能源是人類生存和社會(huì)發(fā)展的重要基石,目前我國(guó)能源結(jié)構(gòu)中仍然是煤炭、石油、天然氣等化石能源為主,化石能源燃燒過程中存在釋放空氣污染物的問題。面對(duì)當(dāng)前化石能源在支撐我國(guó)經(jīng)濟(jì)高速發(fā)展中占據(jù)重要作用的現(xiàn)狀,同時(shí)為兌現(xiàn)我國(guó)在聯(lián)合國(guó)大會(huì)上作出的2030年碳達(dá)峰和2060年碳中和承諾,未來我國(guó)亟須加快推進(jìn)清潔能源的開發(fā)。水電能源是一種可再生且高效利用的清潔能源,最新水電能源調(diào)查數(shù)據(jù)表明,全國(guó)可開發(fā)的水電裝機(jī)容量為6.87億kW,截至2020年底,全國(guó)已開發(fā)的水電裝機(jī)容量為3.7億kW,水力發(fā)電量占國(guó)家用電總量的18%左右。水電能源有著非常廣闊的開發(fā)空間,在未來的能源結(jié)構(gòu)中水力發(fā)電量將占據(jù)更大的份額。我國(guó)水電能源雖然豐富,但60%以上的常規(guī)水電裝機(jī)位于西部地區(qū)。西部地區(qū)地形地質(zhì)條件復(fù)雜,水電開發(fā)面臨的工程問題多、難度大。高壩大庫(kù)建設(shè)是水電能源開發(fā)的重要基礎(chǔ),因此保障大壩安全穩(wěn)定運(yùn)行至關(guān)重要。瀝青混凝土心墻土石壩防滲性能優(yōu)、抗震性能好、適應(yīng)大變形能力強(qiáng),被廣泛應(yīng)用于我國(guó)水能資源豐富的西部地區(qū)。西部地區(qū)強(qiáng)震頻發(fā),河床覆蓋層深厚,大壩選址難以避讓,給瀝青混凝土心墻壩的抗震安全帶來嚴(yán)峻挑戰(zhàn)。對(duì)于瀝青混凝土心墻壩這種大跨度水工結(jié)構(gòu),壩址地震動(dòng)空間非一致性不可忽略,非一致地震動(dòng)增強(qiáng)地基-大壩動(dòng)力相互作用,加劇大壩地震響應(yīng)的差異性,激起心墻更大的應(yīng)力,加重大壩破壞程度,而空間非一致地震動(dòng)作用下瀝青混凝土心墻壩響應(yīng)特性和破壞模式不明確。本文基于地震波疊加原理和波勢(shì)函數(shù)分別構(gòu)建了多種波組合斜入射下彈性基巖和非線性覆蓋層場(chǎng)的非一致自由場(chǎng);建立了彈簧和阻尼系數(shù)隨土體動(dòng)剪應(yīng)變動(dòng)態(tài)實(shí)時(shí)變化的黏彈性人工邊界單元,建立了組合波斜入射下成層覆蓋層場(chǎng)地的非一致波動(dòng)輸入方法;開展了空間非一致波動(dòng)輸入下不同場(chǎng)地上瀝青混凝土心墻壩地震響應(yīng)特性研究。主要研究?jī)?nèi)容和結(jié)論如下。(1)構(gòu)建了地震波不同入射方式下彈性基巖場(chǎng)地和覆蓋層場(chǎng)地非一致自由場(chǎng)�；�于地震波疊加原理,構(gòu)建了平面P波、SV 波和SH 波空間斜入射下半空間自由場(chǎng);基于控制點(diǎn)運(yùn)動(dòng)與設(shè)計(jì)地震動(dòng)相同的原則反演了基巖中組合斜入射波時(shí)程,構(gòu)建了P波和SV 波二維組合斜入射以及P波、SV 波和SH 波三維組合斜入射下半空間自由場(chǎng)。提出了考慮基巖-覆蓋層界面透射效應(yīng)的覆蓋層底部輸入地震動(dòng)確定方法;基于波勢(shì)函數(shù)在頻率內(nèi)推導(dǎo)了地震波斜入射下成層覆蓋層內(nèi)幅值矩陣,通過IFFT變換,結(jié)合等效線性化法反演了地震波組合斜入射下非線性覆蓋層自由場(chǎng)。結(jié)果表明:基于三維時(shí)域反演模型構(gòu)建的場(chǎng)址地震動(dòng)場(chǎng)更全面,并且距控制點(diǎn)距離越大,場(chǎng)地地震動(dòng)與設(shè)計(jì)地震動(dòng)的差異性越顯著。(2)建立了單波空間斜入射、多種類型波組合斜入射下基巖場(chǎng)地和覆蓋層場(chǎng)地的非一致波動(dòng)輸入方法�；�于勢(shì)函數(shù)推導(dǎo)了可以反映地震波入射方向三維空間性以及空間疊加機(jī)制差異的等效結(jié)點(diǎn)荷載,結(jié)合黏彈性人工邊界建立了P波、SV 波和SH 波空間斜入射以及三種波組合斜入射下非一致波動(dòng)輸入方法。建立了阻尼和彈性系數(shù)隨土體動(dòng)剪應(yīng)變動(dòng)態(tài)實(shí)時(shí)變化的黏彈性人工邊界單元,結(jié)合覆蓋層自由場(chǎng),建立了地震波垂直入射和斜入射下覆蓋層地基的非一致波動(dòng)輸入方法,數(shù)值結(jié)果表明:該方法計(jì)算精度較高。