拱壩-庫水相互作用的振動臺破壞試驗研究

張 宇，馮 新，齊晗兵，范 哲

（1. 東北石油大學 土木建筑工程學院，黑龍江 大慶 163318；2. 大連理工大學 海岸和近海工程國家重點實驗室，遼寧 大連 116024；3.中國水利水電科學研究院，北京 100038）

1 研究背景

我國常在崇山峻嶺間建設高拱壩，這些地方往往是地震活躍地帶，拱壩的抗震安全顯得尤為重要。在地震發生時，水庫常處于蓄水狀態，庫水與壩體的相互作用直接影響拱壩的損傷破壞機理，成為拱壩抗震安全問題中的研究熱點之一。Westergaard[1]開創性地提出附加質量方法研究動水壓力以后，很多科研工作者對此問題進行了廣泛研究，取得了許多重要成果。這些研究成果在實際運用中存在一些假定和限制條件，因此有必要從物模試驗的角度出發，更加直觀地探究庫水的存在對拱壩極限承載能力和失效模式的影響。

Westergaard附加質量模型包含剛性壩體、庫水是無黏的不可壓縮水體、庫區為矩形形狀等假設，概念明確、使用簡便且計算結果偏于安全，現行的《水電工程水工建筑物抗震設計規范》（NB35047-2015）推薦此法計算動水壓力。許多科研工作者針對附加質量模型限制條件開展研究。潘家錚[2]計算求得楔形重力壩動水壓力的解析解。Chopra[3]研究了水庫長度對壩面動水壓力的影響，并從理論上證明了不應忽略較大豎向地震動。Millán等[4]利用邊界元法分析了庫水域形狀、庫水壓縮性等影響因素對大壩動力響應的影響。上述研究都假定壩體為剛性，實際地震過程中，壩體會因為地面和山體運動以及動水壓力的影響而產生變形，這種變形又影響了庫水的邊界條件，整個過程體現了強烈的流固耦合現象。……