According to deformation data measured in some high concrete dams, for dam body deformation, there is a complex relationship with dam height and water head for different projects, instead of a simple monotonic relationship consistently. Meanwhile, settlement data of some large reservoirs exhibit a significant deformation of reservoir basin. As water conservancy project with high concrete dam and large storage capacity increase rapidly these decades, reservoir basin deformation problem has gradually gained engineers' attentions. In this paper, based on conventional analytical method, an improved analytical method for high concrete dam is proposed including the effect of reservoir basin deformation. Though establishing FEM models of two different scales covering reservoir basin and near dam area respectively, influence of reservoir basin on dam body is simulated. Then, forward and inverse analyses of concrete dam are separately conducted with conventional and proposed analytical methods. And the influence of reservoir basin deformation on dam working behavior is evaluated. The results of two typical projects demonstrate that reservoir basin deformation will affect dam deformation and stress to a certain extent. And for project with large and centralized water capacity ahead of dam site, the effect is more significant than those with a slim-type reservoir. As a result, influence of reservoir basin should be taken into consideration with conducting analysis of high concrete dam with large storage capacity.
한국지진공학회 1997년도 추계 학술발표회 논문집 Proceedings of EESK Conference-Fall 1997
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pp.132-132
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1997
The influence of the dam-reservoir interaction on the seismic response of concrete dam is studied. The dam body is assumed to behave elastically and modeled by FEM. The impounded water is assumed to be inviscid and compressible fluid and modeled by BEM. The seismic response of dam-reservoir system is analyzed by coupling two regions : the dam body and reservoir.
Sevim, Baris;Bayraktar, Alemdar;Altunisik, Ahmet Can
Structural Engineering and Mechanics
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제37권6호
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pp.593-615
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2011
This study determines the water length effects on the modal behavior of a prototype arch dam using Operational and Analytical Modal Analyses. Achievement of this purpose involves construction of a prototype arch dam-reservoir-foundation model under laboratory conditions. In the model, reservoir length was taken to be as much as three times the dam height. To determine the experimental dynamic characteristics of the arch dam using Operational Modal Analysis, ambient vibration tests were implemented for empty reservoir and three different reservoir water lengths. In the ambient vibration tests, the dam was vibrated by natural excitations provided from small impact effects and the response signals were measured using sensitive accelerometers. Operational Modal Analysis software process signals collected from the ambient vibration tests, and Enhanced Frequency Domain Decomposition and Stochastic Subspace Identification techniques estimated modal parameters of the dams. To validate the experimental results, 3D finite element model of the prototype arch dam was modeled by ANSYS software for empty reservoir and three different reservoir water lengths, and dynamic characteristics of each model were determined analytically. At the end of the study, experimentally and analytically identified dynamic characteristics compared to each other. Also, changes on the natural frequencies along to water length are plotted as graphs. Results suggest that reservoir water complicates the modal behavior of the arch dam significantly.
Two seismic response data from the CSMIP strong motion instrumentation of Pacoima dam are selected: San Fernando earthquake (Jan 13, 2001; ML=4.3) and Newhall earthquake (Sept. 1, 2011; ML=4.2), for the identification of the dam system. To consider the spatially nonuniform input ground motion along the dam abutment, the subspace identification technique with multiple-input and multiple-output is used to extract the dynamic behavior of the dam-reservoir interaction system. It is observed that the dam-reservoir interaction is significant from the identification of San Fernando earthquake data. The influence of added mass (from the reservoir) during strong ground motion will create a tuned-mass damper phenomenon on the dam body. The fundamental frequency of the dam will be tuned to two different frequencies but with the same mode shapes. As for the small earthquake event, the dam-reservoir interaction is insignificant.
The dynamic model test of dam-reservoir coupling system for a 203m high gravity dam is performed to investigate effects of reservoir water on dynamic responses of dam during earthquake. The hydrodynamic pressure under condition of full reservoir, natural frequencies and acceleration amplification factors along the dam height under conditions of full and empty reservoir are obtained from the test. The results indicate that the reservoir water have a stronger influence on the dynamic responses of dam. The measured natural frequency of the dam model under full reservoir is 21.7% lower than that of empty reservoir, and the acceleration amplification factor at dam crest under full reservoir is 18% larger than that under empty reservoir. Seismic dynamic analysis of the gravity dams with five different heights is performed with the Fluid-Structure Coupling Model (FSCM). The hydrodynamic pressures from Westergaard formula are overestimated in the lower part of the dam body and underestimated in its upper part to compare with those from the FSCM. The underestimation and overestimation are more significance with the increase of the dam height. The position of the maximum hydrodynamic pressure from the FSCM is raised with the increase of dam height. In view of the above, the Westergaard formula is modified with consideration in the influence of the height of dam, the elasticity of dam on the hydrodynamic pressure. The solutions of modified Westergaard formula are quite coincident with the hydrodynamic pressures in the model test and the previous report.
This paper deals with the study of hydrodynamic pressure in reservoir adjacent to the concrete gravity dam subjected to dynamic excitation. Widely famous finite element method is used to discretize the reservoir domain for modelling purpose. Pressure is considered as nodal variable following Eulerian approach. A suitable nonreflecting boundary condition is applied at truncated face of reservoir to make the infinite reservoir to finite one for saving the computational cost. Thorough studies have been done on generation of hydrodynamic pressure in reservoir with variation of different geometrical properties. Velocity profile and hydrodynamic pressure are observed due to harmonic excitation for variation of inclination angle of dam reservoir interface. Effect of bottom slope angle and inclined length of reservoir bottom on hydrodynamic pressure coefficient of reservoir are also observed. There is significant increase in hydrodynamic pressure and distinct changes in velocity profile of reservoir are noticeable for change in inclination angle of dam reservoir interface. Change of bottom slope and inclined length of reservoir bottom are also governing factor for variation of hydrodynamic pressure in reservoir subjected to dynamic excitation.
