沖擊試驗[J]. 華中科技大學學報(自然科學版)，2008, 36(9):113-116.

WANG Xinwu, LI Yanzhao. Experimental study on anti-impact properties of a partially prestressed concrete beam with covering soil[J]. Journal of Huazhong University of Science and Technology (Nature Science), 2008, 36(9):113-116.

[4] 張望喜，單建華，陳榮，等. 沖擊荷載下鋼管混凝土柱模型力學性能試驗研究[J]. 振動與沖擊，2006, 25(5):96-101.

ZHANG Wangxi, SHAN Jianhua, CHEN Rong, et al. Experimental research on mechanical behavior of concrete filled steel tubes model under impact load[J]. Journal of Vibration and Shock, 2006, 25(5):96-101.

[5] 涂勁松，穆啟華，李珠，等. 鋼管混凝土側(cè)向沖擊荷載下的變形分析及簡化計算[J]. 太原理工大學學報，2007, 38(2):156-159.

TU Jinsong, MU Qihua, LI Zhu, et al. Deformation analysis and simplifying computation of concrete-filled steel tube under lateral impact load[J]. Journal of Taiyuan University of Technology, 2007, 38(2):156-159.

[6] 任曉虎，霍靜思，陳柏生. 高溫后鋼管混凝土短柱落錘動態(tài)沖擊試驗研究[J]. 振動與沖擊，2011, 30(11):67-73.

REN Xiaohu, HUO Jingsi, CHEN Baisheng. Dynamic behaviors of concrete-filled steel tubular stub columns after exposure to high temperature[J]. Journal of Vibration and Shock, 2011, 30(11):67-73.

[7] 任曉虎，霍靜思，陳柏生. 火災(zāi)下鋼管混凝土梁落錘沖擊試驗研究[J]. 振動與沖擊，2012, 31(20):110-115.

REN Xiaohu, HUO Jingsi, CHEN Baisheng. Anti-impact behavior of concrete-filled steel tubular beams in fire[J]. Journal of Vibration and Shock, 2012, 31(20):110-115.

[8] 施勁松，許金余，任韋波，等. 高溫后混凝土沖擊破碎能耗及分形特征研究[J]. 兵工學報，2014, 35(5):703-710.

SHI Jinsong, XU Jinyu, REN Weibo, et al. Research on energy dissipation and fractal characteristics of concrete after exposure to elevated temperatures under impact loading[J]. Acta Armamentarii, 2014, 35(5):703-710.

[9] 李立軍，王蕊. 鋼管混凝土結(jié)構(gòu)構(gòu)件耐撞性能的試驗研究[J]. 北京理工大學學報，2012, 32(10):1018-1021.

LI Lijun, WANG Rui. Experimental study on the impact resistance property of concrete filled steel tubes[J]. Transactions of Beijing Institute of Technology, 2012, 32(10):1018-1021.

[10] 趙德博，易偉建. 鋼筋混凝土梁抗沖擊性能和設(shè)計方法研究[J]. 振動與沖擊，2015, 34(11):139-145.

ZHAO Debo, YI Weijian. Anti-impact behavior and design method for RC beams[J]. Journal of Vibration and Shock, 2015, 34(11):139-145.

[11] 高福銀，龍源，紀沖，等. 側(cè)向爆炸荷載下金屬圓柱殼動力屈曲模態(tài)的實驗研究[J]. 振動與沖擊，2013, 32(24):117-121.

GAO Fuyin, LONG Yuan, JI Chong, et al. Test for dynamic buckling modes of a metallic cylindrical shell subjected to lateral explosion[J]. Journal of Vibration and Shock, 2013, 32(24):117-121.

[12] 紀沖，徐全軍，萬文乾，等. 鋼質(zhì)圓柱殼在側(cè)向爆炸荷載下的動力響應(yīng)[J]. 爆炸與沖擊，2014, 34(2):137-144.

JI Chong, XU Quanjun, WAN Wenqian, et al. Dynamic responses of steel cylindrical shells under lateral explosion loading[J]. Explosion and Shock Waves，2014, 34(2):137-144.

[13] 紀沖，龍源，劉影，等. 充液及內(nèi)空圓柱殼在爆炸荷載下動力屈曲特性研究[J]. 振動與沖擊，2014, 33(2):76-80.

JI Chong, LONG Yuan, LIU Ying, et al. Dynamic buckling of liquid-filled and hallow thin-wall cylindrical shells subjected to explosion loading[J]. Journal of Vibration and Shock, 2014, 33(2):76-80.

[14] 李國強，瞿海雁，楊濤春，等. 鋼管混凝土柱抗爆性能試驗研究[J]. 建筑結(jié)構(gòu)學報，2013, 34(12):69-76.

LI Guoqiang, QU Haiyan, YANG Taochun, et al. Experimental study of concrete-filled steel tubular columns under blast loading[J]. Journal of Building Structures, 2013, 34(12):69-76.

[15] 李利莎，張洪海，謝清糧，等. 磚墻抗爆炸沖擊震動效應(yīng)模型試驗研究[J]. 振動與沖擊，2015, 34(2):204-209.

