摘要：首先論述了重力壩原型觀測的兩種情況，其次簡要概述了動力模型試驗，最后論述了大壩抗震計算方法和重力壩的抗震特性，并對其參數設計值等進行了分析。關鍵詞：混凝土重力壩；抗震；研究方法　　　　　通常重力壩抗震研究的方法有原型觀測、動力模型試驗和動力數值計算三種。在現場進行原型觀測(包括實際震害調查)無疑是認識結構的動力性態最直接可靠的方法，也是驗證動力模型試驗和動力數值計算的重要依據，但由于地震振動的隨機性以及觀測點的廣泛性，普遍實現比較困難，因而對重力壩抗震性能的研究多以動力模型試驗和動力數值計算為主。　　

　　1、重力壩的原型觀測　　

　　大壩動力特性的現場原型

鑒于復合土工膜部分現場觀測成果合成材料在工程應用中具有一定的抗老化能力，故有些國家的某些文件中對其使用年限作了較為寬限的規定，如前蘇聯BCH07-74《土石壩應用聚乙烯防滲結構須知》中規定，聚乙烯土工膜可用于使用年限不超過50年的建筑物。奧地利林茨公司發表的“聚丙烯復合土工膜土工合成材料的長期性狀”一文中的結論寫道：“對聚丙烯的15年以上的現場應用經驗表明，它們的化學和生物穩定性高；織物的最大損壞是在施工中；鋪設以后沒有大變化；……可預期超過100年的穩定性。

