混凝土坝坝体裂缝在地震荷载下扩展研究的几个关键问题
郭胜山 。，张爱静3 7李德玉 ，翟恩地
(1．中国长江三峡集团公司，北京 100038；2．中国水利水电科学研究院工程抗震研究中心，北京 100048；
3．南水北调中线干线工程建设管理局，北京 100038)
摘要：位于我国西部强震区的高混凝土坝， 如小湾、二滩等，施工期或运行期在坝体表面以及坝体内部出现了一
定范围的裂缝。鉴于这些高坝工程的极端重要性，裂缝在地震作用下的扩展性问题为学术界和工程界关注。针对
混凝土坝坝体裂缝在地震荷载下扩展研究的关键性问题，包括地震动输入、坝体已有裂缝及其裂缝处理措施的模
拟、缝端混凝土破损路径及其破损程度的模拟等研究现状分别进行讨论。最后指出了下一阶段的研究方向。
关键词：混凝土坝；裂缝扩展；地震荷载
中图分类号：TV642 文献标识码：A doi：10．132446．cnki．jiwhr．2015．06．012
1 研究背景
裂缝是混凝土坝运行期影响大坝安全最普遍、最重要的因素⋯。目前我国大批高坝工程已经投入
运行，小湾拱坝 、二滩拱坝 等都出现了范围不等的裂缝。我国西部地区高坝承受的水推力巨大，
地质环境复杂，施工难度大，随着高坝运行年龄的增长，坝体将面临出现不同程度裂缝的风险。我
国是多地震国家，西部地区地质构造运动强烈，地震活动显著，地震烈度高，水能资源充沛的地区
通常为强震区。地震荷载是混凝土坝运行期引发大坝安全问题的重要荷载。对于带裂缝运行的混凝
土坝，尤其是规模大、位于重要部位、连通性强的裂缝，削弱了坝体的整体性，影响了受力安全和
正常使用 。由于缝端应力集中，坝体已有裂缝在地震荷载作用下有向裂缝深部扩展的可能性，对大
坝安全运行带来重要隐患。
潘家铮院士曾说 ：“我们要向国家庄严保证中国水电特别是大坝的安全是绝对有保证的。在任
何情况下要保持谦虚谨慎态度，要坚持安全和质量第一。对一些重要决策，如无确切把握，要留余
地，要有预案，要慎之又慎。”因此，密切结合工程实践，研究带裂缝运行的混凝土坝在地震荷载下
的裂缝扩展机制及其控制措施，对于确保高坝安全运行具有重要意义。
本文针对混凝土坝坝体裂缝在地震荷载下扩展研究涉及的地震动输入模型、坝体已有裂缝及裂
缝处理措施的模拟、裂缝缝端混凝土破损路径及其破损程度的模拟等关键问题进行讨论，在此基础
上，本文提出下一阶段裂缝扩展研究的新思路，并结合裂缝处理措施，初步建立裂缝扩展模拟，工
程处理措施反馈分析，最终达到裂缝控制的框架。
2 坝体裂缝在地震荷载下扩展的几个关键问题
2．1 地震动输入模型 地震动输入模型是是坝体动力分析的前提与基础。地震动输入主要分为将结
构视为封闭体系的结构振动问题和将结构地基视为开放系统的波动问题。与前者相对应的典型计算
模型是Clough教授主持开发ADAP程序时提出的无质量地基模型。无质量地基模型只考虑地基的弹
性作用，忽略了地基岩体的惯性力，避免了地震波在地基岩体中的放大作用，是早期坝体地震动分

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