顾大钊院士研究团队和清华大学土木水利学院的颜永国、王恩志的一项新研究发现，在地震波逐级加载的过程中，煤矿地下水库坝体晚于地面水库坝体进入塑性工作状态，验证了煤矿地下水库坝体具有更好的抗震性能。该项成果日前发表于《煤炭学报》2016年第7期。

　　煤矿地下水库技术体系为神华集团首创，该技术在神东矿区应用，建成了35座煤矿地下水库，储水量2500万m3。煤矿地下水库坝体由工作面开采的留设煤柱与人工坝体组合而成，其中煤柱坝体为坝体的主体部分。坝体在地下受力复杂，借助顶板的约束而保持平衡，但若发生较大强度的地震或矿震，这种平衡将会被打破，引发安全事故。

　　为了验证地下水库坝体的抗震性能，研究人员以大柳塔煤矿2号地下水库为工程原型，在清华大学水利系的振动台上进行相似模拟实验。对模型试验的地震波载荷烈度分别取6度、7度、8度、9度、10度。试验发现，在烈度逐级加载过程中，由于受到顶底板的约束，煤矿地下水库坝体明显晚于同条件下地面水库坝体进入塑性工作状态。数值模拟结果表明，由于约束条件的不同，地下水库坝体与地面水库坝体的危险位置有较大区别。在顶底板的约束下，地下水库煤柱坝体在与顶板和底部的接触面上剪切应变较大，这两个接触面是煤柱坝体的危险位置;而地面水库坝体的顶部为自由面，地面水库坝体的腹部位置处为危险位置。

　　为定量描述煤矿地下水库坝体安全稳定性，研究人员定义了安全系数k，即煤柱坝体的抗剪承载能力与实际剪切力的比值，k值越大，表明该测点处越安全。以实验室模拟物理模型为例，当地震烈度为10级时，地面水库坝体的安全系数已接近于1，表明接近极限承载状态，而地下水库坝体的安全系数为3.6左右，表明处于安全状态。

　　此项研究仅对煤矿地下水库煤柱坝体的抗震安全性能进行了分析，研究人员指出，须要进一步开展煤柱与人工坝体复合结构的模拟试验研究，重点研究煤柱坝体与人工坝体连接处的动力响应规律;同时坝体振动模拟平台的加载方式为水平激振，即模拟了地震横波作用，尚未考虑地震纵波的影响，还需进一步开展不同地震波类型对煤矿地下水库坝体安全性的影响。

　　该项研究得到了国家自然科学基金以及水沙科学与水利水电工程国家重点实验室的资金资助。