现行《规范》按照《水利水电工程结构可靠度设计统一标准》(GB50199-94)的要求，基于概率极限状态设计原则，原则上实现了抗震验算从确定性设计向基于概率理论的可靠度设计转轨，采用作用和抗力的分项系数和结构系数表达的承载能力极限状态设计式：

　　式中　γ0结构的重要性系数;ψ设计状况系数，地震时取0.85; S(*)作用效应函数;R(*)结构抗力系数;fk材料性能的标准值; γm 材料性能的分项系数;ak几何参数的标准值;γd承载能力极限状态结构系数，对于坝体抗压、抗拉强度分别规定为1.3、0.7。

　　承载能力极限设计式与传统的单一安全系数设计式不同，传统的安全系数已经被考虑工程安全级别、设计状况、作用和材料性能变异以及计算模式不定性等因素且与目标可靠度相联系的5种系数所“替代”。作用分项系数和抗力分项系数仅反映各自本身的变异性。结构系数γd考虑了计算模式的不确定性并与目标可靠度相联系。混凝土拱坝的抗拉、抗压强度结构系数是在大量实例可靠度验算基础上，在保持规范连续性的原则上确定的。

　　应该指出，设防标准、分析方法、评价标准三者之间的统一是进行拱坝抗震设计的基本前提，而现行规范中动力分析方法规定以拱梁分载法为基本分析方法，亦即体现拱坝抗震安全指标的结构系数γd是以拱梁分载法的分析结果为主要依据而确定的。

　　六、 结语

　　现行《规范》依据分项系数概率极限状态的设计原则，对拱坝抗震设计中抗震设防标准、拱坝抗震计算方法以及安全评价准则诸方面给出了明确规定，已广泛应用于祖国大陆的拱坝抗震设计和抗震安全评价工作中。但如前所述，现行《规范》只能反映目前我们水工抗震设计经验和较为成熟的科研成果。随着近年来在工程地震和拱坝结构抗震理论方面的研究不断取得新进展，对于影响高拱坝地震动力响应的诸多因素的认识已逐步深化，在某些问题上已逐步取得了学术界的共识，一些研究成果也在工程抗震设计中得到了应用。尽管如此，笔者认为，在今后的拱坝抗震动力分析和安全评价工作中，还需深入进行以下方面的研究工作：

　　1、现行规范的拱坝抗震设防标准是按照1990年出版的《中国地震烈度区划图》作为主要依据，根据大坝抗震设防类别以及坝址区地震地质条件确定的。2001年2月国家质量监督局发布了新一代的《中国地震动参数区划图》，将1990年版区划图仅以地震烈度作为衡量一个地区地震动改变为以峰值加速度和场地卓越周期两个地震动参数来表征该地区地震动特性。拱坝的抗震设防标准如何适应这种变化，包括进行工程场址有效峰值加速度的确定、能反映场址实际地震地质环境和设计要求的“设定地震”的确定、由此求得的能反映实际地震动特征的场址基岩相关设计反应谱、以及能体现场址地形及场地土特性的地表设计反应谱最大幅值平台和其起、止特征周期等关键问题的研究十分重要。

　　2、进一步进行包括坝址实际地质地形条件、坝体伸缩横缝动力非线性和无限地基辐射阻尼综合因素影响的时域有限元三维非线性波动分析数学模型的理论和试验验证。综合考虑上述复杂因素的数学模型非常复杂，尽管截止目前针对这些因素的影响进行过一些振动台试验验证工作[9]、 [10]，但由于问题的复杂性，在这些试验模型中，都不可避免地存在某些因素难以准确模拟的情况。应进行其它可模拟上述复杂因素理论模型的研制开发和实际工程的计算分析，进行相互比较验证，并可考虑在条件成熟时，结合实际工程进行现场的原型振动试验验证。

