2025-03-05 新闻来源：中国水科院 水库大坝之声
3月4日是一年一度的“世界工程日”（World Engineering Day）。设立“世界工程日”旨在展现工程科技对推动社会经济发展和人类文明进步发挥的重要作用。水利水电工程是工程“大家庭”中的重要一员，尤其在我国这样一个地震多发的国家，提高工程抗震水平、守住水利水电工程的“生命线”至关重要。中国工程院院士、中国水科院教高陈厚群详细解读了当前全球地震活动对大坝工程安全构成的威胁，并介绍了中国在混凝土高坝工程抗震技术和应用方面的主要成就，以及未来工程抗震技术与实践如何更好地保障工程安全进而服务经济社会可持续发展。
陈厚群院士简介
以下整理自陈厚群院士专访实录
问：当前全球地震活动异常频繁，这对水库大坝安全会构成哪些风险和挑战？
答：首先，我国是一个多地震国家，地震频繁而强烈。我国已是世界建坝最多的大国。高坝大库，特别是以混凝土坝居多的300m级高坝大库，在构建水资源调配的全国水网及占世界首位的可再生水能资源的充分利用中发挥了无可替代的重要作用。受地形和地质条件制约，这些高坝多位于我国西部的强震区，抗震安全成为难以避免的问题。高坝大库一旦受震害后失控下泄，将对下游造成不堪设想的严重次生灾害，产生远大于工程本身的经济损失，影响社会稳定。
习近平总书记高瞻远瞩地提出总体国家安全观，要求走出一条中国特色国家安全道路，强调 “安全是发展的前提，发展是安全的保障”“坚持统筹发展和安全，坚持发展和安全并重，实现高质量发展和高水平安全的良性互动”。水利水电工程安全涉及国土安全、国民安全、经济安全、社会安全、生态安全、资源安全等诸多安全。为此，李国英部长指出，推动新阶段水利高质量发展，要以安全为底线要求；而其中保障高坝大库工程的抗震安全，是在水利水电领域落实总体国家安全观、推进国家安全的重要内容与具体要求中的一个重要环节。对其面临的风险和挑战，必须予以高度重视。在高坝大库工程的抗震安全方面，目前面临两大前沿性技术难题的挑战：
1. 在具有高度不确定性的地震预报仍为尚未解决的世界性难题的情况下，形成能反映近场大震特征的坝址可能遭遇的极端地震及其地震动输入的共识；
2. 深化对大坝十分复杂的地震损伤溃决全过程响应分析和可操作的标志库水失控下泄的定量准则的研究，给出其遭受强震后抗震性能快速评估方法和相应应急措施。
问：近年来，中国在工程抗震技术和应用方面取得了哪些主要成就？在全球处于怎样的水平？
答：多年来，我国在强地震区修建了小湾、溪洛渡、白鹤滩等一系列高坝大库，积累了丰富的实践经验。按照国家对重大工程力保抗震安全的要求，总体上，我们对混凝土高坝抗震研究，从突破传统到追踪前沿研发创新的新理念和新方法，可归纳如下：
1. 基于概率理论，确定了坝址不同设防等级和相应的地震动输入参数和部位，探索了各类从点源发震机制到能基本反映近场大震特征的面源发震机制；
2. 在大坝混凝土动态性特性的研究中，开展了从湿筛试件到全级配试件、从仅确定峰值强度到测定考验残余应变的损伤演化规律等的试验研究，探索了大坝混凝土向静态预载对其动态性能影响及机理；
3. 对混凝土坝的地震动态响应分析的深化研究，包括：从迄今国内外仍普遍采用的无质量弹性地基到考虑坝体与有质量和导致能量逸散的真实地基岩体的相互作用，从封闭的振动体系到计入地震波动本质的开放的波动体系，从基于线弹性的结构力学法到考虑材料和接触面的非线性的有限单元法，从仅给出坝体作为线弹性结构安全系数评估到对其损伤破坏的全过程的定量评价等；
4. 对坝体抗震安全评价，从分别校核强度与基于刚度极限平衡静力法的抗滑稳定，到综合考虑两者动态耦合、依据关键部位变形的拐点定量评估高坝体系的整体抗震稳定性；
