大坝抗震安全评价的研究意义

目前，在实现现代化和全面建设小康社会的过程中，我国正面临人口、资源和环境的巨大挑战，而能源和这三个制约因素密切相关。我国人口众多，虽一次能源消费已居世界第二位，但人均能源消费水平仅为世界平均水平的47%，人均能源也不到世界平均水平的1/2。能源紧张和作为二次能源的电力短缺现象已日益突出。我国是世界迄今尚未完成能源结构优质化的国家之一，受资源条件限制，我国一次能源以煤为主的格局在相当长的时期内难以改变，随之而来的能源利用效率低，特别是严重的环境污染已成为影响我国能源可持续发展的重大制约因素。改善和优化能源结构、大力发展可再生清洁能源，加强环境保护是可持续能源发展的战略。

水力发电是目前最有可能进行大规模开发利用的可再生清洁优质能源，并且具有防洪、灌溉、供水、航运等综合效益。我国是世界上水能资源最丰富的国家之一，技术可开发量约4亿k W。大力发展水电、以水电基地为中心发展全国或地区性电网以保障电力生产安全，减缓煤电对生态环境的污染，已成为我国能源发展的重要战略方针和措施。

我国的水能资源80%以上都分布在西部地区，且开发利用量不足10%，是推进“西部大开发”，实现“西电东送”，推动西部社会经济发展的重要优势资源。水电开发是西部能源利用的重要组成部分。西部地区多高山峻岭峡谷，易于修建调节性能好的高拱坝工程。当前，正是我国水电建设的重要发展时期，在建和拟建装机容量数百万千瓦的200～300m级的重大高拱坝工程数量众多，其中包括：云南澜沧江小湾水电站装机容量达420万k W；金沙江溪洛渡电站装机容量为1260万k W，为三峡电站的2/3；而雅砻江上的锦屏一级工程装机容量为360万k W；还有金沙江的白鹤滩、虎跳峡、黄河上游的拉西瓦、乌江的构皮滩等一系列300m级的重大高拱坝工程。

我国是一个多地震国家，而西部是我国主要的地震区，具有相当高的地震烈度和频度。在西部地区开发水电，难以避让这些高烈度和高频度地震区。在不少高拱坝工程建设中，其地震工况多成为设计中的控制工况，常成为影响工程项目立项的关键技术问题。上述位于西部的系列高拱坝工程的设计烈度都高达8度和9度，例如：锦屏（H＝305m，ag＝0.197g），二滩（H＝240m，ag＝0.20g），龙羊峡（H＝178m，ag＝0.23g），小湾（H＝292m，ag＝0.308g），溪洛渡（H＝278m，ag＝0.321g），白鹤滩（H＝275m，ag＝0.325g），大岗山（H＝210m，ag＝0.557g）。这些高坝大库，一旦遭受强震失事，其库水失控下泄所导致的次生灾害是极端严重的。因此高拱坝抗震安全成为需要高度关注和亟待解决的关键技术难题。

在大坝抗震安全评价中，必须包括场地相关的地震动输入、大坝体系的地震响应分析以及大坝混凝土动态特性和破坏机理这三个相互配套的方面。(www.xing528.com)

首先是如何合理地选择设计地震动参数，诸如：有效峰值加速度（EPA）、场地相关设计反应谱以及对高拱坝体系非线性地震响应分析至关重要的输入地震动时程等。目前这些还是高坝大库这类重大工程抗震安全评价中的薄弱环节，一些实质性的基础研究仍待继续深入。地震预报实际上是全世界迄今都尚未很好解决的难题。我国河北唐山地区、广东新丰江坝址原属基本烈度仅6度的弱震地区，但都发生了超过10度和8度的强震。近年来美国洛杉矶、日本阪神以及造成巨大海啸的印度洋海域等地震也都未能预报。而目前大坝抗震设计中的地震设防水平，实质上也只是一种对坝址地震的中长期预测，存在相当的不确定性。因此，对次生灾害极为严重的重大高坝大库工程，在所谓最大可信地震（Maximum Credible Earthquake，MCE）作用下其不溃坝的极限抗震安全度的评估，日益成为社会、业主和设计人员关注的热点问题。相应地，以针对不同目标分级设防的重要大坝工程抗震的“功能设计（Performance-based Design）”也提上了日程。对功能设计的概念、内涵、基本思路和框架，特别是不同设防水平的确定，其相应的具有可操作性的定量准则的功能目标，需要进行系统的基础性研究。

第二，目前在国内外大坝的抗震设计中，由于问题的高度复杂性，其地震反应的分析方法及安全准则，很大程度上还基于工程实践经验。但对设计峰值加速度达（0.41～0.56）g、坝高达200～300m修建在强震区的高拱坝工程，国内外都尚无先例，工程实践经验不足，更缺乏遭受强震作用的实例。300m级高拱坝在强震作用下的实际抗震性态，与已有的低烈度区的中、小型水坝相比，将有许多本质性的差异。如仍沿用传统的设计概念、方法和安全准则，难以反映实际状况，因而具有很大风险。特别是无法探索在超设计概率地震作用的极端情况下高拱坝的损伤过程和破坏机理，从而难以确定其实际安全性状。

虽然抗力是安全评价不可缺少的重要部分，但迄今为止，在地震作用下的大坝混凝土动态特性，一直都是大坝抗震安全评价中最为薄弱的环节，国内外的研究都很少。它涉及到强震作用下高拱坝的损伤过程、破坏机理，以及溃决失效安全判别的可操作性的定量准则等一系列基础性问题，目前对此研究很少，亟需加强。

高拱坝的抗震安全是我国当前西部水电能源建设中必须面对的严峻挑战。在其抗震安全性评价的三个方面，目前还存在一系列根本性的基础问题，必须进行综合和系统的深入研究。它涉及地震、结构、材料等多学科的交叉，难度很大；是应用基础研究中学科发展前沿的课题，对推动水工抗震学科的发展有重要的科学意义，也是我国西部能源开发利用的高拱坝工程建设中，迫切需要解决的重大工程关键技术问题。