龚亚琦，苏海东，崔建华

坝体与库水的流固耦合分析

龚亚琦，苏海东，崔建华

（长江科学院 材料与结构研究所，武汉 430010）

基于流固耦合分析方法，分别应用势流模式和位移模式2种流体单元模拟库水，并与传统的附加质量方法模拟库水的方法做了比较，结果显示该方法可行；相比附加质量方法，流固耦合方法与理论解更为接近，其中位移模式流体单元对单元形态要求较高。对库水截取区域的敏感性分析表明，流体区域选取3～5倍坝高可以得到较为满意的结果。以重力坝的不同坝顶宽度为例，讨论了需要考虑库水可压缩性的条件，这些成果为后续工作奠定了基础。

流固耦合；动水压力；自振频率；可压缩性

1 概 述

坝体-库水之间的相互作用一直是水工结构动力分析中的一个重要课题。以混凝土重力坝为例，当大坝受到地震激励时，库水的作用对坝体的动力响应有着显著的影响。在地震作用下，坝体的振动带动了库水的运动，库水状态变化产生的附加动水压力，反过来又作用于坝体，影响坝体的动力特性，这种情况下，结构受到的动压力是不能事先确定的，它与结构变形密切相关，因此，这种作用具有耦合特性［1］。

坝-水耦联振动问题，最早由 Westergaard［2］在30年代提出。当时为了满足建坝过程中计算坝体上游面承受的附加动水压力的需要，提出了刚性重力坝在水平地震荷载作用下的动水压力分布公式。Westergaard公式采用刚性坝面假设，忽略了坝体的弹性变形和库水的状态对动力响应的影响，该成果方法简便、计算量小，被水工结构抗震规范所广泛采用并沿用至今。……