Orthotropic Material and Anisotropic Damage Mechanics Approach for Numerically Seismic Assessment of Arch Dam-Reservoir-Foundation System

Abstract

In contrast with modeling of the contraction joints, the performance and influence of lift joints are usually neglected in numerical analysis of concrete arch dams. In this paper, the seismic nonlinear response of a concrete arch dam– reservoir–foundation system is investigated with considering the effects of lift joints using orthotropic-based material. An anisotropic damage mechanics approach is introduced and modified to take into account the effects of weak horizontal planes between concrete lifts during the construction phase. This model is capable to consider the pre-softening behavior, the softening initiation criterion and anisotropic cracking behavior in mass concrete. The coupled equation of motion in dam–reservoir system is solved by staggered displacement method while the foundation rock is assumed as a mass-less and rigid mediums. The coupled system is excited using three-component ground motion in the maximum credible level. It is found that using orthotropic-based material increases crest displacements and also leads to more damage in the dam body in comparison with the case using the common isotropic-based material.В отличие от моделирования усадочных швов, при численном анализе бетонных арочных плотин работа и влияние строительных швов обычно не учитываются. Исследуется сейсмическая нелинейная реакция системы (бетонная) арочная плотина–резервуар–основание с учетом действия строительных швов на основе ортотропного материала. Представленный анизотропный подход к механике повреждения изменен для учета слабых горизонтальных плоскостей между слоями бетона в процессе строительства. Эта модель допускает учет характеристики предварительного размягчения, критерия возникновения размягчения и характеристики анизотропного растрескивания. С помощью метода ступенчатых перемещений, предполагая, что скальное основание состоит из невесомых жестких тел, решена система связанных уравнений движения в системе плотина–резервуар. Движение грунта по трехкомпонентной технологии возбуждает данную систему на максимально вероятном уровне. Обнаружено, что использование ортотропного материала увеличивает смещение гребня плотины и, как следствие, повреждение тела плотины в большей степени по сравнению с использованием распространенного изотропного материала.На відміну від моделювання усадкових швів, при чисельному аналізі бетонних арочних гребель робота і вплив будівельних швів зазвичай не враховуються. Досліджується сейсмічна нелінійна реакція системи (бетонна) арочна гребля–резервуар–основа з урахуванням дії будівельних швів на основі ортотропного матеріалу. Представлений анізотропний підхід до механіки руйнування змінено для урахування слабких горизонтальних площин між шарами бетону в процесі будівництва. Ця модель допускає урахування характеристики попереднього розм’якшення, критерію виникнення розм’якшення і характеристики анізотропного розтріскування. За допомогою методу східчастих переміщень, припускаючи, що скельову основу складають невагомі жорсткі тіла, розв’язано систему зв’язаних рівнянь руху в системі гребля–резервуар. Рух ґрунту за трикомпонентною технологією збуджує дану систему на максимально імовірному рівні. Установлено, що використання ортотропного матеріалу збільшує зміщення гребеня греблі і, як наслідок, пошкодження тіла греблі в більшій мірі порівняно з використанням розповсюдженого ізотропного матеріалу