2025-03-05 新聞來源：中國水科院 水庫大壩之聲
3月4日是一年一度的“世界工程日”（World Engineering Day）。設立“世界工程日”旨在展現工程科技對推動社會經濟發展和人類文明進步發揮的重要作用。水利水電工程是工程“大家庭”中的重要一員，尤其在我國這樣一個地震多發的國家，提高工程抗震水平、守住水利水電工程的“生命線”至關重要。中國工程院院士、中國水科院教高陳厚群詳細解讀了當前全球地震活動對大壩工程安全構成的威脅，並介紹了中國在混凝土高壩工程抗震技術和應用方麵的主要成就，以及未來工程抗震技術與實踐如何更好地保障工程安全進而服務經濟社會可持續發展。
陳厚群院士簡介
以下整理自陳厚群院士專訪實錄
問：當前全球地震活動異常頻繁，這對水庫大壩安全會構成哪些風險和挑戰？
答：首先，我國是一個多地震國家，地震頻繁而強烈。我國已是世界建壩最多的大國。高壩大庫，特別是以混凝土壩居多的300m級高壩大庫，在構建水資源調配的全國水網及占世界首位的可再生水能資源的充分利用中發揮了無可替代的重要作用。受地形和地質條件製約，這些高壩多位於我國西部的強震區，抗震安全成為難以避免的問題。高壩大庫一旦受震害後失控下泄，將對下遊造成不堪設想的嚴重次生災害，產生遠大於工程本身的經濟損失，影響社會穩定。
習近平總書記高瞻遠矚地提出總體國家安全觀，要求走出一條中國特色國家安全道路，強調 “安全是發展的前提，發展是安全的保障”“堅持統籌發展和安全，堅持發展和安全並重，實現高質量發展和高水平安全的良性互動”。水利水電工程安全涉及國土安全、國民安全、經濟安全、社會安全、生態安全、資源安全等諸多安全。為此，李國英部長指出，推動新階段水利高質量發展，要以安全為底線要求；而其中保障高壩大庫工程的抗震安全，是在水利水電領域落實總體國家安全觀、推進國家安全的重要內容與具體要求中的一個重要環節。對其麵臨的風險和挑戰，必須予以高度重視。在高壩大庫工程的抗震安全方麵，目前麵臨兩大前沿性技術難題的挑戰：
1. 在具有高度不確定性的地震預報仍為尚未解決的世界性難題的情況下，形成能反映近場大震特征的壩址可能遭遇的極端地震及其地震動輸入的共識；
2. 深化對大壩十分複雜的地震損傷潰決全過程響應分析和可操作的標誌庫水失控下泄的定量準則的研究，給出其遭受強震後抗震性能快速評估方法和相應應急措施。
問：近年來，中國在工程抗震技術和應用方麵取得了哪些主要成就？在全球處於怎樣的水平？
答：多年來，我國在強地震區修建了小灣、溪洛渡、白鶴灘等一係列高壩大庫，積累了豐富的實踐經驗。按照國家對重大工程力保抗震安全的要求，總體上，我們對混凝土高壩抗震研究，從突破傳統到追蹤前沿研發創新的新理念和新方法，可歸納如下：
1. 基於概率理論，確定了壩址不同設防等級和相應的地震動輸入參數和部位，探索了各類從點源發震機製到能基本反映近場大震特征的麵源發震機製；
2. 在大壩混凝土動態性特性的研究中，開展了從濕篩試件到全級配試件、從僅確定峰值強度到測定考驗殘餘應變的損傷演化規律等的試驗研究，探索了大壩混凝土向靜態預載對其動態性能影響及機理；
3. 對混凝土壩的地震動態響應分析的深化研究，包括：從迄今國內外仍普遍采用的無質量彈性地基到考慮壩體與有質量和導致能量逸散的真實地基岩體的相互作用，從封閉的振動體係到計入地震波動本質的開放的波動體係，從基於線彈性的結構力學法到考慮材料和接觸麵的非線性的有限單元法，從僅給出壩體作為線彈性結構安全係數評估到對其損傷破壞的全過程的定量評價等；
4. 對壩體抗震安全評價，從分別校核強度與基於剛度極限平衡靜力法的抗滑穩定，到綜合考慮兩者動態耦合、依據關鍵部位變形的拐點定量評估高壩體係的整體抗震穩定性；