　　3、毫无疑问，考虑更多复杂因素基础上的时域有限元波动分析结果更为切合拱坝动力反应的实际状况，但由于与现行规范推荐的基本分析方法—拱梁分载法在数学模型上存在较大差异，计算结果无论在分布规律还是数值上也有相当差异，最为明显体现为以下两点：一是拱梁分载法在拱坝中上部拱冠附近常常给出静动综合的最大主拉应力，并成为拱坝抗震强度安全的控制部位，而考虑坝体伸缩横缝张开的非线性有限元计算分析表明，横缝张开使这些部位的拱向拉应力几乎完全消失，而导致大坝中上部梁向应力的增加;二是由于有限单元法弹性理论基本假定，在坝体—地基交接面附近，受局部地质条件、单元尺寸和单元形态影响，存在着不同程度的角缘应力集中效应，其数值和范围难以准确把握，而这一问题也正是制约有限单元法的计算结果作为坝体抗震安全评价依据的主要障碍。从目前的发展看，不考虑地震作用的基本荷载(静载)组合时的大坝静态设计已经或正在突破这一限制。新修编的《混凝土重力坝设计规范》中，在对大量的国内外重力坝进行有限元系统静力分析基础上，采用坝踵拉应力区在坝基面的深度小于截面厚度7%的准则。正在修编的《混凝土拱坝设计规范》也纳入了在静载作用下应用有限单元法分析结果作为评判依据的条款。因此，为了实现抗震规范与基本设计规范相呼应，在进行包括坝体材料动力非线性开裂计算分析基础上，探讨在地震荷载作用下应用有限单元法作为拱坝抗震安全评价基本方法的途径，显得十分必要和迫切。

　　4、如前所述，目前现行规范给出的反映坝体抗震强度安全指标的结构系数γd，是根据结合国内10几座拱坝的基于拱梁分载法的计算结果，在保持与原规范连续性的原则基础上，经校准后得到的。因此，为保证计算方法和评价标准配套，在应用考虑综合因素影响的时域有限元波动分析计算结果进行大坝的抗震安全评价时所应采用的结构系数γd，应在进行大量实际工程抗震计算的基础上，遵循与按拱梁分载法给出的γd抗震设计指标所反映的大坝抗震安全度相协调的原则，进行校准研究、归纳总结后给出为宜。

　　5、继续深入研究全级配大体积拱坝混凝土的动态性能。应在积极建置大型材料动力试验机的基础上，结合实际工程，按照工程采用的混凝土配合比，合理施加适应不同地震条件的动态荷载，进行在不同静载应力水平下的混凝土试件的包括动态抗压、抗拉强度以及动态弹性模量的试验研究，同时开展能模拟全级配混凝土内部骨料、混凝土砂浆实际配比和胶结条件的细观有限元分析，为大坝抗震设计中大坝混凝土材料的动态抗力提供更为合理依据。

　　参考文献

　　1. 国电力行业标准，《水工建筑物抗震设计规范》(DL 5073-2000)，中国电力出版社，2001

　　2. 李德玉，拱坝试载法静动分析程序SDTLM88，中国水利水电科学研究院，1988，12

　　3. 侯顺载，拱坝静动力有限元程序ADAP-CH89，中国水利水电科学研究 院，1989

　　4. 拱坝的动力非线性分析与动力可靠度研究，“八五” 国家重点科技攻关项目报告，1995，3

　　5. 高拱坝地基地震能量逸散影响的研究，“九五”国家重点科技攻关项目报告95-221-03-02-01(1)，中国水利水电科学研究院，1999年11月。

　　6. 有缝拱坝—地基系统非线性地震波动反应分析，“九五”国家重点科技攻关项目报告95-221-03-02-02(1)，中国水利水电科学研究院，1999年11月。

　　7. 汝乃华、姜忠胜，大坝事故与安全·拱坝，中国水利水电出版社，1995，

　　8. 高拱坝地震应力控制标准和抗震工程措施研究·专题研究报告，国家电力公司昆明勘测设计研究院，2000，10

　　9. Chen Houqun，Li Deyu，Hu Xiao，Hou Shunzai， Model Test and Computation Analysis for Dynamic Behavior of Arch Dam with Contraction Joints，11th WCEE，June，1996，Me

　　10. 金沙江溪落渡水电站双曲拱坝动力分析和动力模型试验研究报告，中国水利水电科学研究院，2001，10

　　[1] 中国水利水电科学研究院工程抗震研究中心