库底淤沙对混凝土坝地震响应的影响研究

云南是地质灾害多发区，滑坡和泥石流进入江河而形成泥沙淤积。库底淤沙对混凝土坝的抗震有重要影响，是威胁大坝安全的重要因素之一。淤沙不仅会影响坝体的抗震性能，而且会影响水库效能的发挥。淤沙与地基之间、淤沙与坝体之间、淤沙与水体之间的相互作用使得淤沙在坝体-淤沙-地基-水体系统中扮演重要角色，淤沙对坝体抗震有着重要影响。本项目把坝体、淤沙、地基和水体看作一个相互作用的系统，采用水槽实验、土力学实验、振动台实验和野外调查等实验方法，应用基于Biot固结理论分析手段，通过淤沙对坝体、淤沙对水体的影响研究，淤沙的凝聚力和摩擦角对地震波的影响研究，确定坝体、淤沙、地基和水体之间复杂的响应关系，建立坝体、淤沙、地基和水体系统的动力相互作用模型，研究淤沙厚度和物理性质对坝面的动水压力影响以及对坝体的地震响应影响，得出一些有价值的结论，为实际工程提供参考和依据，对西部高坝抗震建设具有重要意义。

云南是地质灾害多发区，滑坡和泥石流进入江河而形成泥沙淤积。库底淤沙对混凝土坝的抗震有重要影响，是威胁大坝安全的重要因素之一。本项目把库水、淤沙、坝体和地基视为一个相互耦合作用的系统，淤沙层模拟为液固两相介质,分析了库底淤沙层厚度对坝体加速度、坝面动压力的影响。在Biot固结理论的基础上，通过淤沙对坝体、淤沙对水体的影响研究，确定出坝体、淤沙、地基和水体之间复杂的响应关系，建立了坝体、淤沙、地基和水体系统的动力相互作用模型，计算分析了淤沙对坝体地震响应的影响。在水平地震荷载作用下，随着淤沙层厚度的增加，坝面的动水压力峰值减小，坝体的加速度响应峰值减小；随着淤沙层凝聚力的增加，坝面的动水压力峰值减小，坝体的加速度响应峰值减小；随着淤沙层摩擦角的增加，坝面的动水压力峰值增大，坝体的加速度响应峰值增大；随着淤沙层孔隙率的增大，坝面动水压力峰值有减小的趋势，坝体的加速度峰值略有增加；随着淤沙层密度的增大，坝面动水压力峰值有增大的趋势，坝体的加速度峰值有减小的趋势。根据原型与模型之间100:1比例缩尺，通过满足材料抗压强度、弹性模量和密度物理参数来确定坝体替代材料配合比。淤沙用沉淀的土料来替代，通过抛沙让其自由下落均匀沉淀以模拟真实淤沙。水库前方无限水域，用渔网来消除反射波对测试结果的影响。库底淤沙对坝体地震反应影响的研究，淤沙具有吸收地震能量的作用,对坝体抗震有利。理论计算结果表明淤沙层能够减小作用于坝面的动水压力，减小坝体加速度响应。试验目的就是想探讨库底淤积泥沙层对坝体加速度的响应和对动水压力反应的影响。在地震荷载作用下，淤沙厚度的增加使坝面动水压力峰值减小，使坝面水平向加速度峰值减小，淤沙的存在使坝面动水压力的分布更为复杂。本实验的输入地震波为处理后的汶川波，试验做4次，第一个试验是空库和满库试验，第二个为加10%H坝高淤砂，第三个为加20%H淤砂，第四个为加30%H淤砂，得到在地震作用下，坝体-库水-淤沙系统相互作用的各种数据。