中文摘要：

汶川地震发生后，国家加强了水电工程的抗震防震工作，要求对已建、在建及待建水坝进行抗震复核。除在设计地震工况下满足"可修复"的要求外，增加了在校核地震工况下满足"不溃坝"的要求。对特别重要的挡水建筑物，还应进行极限抗震能力和地震破坏模式研究。目前，现行水工建筑物抗震设计规范（DL5073-2000）没有规定土石坝的设计地震反应谱，使土石坝的地震动输入具有很大的任意性。因此，高土石坝设计地震反应谱、"不溃坝"功能对应的评价指标以及极限抗震能力是目前坝工界急待解决的关键技术问题。本项目拟通过振动台破坏模型试验，并结合理论分析与数值模拟，研究土石坝开裂、滑坡失稳及堆石滚落、滑移、坍塌的破坏条件，提出高土石坝极限抗震能力分析方法与"不溃坝"功能所对应的评价指标，为高土石坝抗震复核奠定基础。因而具有重要的学术价值和广泛的工程应用前景。

结论摘要：

研究了土石坝动力特性，参考国内外建筑物抗震设计规范，建议了土石坝的抗震设计反应谱。进行了心墙堆石坝地震动力破坏的振动台模型试验，明晰了模型坝破坏可分为三个阶段及破坏模式。基于有限元分片光滑思想和二维广义交互验证的数据光滑方法，发展了一种土石坝测试位移光滑化技术。对光滑后的位移场求导，得到对应的应变场。将测试位移光滑化技术应用于振动台模型试验结果分析中，得到了许多有价值的结论。首次采用位移光滑化技术分析了土石坝实测地震位移，对紫坪铺面板堆石坝和鲤鱼潭心墙堆石坝的地震永久变形监测值进行平滑处理，得到大坝永久变形的位移场和残余应变场，并由此解释了坝体各种震害现象。给出了筑坝土石料动模量比随动应变的衰减曲线以及阻尼比随动剪应变的增长曲线的统计公式。研究了筑坝土石料动力特性的阈值应变，阐明了筑坝土石料动力变形机理。通过土石坝动力反应分析、动强度验算以及地震永久变形分析，综合确定了高心墙土石坝的破坏过程与极限抗震能力。认为处于抗震极限状态的大坝防渗体及上游反滤料的顶部存在动强度不足问题，进而引起坝顶地震裂缝及上游反滤料顶部液化，最终导致坝体上、下游坝坡的失稳破坏。基于极限分析原理，提出了土石坝极限抗震能力的刚体分析上限法。结合有限元，考虑筑坝土石料的非线性强度，提出了土石坝极限抗震能力分析的有限元上、下限法。构建了土石坝极限抗震能力分析的标准二次锥规划数学模型，采用内点法优化迭代求解下限解；将标准二次锥规划数学模型转化为对偶问题的“静力形式”并进行求解，得到上限解。算例表明这些方法均具有较好的精度及适应性。