拱坝和库水的动态相互作用

地震时，库水的地面运动将会使坝面承受附加的动水压力。有关库水对拱坝动力反应的影响研究，可追溯到20世纪30年代，Westergaard[37]研究了刚性直立坝面动水压力，假定库水上游方向无穷远、库底为刚性水平面、库水作无旋小变形运动并忽略表面波影响，求得了地面水平简谐运动时二维动水压力分析模型下可压缩库水作用于刚性直立坝面的动水压力的级数形式解，同时提出了不考虑库水可压缩性的附加质量模型。

在Westergaard研究成果发表之后，引起了大坝抗震研究者的广泛关注。Zienkiewicz、Nath等[38]在20世纪60年代用电模拟实验证明当不考虑库水的可压缩性时，Westergaard的附加质量公式也适用于三维拱坝。Chopra与Fok、Porter、Hall、Nath等[39-43]对库水的可压缩性对拱坝反应的影响进行了较详尽的研究，得到下列结论：如果坝的刚度与库水的刚度相比很大，则库水的压缩性影响不能忽略。

研究表明，除了水的可压缩性外，动水压力还受到许多其他因素的影响，如水库的长度及几何复杂性，地基与坝体的相互作用，基岩的性质及坝型等，这些因素对于水的可压缩性在动力反应中的贡献也是有影响的。坝与地基的相互作用对动水压力也有较大的影响。根据乔普拉对拱坝动水效应的研究，在刚性地基上，动水压力显著增大了坝体的位移和应力反应；当考虑地基与坝体相互作用时，在地基的材料阻尼和辐射阻尼作用下，这种动水效应的作用明显下降。K.Fok[44]完成的全面考虑地基、库水与拱坝相互作用的研究中就考虑了水库库岸与库底的吸收边界以及天然地震的作用。(www.xing528.com)

清华大学张楚汉院士等[45]进行了水库库底淤积层对库水压力波反射吸收作用的试验研究，并对若干规则河谷进行了动水压力理论解与配置法数值解的比较，得到了一些有意义的结果。中国水利水电科学研究院陈厚群院士等[46]，通过室内拱坝模型实测以及三相电拟试验求得振型动水压力，得到的试验结果与有限元数值模型结果相吻合，并建议对简化的Westergaard公式给出的附加质量公式进行折半修正。河海大学傅作新教授等[5-7]对加权余量法在坝水相互作用问题上的应用进行了研究。