5. 高坝体系分析方法和运算从单机串行到并行和应用网络远程遥控的超级计算机超大规模的“云计算”。
依托以上新理念和新方法，我们开创了集“坝址地震动输入-坝体混凝土动态性能-大坝地震损伤破坏机理-抗震安全定量评价准则”四位一体、有中国特色的混凝土高坝抗震的整套理论系统；我们自主研发了全部分析软件，完全不依赖任何商业程序；相关成果已在国内众多工程中推广应用，并在此基础上编制了国家级水工抗震设计标准。
这些成果标志着我国在混凝土高坝工程抗震领域中的理论、技术和应用方面处于全球前沿水平。相关成果进一步推广应用于多项国际工程，有助于推动“一带一路”倡议的实施，起到了我国作为世界大坝建设大国应有的引领作用，提升了我国水工抗震学科的国际影响力。
高拱坝-地基多耦合体系数值模型——基于中国水科院“特高拱坝坝体地基非线性耦合体系抗震分析及安全评价研究与应用”项目
问：今年世界工程日主题是“以工程塑造可持续未来”（Shaping a Sustainable Future Through Engineering），您认为工程抗震技术和实践如何助力可持续发展？
答：工程技术不仅推动了社会生产力的发展，还在产业升级、民生改善和环境保护等方面发挥了重要作用。工程安全涉及到国土安全、国民安全、经济安全、社会安全、生态安全、资源安全等诸多安全，因而是工程能发挥作用的前提。习近平总书记指出：“统筹发展和安全，增强忧患意识，做到居安思危，是我们党治国理政的一个重大原则”，保障工程安全是落实总体国家安全观、推进国家安全的重要内容与具体要求，其中就包括直接关系到人民群众生命和财产安全、社会稳定和经济可持续发展的工程抗震安全。近几十年来发生了唐山、汶川等大地震，在党中央、国务院的高度关注下，我国工程抗震防灾能力不断提高，在降低地震灾害风险、减少人员伤亡和财产损失、开展灾区重建、保障和改善民生等方面发挥了重要作用。
鉴于地震作用的高度不确定性和300m级混凝土高坝大库地震响应分析的极端复杂性，虽然其抗震安全研究已经取得显著进展，但随着高坝大库的数量、坝高、库容不断增大，梯级水库群规模和速度的跃进，加上西部地质条件的复杂性和工程难度，其安全风险显著增大。尤其西部是高地震区，当前又正处于全球历史上第二个地震活跃期，抗震安全风险难以避免。
为此，从理念创新、研究深化和措施保证等给予全方位的高度重视和加强防控是当务之急，防止在遭受极端地震时发生严重次生灾变是重中之重。为此需要：
1. 把高坝抗震安全研究纳入国家级中长期重点支持课题，建立以工程业主为主体、发挥国家科研单位的骨干和引领作用、高校基础性研究的生力军作用的“产-学-研”结合的国家级创新基地和专门的科研攻关项目，以充分发挥我国能集中力量办大事的优势；
2. 切实支持和推广敢于突破传统、勇于担当、开拓创新的高坝抗震设计理念、材料应用、分析方法、计算技术，加强地基岩体对大坝体系抗震影响的深化研究，及时将研究成果纳入国家级《水工建筑物抗震设计标准》的修订，以推广应用；
3. 构建我国所有高坝抗震安全设计的大数据库，包括：坝体和近域地基的广义结构有限元细部模型及材料动、静态参数、人工边界参数、设计及极端地震动输入参数、地震响应分析的“云计算”软件和结果，不同水位和温度的静载分析结果，以在坝体一旦遭受强震后，在相关部门支持下，能快速评估其抗震安全等级的评估，并提供相应应急措施建议。
工程抗震技术的创新与实践不仅是保障工程安全的前提和底线，更关乎国土安全、经济发展和人民福祉。工程安全不仅是一项严峻的技术挑战，更是一份沉甸甸的责任与担当。多年来，中国在高坝抗震领域不断探索，积累了丰富的实践与经验，形成了一整套具有中国特色的抗震理论和工程标准，为水利水电工程的安全运行提供了有力保障和支撑。
来源：中国水利水电科学研究院
