地震作用下重力坝-库水系统流固耦合作用分析
我国的水能资源十分丰富，技术可开发装机容量约5.42亿kW，经济可开发装机容量4.02亿kW。我国水能资源最丰富的三省都分布在西南地区，我国地处两大地震带之间，西南地区恰好是高烈度地震频发区域。我国日益增长的能源需求促使我们必须充分利用这些地区的水能资源，这就要求建设规模较大的水利工程，重力坝凭借其可靠地安全性和简单的施工技术被我国广泛采用，并且筑坝高度越来越高，因此这些工程的抗震安全性能研究也日益重要起来。
本文首先介绍了坝库相互作用分析研究进展以及混凝土重力坝的抗震计算方法，从单自由度体系出发逐步了解坝体的动力有限元分析途径，研究了结构动力分析有限元基本理论，重点介绍了振型叠加反应谱法以及逐步积分方法。之后介绍了计算流体力学基本方程组及相关概念，研究了建立坝库系统模型的方法。
接着将流固耦合模型与Westergaard的附加质量模型对比，由于附加质量模型本质上并不能体现固一液相互作用，因此所得坝体蓄水后的自振频率与流固耦合模型相比较小。接着进一步分析流固耦合模型，讨论了影响上游坝面动水压力的主要因素，包括：库水长度的敏感性问题，坝体刚度特性以及大坝上游面倾斜度对于动水压力分布的影响。最后讨论了水体特性对于坝体振动特性的影响，分析了不同水位情况下的坝体振动特性以及时程响应特点，另外在考虑库水可压缩性后又对比了这些情况的差异。
总体而言，流固耦合模型表明，大坝一库水系统在水平地震波激励下相互作用，水体对于坝体振动特性影响是比较明显的，尤其是在高水位情况下，因此对于高坝大库而言抗震安全性能是一个值得突出关注的问题。
流固耦合模型;动水压力;地震响应;重力坝-库水系统
西安理工大学
硕士
水工结构工程
刘云贺
2011
中文
TV312;TV698.13
71
2012-11-30（万方平台首次上网日期，不代表论文的发表时间）