(3)研究了非一致波動(dòng)輸入下基巖地基上瀝青混凝土心墻壩響應(yīng)特性。揭示了河谷表面空間差異性地震動(dòng)形成機(jī)制,闡明了心墻迎波側(cè)和背波側(cè)加速度和動(dòng)應(yīng)力空間差異分布機(jī)理,提出了心墻拉伸安全評(píng)價(jià)新方法,明確了心墻拉伸薄弱部位,引入壩體單元抗震安全系數(shù),評(píng)價(jià)了壩體局部動(dòng)力穩(wěn)定性。結(jié)果表明:與地震波垂直入射相比,單波空間斜入射引起的非一致地震動(dòng)造成心墻大、小主應(yīng)力激增,最大增幅達(dá)14倍,心墻背波側(cè)容易發(fā)生局部拉伸破壞;相同設(shè)計(jì)地震動(dòng)強(qiáng)度下,與垂直入射相比,P波、SV 波和SH 波三維組合斜入射引起心墻更大主應(yīng)力,最大增幅為32%;非一致地震動(dòng)對(duì)瀝青混凝土心墻壩響應(yīng)和抗震安全性有顯著影響,抗震設(shè)計(jì)中應(yīng)予以考慮。(4)揭示了深厚覆蓋層與瀝青混凝土心墻壩動(dòng)力相互作用機(jī)制。論證了本文提出的地震波垂直入射下非線性波動(dòng)輸入的高精度性,闡明了基巖-覆蓋層界面透射效應(yīng)影響因素對(duì)心墻壩加速度的影響規(guī)律。揭示了覆蓋層-心墻壩相互作用造成壩-基交界面處地震動(dòng)顯著衰減的機(jī)理。分析了入射角度和地震動(dòng)輸入方法對(duì)過渡料與心墻之間的位錯(cuò)、心墻應(yīng)力和壩體震陷等響應(yīng)的影響。結(jié)果表明:入射角增大,豎向位錯(cuò)和水平脫開,心墻應(yīng)力和壩體震陷增大;與非一致波動(dòng)輸入相比,一致輸入下壩體響應(yīng)被明顯高估,水平脫開和豎向位錯(cuò)分別增大2.23倍和1.23倍,并且心墻中部容易發(fā)生拉伸破壞,壩體豎向震陷增加幅度接近20%。本書第1章由王飛、劉云賀、宋志強(qiáng)、李正貴編寫,其余章節(jié)均由王飛編寫。本書出版得到了西華大學(xué)校內(nèi)人才項(xiàng)目空間非一致波動(dòng)輸入下高土石壩地震響應(yīng)特性研究(批準(zhǔn)號(hào):Z222071)的全額資助;研究工作得到了國(guó)家自然科學(xué)基金重點(diǎn)項(xiàng)目瀝青混凝土心墻土石壩安全控制理論與技術(shù)(批準(zhǔn)號(hào):52039008)、國(guó)家自然科學(xué)基金面上項(xiàng)目高寒區(qū)水工瀝青混凝土動(dòng)力特性及破壞機(jī)理研究(批準(zhǔn)號(hào):51779208)、四川省科技計(jì)劃資助強(qiáng)震作用下基巖-深厚覆蓋層壩基-庫(kù)水系統(tǒng)自由場(chǎng)構(gòu)建方法研究(批準(zhǔn)號(hào):2024NSFSC0986)、陜西省自然科學(xué)基礎(chǔ)研究計(jì)劃項(xiàng)目瀝青混凝土心墻土石壩-覆蓋層地基空間非一致波動(dòng)輸入及響應(yīng)特性研究(批準(zhǔn)號(hào):2022JM-276)、陜西省教育廳青年創(chuàng)新團(tuán)隊(duì)科研計(jì)劃項(xiàng)目深厚覆蓋層場(chǎng)地瀝青混凝土心墻土石壩強(qiáng)震破壞模式研究(批準(zhǔn)號(hào):22JP052)、西北旱區(qū)生態(tài)水利國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室開放研究基金地震波斜入射下深厚成層飽和非線性覆蓋層壩基地震波動(dòng)輸入方法研究(批準(zhǔn)號(hào):2022KFKT009)的大力支持;在此,向西華大學(xué)、國(guó)家自然科學(xué)基金委員會(huì)、四川省科學(xué)技術(shù)廳、陜西省科學(xué)技術(shù)廳、陜西省教育廳和西安理工大學(xué)表示深深的謝意。此外,感謝流體及動(dòng)力機(jī)械教j育y部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室和西北旱區(qū)生態(tài)水利國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室在科研工作方面提供的良好平臺(tái)。同時(shí)對(duì)中國(guó)電力出版社表示感謝。由于編者學(xué)識(shí)和水平有限,書中難免有錯(cuò)誤和不妥之處,望讀者批評(píng)指正。