杨 迅 朱 彤

(1.北京中核四达工程设计咨询有限公司，北京 100038； 2.大连理工大学 海岸和近海工程国家重点实验室，辽宁 大连 116024)

我国西南地区水能丰富，高混凝土拱坝大多建于此，但是此地区为地震频发区域，因此高混凝土拱坝的抗震安全研究具有十分重要的意义。振动台动力模型试验是研究大坝抗震安全的重要手段，通过地震动模型实验，我们可以分析模型的动力响应，可以很直观的观察到损伤破坏位置，再根据相似理论推算到原型结构[1-3]，同时和数值模拟计算互为验证。由于坝体内应力分布以及温度控制等原因，高混凝土拱坝通常设有横缝，而这些横缝面抗拉强度相对较低，在地震荷载作用下易损伤，从而使拱坝内力重分布，进而影响大坝的抗震性能，因此进行分缝拱坝抗震研究是十分必要的。

通过在大连理工大学水下振动台上进行动力模型试验，研究带横缝高混凝土拱坝在地震荷载作用下的动力特性，并分析了与整体拱坝动力特性的异同点。本文可为高混凝土拱坝的抗震研究和抗震设计提供试验依据。

1 模型试验基本情况

模型材料选用大连理工大学研制的仿真混凝土，该材料具有与混凝土相似的应力应变关系、容重大、抗拉强度低、便于成型和加工制作等特点，可以较好的模拟结构从弹塑性到最终破坏全过程[4]。

地震波的加载方案：1)输入白噪声测定带横缝拱坝模型的动力特性；2)输入EI波，逐级提高加速度直至模型破坏。

模型设置两道横缝，横缝、加速度传感器和应变片的布置见图1。

2 试验分析

2.1 基频及加速度

表1为模型拱坝基频随输入地震加速度变化情况，由表1可知，当振动台输入加速度较小时，模型坝体的基频降低也很明显。表2列出了3号、6号及7号加速度传感器在各工况下的数值，分别对应坝顶拱冠梁处、山体顶部及振动台台面处的加速度。图2为拱坝坝顶处的加速度分布情况[5]。

表1 基频

表2 台面及坝体加速度 g

2.2 应变

表3为各测点在各工况下的拉应变值。图3为各测点的拉应变和压应变随振动台加载级别递增的变化趋势图。由图3可见，高混凝土拱坝的拉压应变最大值在拱冠梁的中下部。

表3 拉应变 10e-6

2.3 损伤破坏形态

图4为带横缝拱坝模型的破坏形态[5]。与整体拱坝模型试验相比，带横缝拱坝破坏形态有明显的不同。整体拱坝的抗震薄弱部位通常在拱冠上部，而该分缝拱坝模型裂缝起裂部位在横缝以及拱冠的下部。当振动台输入加速度为0.57g时,横缝明显张开。随着输入地震波加速度的增大，拱坝下部裂缝沿水平方向向两边发展，最终和两条横缝相交。

3 结语

1)相比较整体拱坝，带横缝拱坝基频低，并且在较低的地震荷载作用下也有较明显的降低。

2)在弹性振动范围内，分缝拱坝坝顶的加速度随输入地震加速度的增加而增加，其中坝中拱冠处加速度最大，向两侧坝肩逐渐减小，这点和整体拱坝相似。

3)分缝拱坝的抗震薄弱部位位于拱冠梁中下部以及横缝附近，而整体拱坝的抗震薄弱部位通常在拱冠梁上部区域。

4)本文未考虑库水与大坝的相互作用。