觀測是對計算模型合理性的重要檢驗，也是安全評價的必要依據，同時還可以為計算模型的完善的改進提供參考，所以受到很多國家的重視。一般來說，現在的重力壩原型觀測大體有兩種情況：　　(1)測定原體在爆破、地震或采用脈動源或其他迫振輸入激勵下的反應，對驗證大壩系統的數學模型是十分有用的，尤其在反應的振幅不大時。特別是在考慮庫水的可壓縮性和庫底淤砂的吸能效應，以及不均勻地震動輸入機制及其地基輻射阻尼等因素的影響，原型觀測幾乎是驗證所開發的分析方法的唯一手段。　　(2)通過原型觀測確定結構的自振特性，如自振頻率、振型和阻尼特性。從原型觀測識別結構的自振特性可以提供建立力學模型的依據。近些年來，我國開展了許多測定大壩振動特性和反應性能的現場振動測試工作，并取得了滿意的成果。　　　　　2、動力模型試驗　　　　　對混凝土重力壩這類復雜系統，在動力分析中不可避免地要引入不少簡化和假定以及在參數選擇上的一些不確定性，因此，需要通過動力模型試驗，對計算過程進行修改和對其結果加以驗證。　　進行模型試驗要遵照動力相似律，妥當選擇模型材料，選擇合適的幾何比尺使試驗中各種參數都能精確地量測到。動力模型試驗大致有兩類：一類是偽動力試驗，通過模型測定壩體的各種振動特性如自振頻率和各階振型，然后通過反應譜理論推求可能的最大動力反應(或將求得的自振頻率及振型用于動力分析中)；另一類是用地震模擬振動臺進行試驗，將模型設置在地震模擬振動臺上直接測定其在給定的地震運動下的反應。因此，地震模擬振動臺必須能在一定精度范圍內模擬地震引起的復雜的地面運動，且具有較大的載重能力和較寬的頻響范圍。在振動臺面上修建模型壩，并施加各種波形，就可以在模型中重現地震運動，觀測壩體的動力特性和反應，研究各種措施的效果，是十分方便和有效的工具。為此，我國建置了不少振動臺，并廣泛開展了滿足各類要求的大壩動力模型試驗。通過不少大壩的動力模型試驗結果表明，盡管對復雜的壩體一庫水一地基系統的數值模擬己取得了很大的進展，但動力模型試驗在驗證計算結果方面仍然是一個有力的手段，而且是研究開裂形態和重力壩的動態穩定的最好途徑。　　　　　3、動力數值計算方法　　　　　依據所考慮的地震動特點，重力壩地震反應分析方法可以分為確定性方法和隨機振動方法，確定性方法利用地震記錄或其他方法確定的地震波進行大壩的地震反應計算；隨機振動方法則把地震視為隨機過程，把具有統計性質的地震動作用在大壩上求出大壩的反應。到目前為止，國內外的抗震設計規范絕大多數都采用確定性方法。大壩抗震計算方法可分為兩類：一類是傳統的最簡單的所謂擬靜力法；另一類是根據動力學原理考慮結構物在地震中實際動力反應的動力分析法，包括模態分析(又稱自然振動模型分析)，振型分解反應譜法，時程動力分析法(又稱瞬態動力分析，時間歷程分析，逐步積分法)等。　　　　　4、重力壩抗震特性：　　　　 地震因其破壞性大，我們在研究重力壩抗震方法中也需考慮其本身的性質。地震特征的數值叫地震參數，只要包括震源、震中、震級和地震波等。　　 4.1　重力壩地震設計參數　　 作為建筑物抗震設計標準，對建筑物場地可能發生的最大地面運動所做的規定，稱為設計地震動。　　 4.2　重力壩地震加速度值的設計　　 目前主要有下列兩種途徑來確定結構的設計地震加速度的值：　　 (1)通過區域劃分的途徑。①從地區基本烈度出發，根據局部場地條件、建筑物的重要性和遭受震害的危害性，確定設計烈度。這是我國和多數國家目前所采取的途徑。我國規范規定，一般采用基本烈度作為設計烈度。對于1級擋水建筑物，可在基本烈度基礎上提高1度。在需要考慮施工期和空庫情況的地震作用時，一般可比設計烈度降低1度進行抗震設計。根據烈度確定地震系數。②直接給出根據地質構造和地震情況劃定的區域內的設計地震系數。　　 (2)從地震參數出發的途徑。從震級、震中、震源深度等地震參數出發，通過地震影響場，確定工程場地的設計地面加速度。設計中常根據不同的設防要求，確定相應的地震震級標準。　　 4.3　設計地震加速度波形　　 按時程法進行動態設計時，必須確定設計地震加速度波形。表征地震加速度波形的三項要素是：頻譜特性；有效峰值；持續時問。這些要素主要根據震級與震中距等地震參數、場地選擇和結構動力特性而確定。　　 (1)頻譜特性。地震波利用傅立葉積分求得的各諧波分量幅值和頻率間的關系，稱為頻譜。諧波分量幅值的平方與頻率的關系，稱為功率譜，它反映了各諧波分量的能量特征。地震波的零阻尼速度反應譜是頻譜的上限。這些譜都反映了地震波的頻率特性。震級越大、震中距越遠、地基越軟而厚，則地震波頻譜的長周期部分越相對增大。　　 (2)有效峰值。有效峰值加速度(EPA)指的是與地震動加速度反應譜最大值對應的水平加速度，目前國內還沒有統一的EPA定義式。　　 (3)持續時間。地震波持續時間反映了地震作用的累計效應，在進行非線性動力分析時尤為重要。抗震設計的水平基于對地震時地面運動和混凝土壩動力特性的認識。如果對地面運動和壩的動力特性認識很少，就只能采用靜力法，即規定一個設計地震系數，把壩體的各部分質量乘以這個系數，作為側向載荷作用壩體以體現地震的影響。如果對地震時地面運動和壩體的動力特性了解較多，則可以采用反應譜法。　　 到現在為止，我國已經對幾十座大壩做過比較系統的動力特性的研究在同一時期內，地震地面運動的觀測臺網也有了大量的增加，可利用的強震記錄已經很多，但是由于地震的發震概率很低，地震波的傳播過程又比較復雜，因此地震時地面運動預測的可靠性還比較低。從目前的情況，來看，提高壩的抗震設計水平的關鍵是提高對地震時地面運動的了解和預測能力。另外采用靜力法或者基于反應譜理論的擬靜力法，已經為高烈度區設計了大量的混凝土壩，它們在遭遇強震作用時的震害情況，也是檢驗、改善以往設計方法的重要依據。　　　　參考文獻：　　[1]曾桂香，何耀民，基于ANSYS的碾壓混凝土重力壩抗震性能分析，2007，23　　[2]程堯平，混凝土重力壩整體抗震安全性研究[D]，天津大學：碩士學位論文，2008　　[3]陳雯，李昕，周晶，混凝土重力壩整體動力特性研究，世界地震工程。2008 4