5. 高壩體係分析方法和運算從單機串行到並行和應用網絡遠程遙控的超級計算機超大規模的“雲計算”。
依托以上新理念和新方法，我們開創了集“壩址地震動輸入-壩體混凝土動態性能-大壩地震損傷破壞機理-抗震安全定量評價準則”四位一體、有中國特色的混凝土高壩抗震的整套理論係統；我們自主研發了全部分析軟件，完全不依賴任何商業程序；相關成果已在國內眾多工程中推廣應用，並在此基礎上編製了國家級水工抗震設計標準。
這些成果標誌著我國在混凝土高壩工程抗震領域中的理論、技術和應用方麵處於全球前沿水平。相關成果進一步推廣應用於多項國際工程，有助於推動“一帶一路”倡議的實施，起到了我國作為世界大壩建設大國應有的引領作用，提升了我國水工抗震學科的國際影響力。
高拱壩-地基多耦合體係數值模型——基於中國水科院“特高拱壩壩體地基非線性耦合體係抗震分析及安全評價研究與應用”項目
問：今年世界工程日主題是“以工程塑造可持續未來”（Shaping a Sustainable Future Through Engineering），您認為工程抗震技術和實踐如何助力可持續發展？
答：工程技術不僅推動了社會生產力的發展，還在產業升級、民生改善和環境保護等方麵發揮了重要作用。工程安全涉及到國土安全、國民安全、經濟安全、社會安全、生態安全、資源安全等諸多安全，因而是工程能發揮作用的前提。習近平總書記指出：“統籌發展和安全，增強憂患意識，做到居安思危，是我們黨治國理政的一個重大原則”，保障工程安全是落實總體國家安全觀、推進國家安全的重要內容與具體要求，其中就包括直接關係到人民群眾生命和財產安全、社會穩定和經濟可持續發展的工程抗震安全。近幾十年來發生了唐山、汶川等大地震，在黨中央、國務院的高度關注下，我國工程抗震防災能力不斷提高，在降低地震災害風險、減少人員傷亡和財產損失、開展災區重建、保障和改善民生等方麵發揮了重要作用。
鑒於地震作用的高度不確定性和300m級混凝土高壩大庫地震響應分析的極端複雜性，雖然其抗震安全研究已經取得顯著進展，但隨著高壩大庫的數量、壩高、庫容不斷增大，梯級水庫群規模和速度的躍進，加上西部地質條件的複雜性和工程難度，其安全風險顯著增大。尤其西部是高地震區，當前又正處於全球曆史上第二個地震活躍期，抗震安全風險難以避免。
為此，從理念創新、研究深化和措施保證等給予全方位的高度重視和加強防控是當務之急，防止在遭受極端地震時發生嚴重次生災變是重中之重。為此需要：
1. 把高壩抗震安全研究納入國家級中長期重點支持課題，建立以工程業主為主體、發揮國家科研單位的骨幹和引領作用、高校基礎性研究的生力軍作用的“產-學-研”結合的國家級創新基地和專門的科研攻關項目，以充分發揮我國能集中力量辦大事的優勢；
2. 切實支持和推廣敢於突破傳統、勇於擔當、開拓創新的高壩抗震設計理念、材料應用、分析方法、計算技術，加強地基岩體對大壩體係抗震影響的深化研究，及時將研究成果納入國家級《水工建築物抗震設計標準》的修訂，以推廣應用；
3. 構建我國所有高壩抗震安全設計的大數據庫，包括：壩體和近域地基的廣義結構有限元細部模型及材料動、靜態參數、人工邊界參數、設計及極端地震動輸入參數、地震響應分析的“雲計算”軟件和結果，不同水位和溫度的靜載分析結果，以在壩體一旦遭受強震後，在相關部門支持下，能快速評估其抗震安全等級的評估，並提供相應應急措施建議。
工程抗震技術的創新與實踐不僅是保障工程安全的前提和底線，更關乎國土安全、經濟發展和人民福祉。工程安全不僅是一項嚴峻的技術挑戰，更是一份沉甸甸的責任與擔當。多年來，中國在高壩抗震領域不斷探索，積累了豐富的實踐與經驗，形成了一整套具有中國特色的抗震理論和工程標準，為水利水電工程的安全運行提供了有力保障和支撐。
來源：中國水利水電科學研究院