LI Lisha, ZHANG Honghai, XIE Qingliang, et al. Model experiments on blast shock vibration resistance of masonry wall[J]. Journal of Vibration and Shock, 2015, 34(2):204-209.

[16] 李猛深，李杰，李宏，等. 爆炸荷載下鋼筋混凝土梁的變形和破壞[J]. 爆炸與沖擊，2015, 35(2):177-183.

LI Mengshen, LI Jie, LI Hong, et al. Deformation and failure of reinforced concrete beams under blast loading[J]. Explosion and Shock Waves, 2015, 35(2):177-183.

[17] 陳萬祥，盧紅標，候小偉，等. 高強鋼筋加強混凝土板抗爆性能試驗研究[J]. 振動與沖擊，2015, 34(10):135-141.

CHEN Wanxiang, LU Hongbiao, HOU Xiaowei, et al. Tests for anti-blast performance of concrete slabs with high-strength reinforcements under blast loading[J]. Journal of Vibration and Shock, 2015, 34(10):135-141.

[18] 黃小武，鐘冬望，殷秀紅，等. 混凝土邊坡爆破試驗動態(tài)應(yīng)變測試及分析術(shù)[J]. 爆破，2014, 31(2):32-36.

HUANG Xiaowu, ZHONG Dongwang, YIN Xiuhong, et al. Dynamic strain test and analysis of concrete slope blasting test[J]. Blasting, 2014, 31(2):32-36.

[19] 張社榮，孔源，王高輝. 水下和空中爆炸時混凝土重力壩動態(tài)響應(yīng)對比分析[J]. 振動與沖擊，2014, 33(17):47-54.

ZHANG Sherong, KONG Yuan, WANG Gaohui. Dynamic responses of a concrete gravity dam subjected to underwater and air explosions[J]. Journal of Vibration and Shock, 2014, 33(17):47-54.

[20] 張社榮，孔源，王高輝，等. 混凝土重力壩水下接觸爆炸下的毀傷特性分析[J]. 水利學報，2014, 45(9):1057-1065.

ZHANG Sherong, KONG Yuan, WANG Gaohui, et al. Damage characteristic analysis of concrete gravity dams subjected to underwater contact explosion[J]. Journal of Hydraulic Engineering, 2014, 45(9):1057-1065.

[21] 顧培英，黃勤紅，鄧昌，等. 基于重整化群的水工混凝土結(jié)構(gòu)整體破壞概率研究[J]. 水利水運工程學報，2010(4):1-5.

GU Peiying, HUANG Qinhong, DENG Chang, et al. Damage probability of hydraulic concrete structure based on renormalization group theory[J]. Hydro-Science and Engineering,2010(4):1-5.

[22] GU Peiying, DENG Chang, TANG Lei. Determination of local damage probability in concrete structure[J]. Procedia Engineering,2012,28:489-493.

[23] 顧培英，鄧昌，章道生, 等. 砂漿板沖擊破壞試驗研究[J]. 振動與沖擊，2015, 34(6):177-182.

GU Peiying, DENG Chang, ZHANG Daosheng, et al. Damage tests for a cement mortar plate under shock load[J]. Journal of Vibration and Shock, 2015, 34(6):177-182.

[24] 章道生，顧培英，鄧昌，等. 砂漿板沖擊荷載下聲發(fā)射定位試驗研究[J]. 科學技術(shù)與工程，2015,15(9):56-62.

ZHANG Daosheng, GU Peiying, DENG Chang, et al. Test study on acoustic emission location of cement mortar plate by shock load[J]. Science Technology and Engineering, 2015,15(9):56-62.

Damage model tests for a gravity dam under uniform shock load

GU Peiying1,2, DENG Chang1,2, XIAO Shiyan1,2, TANG Lei1,2, WANG Jian1,2

(1. Nanjing Hydraulic Research Institute, Nanjing 210029, China; 2. Key Laboratory of Water Science and Engineering, Ministry of Water Resources, Nanjing 210029, China)

Adopting cyclic uniform shocks with increase in amplitude, the failure features, the change laws of natural frequencies and modal shapes, and the relationship between the maximum acceleration response and impact energy of a gravity dam were studied. The test results showed that phenomena including cement mortar scaling, scaling region enlarging, minor cracks at upper part, upper part cracks enlarging and penetrating, upper part breaking, minor cracks at middle part, middle part cracks enlarging and penetrating, and middle part breaking appear in proper order; natural frequencies decrease with increase in impact energy; changes of the first two modal shapes are smaller after shock, the third modal shape has a larger change; the location of the maximum acceleration response is dam neck; the change tendency of the maximum acceleration response is related to the damage level; with increase in impact energy, the acceleration responses at locations with no or slight damage, increase, decrease, change slightly or increase slightly in order; the acceleration responses at locations with a more heavy damage decrease, increase, decrease, change slightly or increase slightly in order.

shock load; vibration; damage; gravity dam

國家自然科學基金資助項目(51179107)

2015-10-23 修改稿收到日期：2016-03-08

顧培英 女，博士，高級工程師，1968年生

TV32

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10.13465/j.cnki.jvs.2017.09.003