构造环境－拱坝耦合系统内大型拱坝三维地震响应研究

中国西部地区大型水电站的大规模建设对大型拱坝抗震提出了更高的要求，原有拱坝地震响应研究均基于拱坝及其近域地基系统而开展，对于特定构造环境缺乏足够考虑。本项目拟综合考虑特定构造背景，进行不同方位、不同震中距、不同强度地震作用下大型拱坝地震响应三维模拟研究，即基于构造环境－拱坝耦合系统，发展地震波动射线（构造环境域）－有限元（拱坝及其近域）混合法大型拱坝三维地震响应分析方法和软件，分析不同方位、不同震级与震中距地震发生情况下拱坝的自振特性、应力应变状态以及抗震安全性，并尝试将其应用于金沙江下游白鹤滩高拱坝（坝高284m）的抗震安全评价中。该项目研究成功将可以有效解决大型拱坝抗震分析中地震输入的相差问题，有效评价不同方位地震对大型拱坝抗震安全性的影响，将特定构造环境影响纳入大型工程抗震研究之中。

我国西部水电工程的大规模建设使得大坝抗震安全更具挑战性。常规大坝地震响应研究均基于拱坝及其近域地基条件，按照规范提供的标准地震荷载而开展，对于构造环境对地震输入的影响缺乏足够考虑。本项目综合考虑远域地质背景、震源特性和大坝河谷形态等因素，采用射线追踪法和有限差分波动分析法对大坝河谷两岸地震输入的分布规律进行了规律性探讨，研究了河谷深度、河谷宽度、河谷形态与震源方位、震源距离、震源波动类型等因素对河谷地震动分布的影响。并在已有可考虑结构横缝张开和混凝土材料开裂的大坝非线性分析模型基础上提出和发展了考虑无限地基辐射阻尼和地震荷载非均匀输入对大坝地震响应影响的不同模拟方法。此外，借助于课题组双振动台的实时耦联动力实验系统，补充进行模型试验，对结构－地基－流体的相互作用、地震输入行波效应等问题进行了规律性和机理性的研究。最后，作为工程应用，进行了白鹤滩拱坝（269m高）、大岗山拱坝（210m高）的三维非线性地震响应分析以及汶川地震后宝珠寺重力坝（132m高）和沙牌拱坝（132m高）的震害反演与抗震行为模拟。该项目研究成果可极大促进大坝抗震研究理论水平的提高，加深对高坝动力响应规律与地震破坏机理的认识。