Ziaolhagh, Seyed Hamid;Goudarzi, Meghdad;Sani, Ahmad Aftabi
Coupled systems mechanics
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제5권1호
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pp.59-86
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2016
This paper deals with the free vibration analysis of a dynamical coupled system: flexible gravity dam- compressible rectangular reservoir. The finite element method is used to compute the natural frequencies and modal shapes of the system. Firstly, the reservoir and subsequently the dam is modeled by classical 8-node elements and the natural frequencies plus modal shapes are calculated. Afterwards, a new 21-node element is introduced and the same procedure is conducted in which an efficient method is employed to carry out the integration operations. Finally, the coupled dam-reservoir system is modeled by solely one 21-node element and the free vibration of dam-reservoir interaction system is investigated. As an important result, it is clearly concluded that the one high-order element treats more precisely than the eight-node elements, since the first one utilizes fifth-degree polynomials to construct the shape functions and the second implements polynomials of degree two.
Time dependent creep settlements are one of the most important causes of material deteriorations for the huge water structures such as concrete faced rockfill dams (CFRDs). For this reason, performing creep analyses of CFRDs is vital important for monitoring and evaluating of the future and safety of such dams. In this study, it is observed how changes viscoplastic behaviour of a CFR dam depending the time. Ilısu dam that is the longest concrete faced rockfill dam (1775 m) in the world is selected for the three dimensional (3D) analyses. 3D finite difference model of Ilısu dam is modelled using FLAC3D software based on the finite difference method. Two different special creep material models are considered in the numerical analyses. Wipp-creep viscoplastic material model and burger-creep viscoplastic material model were rarely used for the creep analyses of CFRDs in the last are taken into account for the concrete slab and rockfill materials-foundation, respectively. Moreover, interface elements are defined between the concrete slab-rockfill materials and rockfill materials-foundation to provide interaction condition for 3D model. Firstly, dam and foundation are collapsed under its self-weight and static behaviour of the dam is evaluated for the empty reservoir conditions. Then, reservoir water is modelled considering maximum water level of the dam and time-dependent creep analyses are performed for maximum reservoir condition. In this paper, maximum principal stresses, vertical-horizontal displacements and pore pressures that may occur on the dam body surface during 30 years (from 2017 to 2047) are evaluated in detail. According to numerical analyses, empty and maximum reservoir conditions of Ilısu dam are compared with each other in detail. 4 various nodal points are selected under the concrete slab to better seen viscoplastic behaviour changes of the dam and viscoplastic behaviour differences of these points during 30 years are graphically presented. It is clearly seen that horizontal-vertical displacements and principal stresses for maximum reservoir condition are more than the empty reservoir condition of the dam and significant pore pressures are observed during 30 years for maximum reservoir condition. In addition, horizontal-vertical displacements, principal stresses and pore pressures for 4 nodal points obviously increased until a certain time and changes decreased after this time.
Works for dam heightening plan have dual purposes: flood disaster prevention by securing additional storage volume and river ecosystem conservation by supplying stream maintenance flow. Now, the dam heightening project is in progress and there are 93 dam heightened reservoir. After the dam heightening project, 2.2 hundred million ton of flood control volume in reservoirs will be secured. Thus it is necessary to evaluate the effects of the dam heightening project on watershed hydrology and stream hydraulics, and resulting flood damages. This study was aimed to assess the impact of outflow from the dam heightened reservoir group on the Whangryong river design flood. The HEC-HMS (Hydrologic Engineering Center-Hydrologic Modeling System) model was used for estimating flood discharge, while HEC-5 (Hydrologic Engineering Center-5) was used for reservoir routing. This study analysed flood reduction effect on 100yr and 200yr return periods about the before and after heightening of agricultural dams. Based on the results of this study, the reduction of flood peak discharge at downstream of the reservoir group was estimated to be about 41% and 53% for 100yr and 200yr frequencies, respectively.
This paper presents the structural identification of an arch dam model for the damaged, repaired and strengthened conditions under different water levels. For this aim, an arch dam-reservoir-foundation model has been constructed. Ambient vibration tests have been performed on the damaged, repaired and strengthened dam models for the empty reservoir (0 cm), 10 cm, 20 cm, 30 cm, 40 cm, 50 cm and full reservoir (60 cm) water levels to illustrate the effects of water levels on the dynamics characteristics. Enhanced Frequency Domain Decomposition Method in the frequency domain has been used to extract the dynamic characteristics. The dynamic characteristics obtained from the damaged, repaired and strengthened dam models show that the natural frequencies and damping ratios are considerably affected from the varying water level. The maximum differences between the frequencies for the empty and full reservoir are obtained as 16%, 33%, and 25% for damaged, repaired and strengthened model respectively. Mode shapes obtained from the all models are not affected by the increasing water level. Also, after the repairing and strengthening implementations, the natural frequencies of the arch dam model increase significantly. After strengthening, between 46-92% and 43-62% recovery in the frequencies are calculated for empty and full reservoir respectively. Apparently, after strengthening implementation, the mode shapes obtained are more acceptable and distinctive compared to those for the damaged model.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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