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第 19 卷 第 5 期 中国水利水电科学研究院学报 Vol.19 No.5
2021 年 10 月 Journal of China Institute of Water Resources and Hydropower Research October，2021

文章编号：1672-3031（2021）05-0476-06

拱坝振动台模型边界与材料特性对坝体自振特性的影响分析

欧阳金惠 ，周光平 ，张运良 2
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（1. 中国水利水电科学研究院，北京 100048；2. 大连理工大学，辽宁 大连 116024）

摘要：为了分析模型边界与模型材料对大型拱坝振动台试验模型坝体自振特性的影响，该文针对国内某一特高混
凝土拱坝振动台试验模型，利用有限元方法计算分析了不同影响因素参数变化对坝体自振特性的影响。结果表
明：（1）地基边界弹模变化对大坝前 6 阶自振频率影响很小；（2）坝体自振频率随单层坝体材料弹模呈正相关变
化，且 5 ~ 8 层坝体弹模变化对坝体自振频率影响相对较大；（3）当地基材料弹模降低时，大坝自振频率降幅明
显。当地基弹模逐渐增大时，前两阶自振频率保持相对稳定，中高阶自振频率增幅较大；（4）胶体单独作用和胶
与尼龙丝联合作用对坝体自振特性的影响均较小。
关键词：拱坝；自振特性；数值分析；振动台试验
中图分类号：Q327；TV642.4 文献标识码：A doi：10.13244/j.cnki.jiwhr.20200090

1 研究背景

地震安全性是高坝建设与运行面临的关键问题。在高拱坝工程的设计过程中，地震作用常为控
制工况，其抗震安全性备受关注 ［1-2］ 。振动台动力模型试验是研究拱坝抗震性能和评价大坝抗震安全
的重要手段，而坝体自振特性是进行动力响应分析的基础。根据相似原理，模型试验的结果可以与
原型结构建立确切的物理关系，试验模拟的精度越高，所得的试验结果和原型结构越吻合。由于动
［3］
力模型试验的复杂性，模型制作加工往往难以完全满足相似率要求 。目前关于模型边界与模型材料
参数离散性对坝体自振特性的影响缺乏系统性研究。本文针对国内某一特高混凝土拱坝振动台试验
模型，利用有限元方法分析包括坝体材料、地基材料、边界条件、坝面抗震钢筋等多种影响因素参
数变化对坝体自振特性的影响，以期为特高混凝土拱坝振动台模型试验提供参考。

2 试验概况

该拱坝所属水利枢纽工程为大（1）型Ⅰ等工程，位于高地震烈度区，抗震设防类别为甲类，按Ⅷ
度设防，水平设计地震加速度取 0.357 g，并按 0.428 g 校核。该拱坝所处河谷为宽 V 型河谷，正常蓄
水位 985 m，最大坝高 240 m，坝顶全长 790.5 m，弧高比 3.294，拱冠梁底宽 65 m，厚高比 0.271。为
研究特高混凝土拱坝在强震作用下的破坏机理及抗震措施有效性，综合考虑库水-坝体-地基的动力
相互作用、坝体伸缩横缝的动力非线性、远域无限地基辐射阻尼效应、坝肩关键滑裂体稳定性、坝
面抗震钢筋等影响该拱坝地震响应的主要因素 ［4-8］ ，按一定相似比尺建立了振动台试验模型。

振动台试验模型几何比尺为 1/250，模拟基岩范围按上下游各取约 1 倍坝高，左右岸及底部约 0.5
倍坝高设计。横河向长约 3.7 m，顺河向长约 2.2 m，模型总高 1.33 m，模拟水库长度 2.5 m 约 2.6 倍坝
高。模型基础部分用特制加重橡胶粘接砌成，按工程地质资料模拟坝肩关键滑裂体。模型坝体采用

收稿日期：2020-06-19；网络首发时间：2021-06-24
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网络首发地址：https：/kns.cnki.net/kcms/detail/11.5020.TV.20210623.1629.002.html
基金项目：国家重点研发计划项目（2017YFCC0404905）
作者简介：欧阳金惠（1972-），博士，教授级高级工程师，主要从事水工建筑物动力问题研究。E-mail：ouyangjh@163.com
通讯作者：周光平（1993-），硕士生，主要从事水工建筑物动力问题研究。E-mail：2570928014@qq.com
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