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第 18 卷 第 4 期 中国水利水电科学研究院学报 Vol.18 No.4
2020 年 8 月 Journal of China Institute of Water Resources and Hydropower Research August，2020
文章编号：1672-3031（2020）04-0241-07
基于地震记录的高拱坝模态识别
王海波 ，许亮华 ，廖建新 ，李德玉 1
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（1. 中国水利水电科学研究院，北京 100048；2. 中国三峡建设管理有限公司，四川 成都 610000）
摘要：溪洛渡拱坝坝体及下游自由场共计安装了 27 台三向强震记录仪。自强震监测系统运行以来，近坝区域发生
过几次有感地震。2018 年 5 月 8 日云南昭通市永善县 3.8 级地震，大坝记录到坝顶最大响应加速度 8.62 gal。本研究
利用此次强震记录，基于时域模态分析技术，对溪洛渡拱坝的模态参数进行了识别。在地震对应的上下游水位情况
下，溪洛渡拱坝的基频为 1.19 Hz，对应的一阶振型为反对称振型，二阶频率 1.50 Hz，对应二阶振型为正对称振型;
第三阶频率 1.67 Hz，对应振型为反对称振型，更高阶的 2.33 Hz和 2.60 Hz模态对应的高阶振型有明显拐点变化。
关键词：溪洛渡拱坝；模态参数；系统识别；强震记录
中图分类号： TV31 文献标识码：A doi：10.13244/j.cnki.jiwhr.20190168
1 研究背景
高地震烈度区域大坝抗震安全是大坝建设及运行期全社会广泛关注的重要问题。在设计阶段，
工程师及抗震研究学者通过理论分析与数值计算以及物理模型试验等方法对大坝抗震安全进行了多
方面的评价。无论多么精细的数值模型或物理模型都只是真实大坝及其复杂的地质地形等性态的近
似再现。因此，依据上述数值或物理模型对真实大坝地震响应的预测结果之可靠性、精准度乃至分
析试验方法自身之合理性均有待于大坝真实地震响应的检验。检验应当包括不同地震动水平下的大
坝地震响应，特别是达到甚至超过设计地震动水平下的强烈乃至发生损伤破坏程度的地震响应。
强震记录仪的出现为定量记录、评价地震动及结构地震响应提供了有效手段。通过对强震记
录的分析可以深入了解地面地震运动以及结构地震响应的诸多动力特征。大坝强震监测记录是获
取大坝真实地震响应最重要的基础数据。世界各国均十分重视的大坝强震监测，如地震频发的日
本 ［1-2］ 、 美 国 、 瑞 士 ［3］ 、 意 大 利 等 国 家 ， 已 经 记 录 到 较 多 大 坝 强 震 响 应 记 录 。 我 国 实 际 大 坝 强 震
记录还很少 ［4-6］ ，但《水工建筑物强震动安全监测技术规范》（SL 486-2011）中对各类大坝强震监测
仪 器 布 置 及 运 行 管 理 做 出 了 明 确 规 定。我国新建大型水利水电工程的大坝均布设强震监测台阵，
为获取大坝地震响应奠定了基础。
大坝强震监测获取的加速度记录数据直接体现了大坝结构在地震时的动态响应历程，通过对大
坝强震加速度数据的分析可以获得大坝结构动态特性。动态特性包括大坝结构自振频率、阻尼比、
振动模态等。由于这些特性均为大坝整体动态特征的综合体现，便于对数值或物理模型的可靠性及
精准度进行对比校验。事实上，大坝结构地震响应中存在众多非线性因素，从有限的大坝强震记录
中提取大坝结构自振频率、阻尼比、振动模态等动态参数之算法自身亦需逐步提高完善，而基于大
坝强震记录对大坝损伤的评价尚未见公开发表的成果。
2 大坝强震监测系统与地震记录
溪洛渡水电站是我国已建成装机仅次于三峡水电站的第二大水电站。其挡水建筑物混凝土双曲
收稿日期：2019-09-09；网络首发时间：2020-08-03
网络首发地址：https://kns.cnki.net/kcms/detail/11.5020.TV.20200730.1514.002.html
项目资助：中国长江三峡集团公司科研项目（XLD/2115）
作者简介：王海波（1961-），博士，教授级高级工程师，主要从事水工结构抗震研究。E-mail：wanghb@iwhr.com
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