摘要
中国的水资源主要集中在西部地区，为有效利用水资源，不少高坝大库在该地区中规划筹建，其中包含多座面板堆石坝高度达到250m级。坝址区地质、地形条件复杂，地震烈度高、板块活动频繁，这对250~300m级特高面板堆石坝的抗震安全构成了巨大威胁。地震的突发性和不确定性是其固有属性，目前面板坝的抗震安全评价以确定性分析方法为主，不能考虑地震动随机性对结构响应的影响。此外，现行的国内外面板堆石坝抗震规范中均未对坝体沉降变形做出明确规定，因此开展考虑地震动随机性对面板堆石坝变形规律影响的研究对面板堆石坝抗震设计有较强的工程意义。 针对上述问题，本文在国家自然科学面上项目“高土石坝随机动力分析与安全控制标准(No.51979026)”的资助下，采用随机动力分析方法，重点考虑了地震动的随机性，对四个250m级实际面板堆石坝工程进行了系统的数值模拟，研究了面板堆石坝在随机地震作用下加速度反应和堆石体沉降的概率分布规律，为高面板堆石坝的抗震设计和极限抗震能力的确定提供参考。主要工作如下： （1）基于谱表示-随机函数法并结合最新的水工抗震规范，建立了强度-频率全非平稳地震动模型，实现了快速生成具有丰富概率信息的地震动加速度时程样本； （2）考虑随机地震动样本量大小和有限元网格尺寸的敏感性对随机动力分析的影响。对不同随机地震动的样本量分组进行了对比，结果表明，样本量为144时的位移结果比大样本量时结果差异在2%以内；通过网格尺寸敏感性分析表明，10m网格的位移结果与2m相比，最大差异在5%以内，满足工程精度要求。 （3）以古水、拉哇、大石峡和茨哈峡等四个实际面板堆石坝工程为研究对象建立了三维有限元模型并开展了系统的随机动力分析，利用概率密度演化理论和等价极值思想，研究了高面板堆石坝在不同强度（0.1g~1.0g）的随机地震作用下加速度和堆石体变形的概率密度信息和超越概率。综合4个工程的数值分析结果，建议了250m级高面板堆石坝基于沉降变形安全控制标准的极限抗震能力为0.7g~0.8g，为工程抗震设计提供参考。
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