混凝土坝动水压力与库水可压缩性效应.PDF

第 22卷第 2期 利 水 电科 技 进 展 2o02年4月 混凝土坝动水压力与库水可压缩性效应 刘浩吾 (四川大学水利水电工程学院，四川 成都 610065) 摘要：基于对 3座拱坝现场迫振妻验的理论分析 ，论证 了库水可压缩性对动水压力的放大效应及其 实现条件；基于波传播理论提出了水库边界反射吸收参数的算法；论证了模型试验用于动水压力测 试的局限性．研究表明，高混凝土坝特别是高拱埙的抗震分析 中在一定每件下应考虑可压缩性．但 动水压力量值不会达到无限太 关键词：混凝土坝；抗震 ；动水压力；流固耦合；库水可压缩性效应 中囤分类号：TV642 文献标识码：A 文章编号：1006-7647(2002)02．一(3010—04 大坝一库水一地基相互作用是当代高坝抗震分析 质量密度．式 (2)为理想流体域的波动方程，其求解 的理论基础．难点在于大坝一库水相互作用或流固耦 边界条件如下： 合问题．即动水压力问题，这对拱坝尤其重要．地基 a．自由面 的动力阻抗随激励频率的变化平滑而缓慢，对大坝 P( ，Y．H， )=0 (3) 反应的影响较为简明；而动水压力变化大，其作用和 b．流固界面 (坝一水界面) 影响颇为复杂． ：一p (4) 动水压力理论的初刨工作是 20世纪3o年代的 Westetgaard近似解，即附加质量法、理论发展的现代 c．水库边界(库底、库岸) 阶段始 自20世纪6o年代末．数学模型反映了坝体柔 ： 一 一 (5) 性与库水柔性，由计算机数值模拟实现．当前，理论研 d．库水上游截断边界 究与工程应用中最令人关注的问题是．库水可压缩性 ：pc (6) 究竟对动水压力有多大影响?在何种范围、何种条件 式中：n为界面外法线； 为坝面总加速度的法向分 下必须考虑，抑或可简化为不可压缩?此非纯理论分 析所能决断，而须理论结台实验，以实验为主加以判 量， 为总加速度；卢为波阻抗比，卢= ，D||，cs为地 识 l本文基于3座拱坝原型实验加以分析． 基的密度和P波波速； 为截断边界面上法向应力 ； 1 控制方程 H为库水深．式(5)右端末项表示压力波的吸收．式 (6)为波透过截面的Sortmerfeld边界力学模式． 坝体一水库一地基动力系统的控制方程的一般形 相对于上述模型，Westetgamd模型采用的简化 式为 是：①地基 、坝体均为刚性，库水不可压缩；②水库底 ifMV+C，+ ：一MRV,,一CeRv．(1) 面水平、刚性，即 p／O =O；③坝面为竖直平面； v p + 2p ： o 一 (2) ④坝长一 (使三维问题降阶为二维)．水库长一 ． 式中：J】lf．c， 为系统的质量、阻尼、刚度矩阵；y为 其解简明，便于应用，多数情况下偏于安全，成为重 节点位移；y为速度；y为加速度；露为地运动分量