土石坝由于施工时能够就地取材、造价低等优点,是国内外最广泛采用的坝型之一。其中小型水库在保障农村经济发展和社会稳定、粮食安全等方面发挥着重要作用。据统计,我国约90%小型水库建设于上世纪50-70年代,其中近95%采用了 土石坝,这些小型土石坝普遍存在建设标准偏低、工程质量难以评价等问题。同时,我国位于太平洋地震带和欧亚地震带之间,平均每十年发生一次大地震,是震害最严重的国家之一。土石坝在过去的地震中经常发生损坏,严重威胁人民生命财产安全,因而土石坝抗震是土石坝长期服役过程中的关键问题之一。本文利用超重力振动台开展土石坝地震响应及抗震加固研究,揭示了土石坝震害机理和主余震下地基动力响应规律,验证了坝趾压重和坝壳翻压抗液化措施的有效性。本文主要工作和研究成果如下:1.分别针对小型土石坝和坝下饱和砂土地基开展试验。对于未处理土石坝、采用坝趾压重与坝壳翻压加固土石坝,设计了超重力振动台试验,主要研究坝趾压重和坝壳翻压抗液化处理的有效性并对比地震动力响应。对于坝下饱和砂土地基,将坝体自重等效为一块钢板自重,设计了超重力振动台试验,主要研究上覆荷载(坝体自重)及主余震作用对坝基动力响应的影响。2.土石坝超重力振动台试验结果表明,由于地震作用下坝坡土体底部孔压上升,未处理坝坡加速度放大系数沿高程先减小后增大,而抗液化处理坝坡加速度放大系数沿高程逐渐增大,且坝坡表面处加速度存在表面放大现象。坝趾压重和坝壳翻压提高了坝身有效应力,降低了地震产生的超静孔压比,能有效防止土体液化。未处理坝坡在峰值加速度0.24 g地震作用下发生了坝趾液化现象,而抗液化处理坝坡在峰值加速度0.24 g和0.45 g地震作用下均未发生液化现象。未处理坝坡整体侧向位移大,抗液化处理坝坡在峰值加速度0.24 g地震作用下整体表现为竖向沉降,坝趾压重区水平位移明显减小,坝壳翻压区坡顶沉降较未处理坝坡减小了约50%。试验结果验证了坝趾压重和坝壳翻压的抗震效果,为小型土石坝抗震加固提供了依据。3.对比有无上覆荷载(坝体)作用下饱和砂土地基超重力振动台试验结果,发现无上覆荷载地基(自由场地)中下层土体在振动中孔压上升、发生软化,土体地震加速度放大系数随高程先减小后增大,上覆荷载地基放大系数则随高程逐渐减小。地震作用时,无上覆荷载地基在渗透性较好的上层土体中发生了液化,土体超静孔压比随高程先减小后增加。上覆荷载地基则在钢板边缘发生液化。随着振动次数增加,土体密实度提高,刚度增加,超静孔压比峰值减小,土体的抗液化能力不断提高。本文通过开展超重力振动台模型试验,揭示了小型土石坝地震动力响应规律,验证了坝趾压重和坝壳翻压抗液化措施的有效性,获得了小型土石坝和饱和砂土地基在地震过程中土体孔压、加速度、位移、应力应变等发展规律。本文研究有助于提高对小型土石坝地震破坏规律的认识,为探究土石坝抗震提供了一定科学依据。