3 混凝土材料的动力特性
　　对混凝土大坝进行抗震安全评价，除了地震设防标准而外，一个重要的方面是混凝土材料的动力特性问题。在坝工问题研究中这是相对薄弱的环节。20世纪50年代后期日本的火田野正进行了比较全面的对混凝土动态抗压和动态抗拉强度影响的研究[13，14]，注意到了加载速率对混凝土动态强度的重要影响，以后有一些作者进行了这方面的研究。在大坝设计中，目前应用比较广泛的一个依据是Raphael所进行的试验[15]，他在5座西方混凝土坝中钻孔取样进行动力试验，在0.05秒的时间内加载到极限强度(相当于大坝5Hz的振动频率)，得出动态抗压强度较静强度平均提高31%；直接拉伸强度平均提高66%，劈拉强度平均提高45%，试验结果有一定离散性。据此，他提出了混凝土大坝在地震作用下抗拉强度设计标准的建议。地震作用下混凝土的抗拉强度(单位psi)为
ft=2.6fc2/3(1) 　
计入断面塑性影响时的混凝土表面抗拉强度(单位psi)为
f′t=3.4fc2/3(2) 　
式中：fc为混凝土的静态抗压强度。
　　这一结果是在一定条件下取得的，即应变速率大体相当于5Hz的振动。但目前已被不分情况地普遍推广应用于大坝的设计[16]，我国《水工建筑物抗震设计规范》也采用了这一结果。实际上，不同的大坝、不同的部位，地震时的应变速率各不相同，例如，对300m级的高拱坝来说，其基本振动频率接近于1Hz，地震时的应变速率远低于5Hz时相应的应变速率。近年来，关于应变速率对混凝土强度的影响已进行了大量研究[17，18]。其中欧洲混凝土协会(CEB)1990样板规范建议的计算公式形式如下[19]：
ft/fts=(/s)1.016δ<30s-1(3)
δ=1/(10+6f′c/f′co)(4) 　
式中：ft为应变速率时的动态抗拉强度；fts为静态抗拉强度；为动应变速率，3×10-6～300s-1；s为静应变速率，3×10-6s-1；f′c为混凝土抗压强度；f′co为混凝土标准抗压强度，10MPa. 
　　地震荷载作用时的应变速率，一般在(10-3～10-2)范围内变化[17]。应当指出，不同的研究者得出的结果离散性很大[18]，见图1.式(1)所代表的是其平均趋势。而且，对混凝土动态强度影响的因素也很多。混凝土在受拉、受弯和受压时，其动态强度的增长幅度不同。不同强度的混凝土增长幅度不同，低标号混凝土增长幅度较高。此外，混凝土试件的湿度也对其动强度的增长幅度发生重要影响，干混凝土的动态强度基本上不随应变速率的增加而变化[20]。还有，尺寸效应也是一个不应忽略的因素。
　　以上的很多研究都是针对恒定的加载速率而进行的，实际上，地震时大坝各部分所承受的应变速率是变化的[21]。往复荷载作用时，最大动应力发生的瞬时，其相应的动应变速率=0(图2)，这表明混凝土的动态强度应和加载历史有关。对于循环加载，加载幅度与加载循环数也将对动强度发生影响。“八五”期间我们进行的实验[22]表明，加载强度达到混凝土强度的75%，预加载100周后，动强度可较不进行预加载时降低12%～20%.
　　地震作用下，大坝各部位在不同时刻处于不同应变速率和应变历史条件，大坝各部位的强度和刚度均相应发生不同程度的变化，这些因素都将对大坝的地震响应产生一定影响，值得重视。
　　4 对混凝土大坝抗震安全评价的几点看法和建议
　　从以上各国大坝抗震设防标准的讨论中可以看出，各国的安全评价标准存在有较大的差别，认识很不一致。我们不妨做一简单比较。我国300m级的小湾拱坝和溪洛度拱坝均位于Ⅷ度强震区内，按100年超越概率2%的水准，设计地震加速度分别为0.308g和0.320g.按日本标准，强震区(相应于烈度Ⅷ度和Ⅸ度)设计地震加速度为0.12g-0.20g.按俄罗斯标准，Ⅰ级大坝Ⅷ度区设计地震加速度取为0.06g，同时按0.2g进行补充分析。美国规范标准按两级设防。DBE取重现期200年，则小湾和溪落渡的设计地震加速度约相应于0.07g和0.12g(依据地震危险性分析结果)，此外，要求在MDE地震作用时保持蓄水能力。上述标准都按弹性分析计算地震应力。由于各国国情不同，材料强度的控制标准不同，施工质量的可靠程度不同，这种比较并不能完全反映大坝抗震设计的安全度，但还是给我们一定的启示。值得注意的是，各国大坝的设计地震加速度(包括我国低烈度区的一些低混凝土坝在内)虽有差别，但比较接近(除拱坝外，日本大坝坝身的设计地震加速度均等于地基加速度，所以地震加速度取得高一些；俄罗斯、美国等则考虑动力影响，将大坝坝身的加速度在地基加速度基础上进行放大).相对来说，我国重要大坝的设计地震加速度有所偏高，其设计加速度(100年超越概率2%)，达到或接近国外MDE的水平。而在MDE作用时，国外一般容许大坝发生一定程度的震害，只要保持水库的蓄水能力即可。我国则要求地震时大坝的最大应力不超过材料的动态抗拉强度，即不容许出现裂缝。我国重要大坝设计地震加速度偏高的一个原因是沿用了1978年规范试行本中的一个规定，对于1级挡水建筑物，设计地震烈度可在基本烈度基础上提高一度。当时参照了前苏联标准中的一些规定。然而，前苏联在1981年施行的新规范中，对水工建筑物已经取消了这一规定。这表明如何对重要大坝进行抗震设防也是一个值得深入研究的问题。