在水利工程中,混凝土重力坝和面板堆石坝是常用的两种坝型。混凝土重力坝依靠自身重力维持稳定、可靠性好,但混凝土坝体积大材料强度不能充分发挥,并且坝踵处容易产生较大的拉应力,从而引起坝体底部的开裂破坏。混凝土面板坝中的防渗面板比较单薄,堆石体的不均匀沉降容易造成防渗面板的开裂,从而造成防渗体的渗漏破坏。对此,在总结混凝土重力坝和面板堆石坝等坝型优缺点的基础上,刘汉龙提出了混凝土-堆石组合坝(concrete rock-fill combination dam—CRCD),混凝土-堆石组合坝作为混凝土坝与堆石坝的结合体,其结构主要由:上游混凝土墙、下游俯斜式堆石体、防渗体系(止水结构和防渗墙)以及上下游压重等组成。CRCD通过止水结构等与坝基非固结连接而不同于混凝土重力坝,CRCD中的混凝土墙不但作为防渗体类似于面板而且作为结构体与下游堆石体共同承受水压力。混凝土墙作为CRCD的防渗结构,相比重力坝减小了坝体断面面积从而降低了混凝土用量;下游俯斜式堆石体作为CRCD的支撑体,相比面板堆石坝大大缩减了土石体方量。混凝土-堆石组合坝作为一种新型坝体结构,目前对其动力特性的研究鲜有报道,而振动台试验是研究土石坝动力特性、破坏机理及抗震性能的重要手段,国内外已开展诸多大型土石坝振动台模型试验相关研究,振动台试验在岩土工程中得到了广泛的认可和应用。对此,针对基岩和覆盖层坝基的混凝土-堆石组合坝开展了大型振动台物理模拟试验,主要研究对比不同坝基CRCD的动力加速度、位移、动土压力、破坏模式等内容,目的在于揭示CRCD的动力响应特性和变形破坏模式,从而为CRCD的抗震设计及应用提供一定的参考。本文还基于ABAQUS有限元软件,采用E-B静力模型和沈珠江等效粘弹性动力模型,分别对基岩和覆盖层坝基的振动台试验展开了数值分析,分析了不同坝基CRCD加速度响应特性和永久变形分布,并与试验结果进行了对比分析,验证了数值方法的合理性和可靠性,并由此建立了以实际工程为背景的CRCD的数值模型,分析探究了实际工程中CRCD坝体动力加速度、动应力、动土压力及永久变形的分布规律。全文的主要研究内容和结论如下:(1)开展了混凝土-堆石组合坝大型振动台模型试验,揭示了地震动作用下混凝土-堆石组合坝的动力响应规律,结果表明:坝高约3/5处以上部位加速度放大倍数增长迅速,表现出坝顶明显的“鞭梢效应”,试验结果符合一般土石坝的地震响应规律。(2)蓄水对CRCD的加速度响应有明显的削弱作用;加速度放大倍数基本上随着输入地震波幅值的增大而呈现降低的趋势;不同地震波引起加速度反应不同的原因在于地震波频谱特性的差异,随着地震波幅值增大,土体的刚度降低、阻尼增强,对地震波高频产生滤波、低频产生放大的作用;覆盖层坝基加速度响应大于同工况的基岩坝基结果,其原因在于基岩坝基刚度大变形小,而覆盖层砂砾石坝基在地震动作用下土体颗粒发生重分布更容易产生形变,从而引起上部结构的剧烈反应。(3)通过不同坝基的对比试验,分析了堆石体永久变形分布规律,试验结果显示:基岩和覆盖层坝基堆石体顶部永久位移都相对较小,其中覆盖层坝基堆石体顶部水平永久位移和竖向永久位移累计值达到3.475mm和-6.709mm,分别占模型坝高的0.35%和0.67%,均大于基岩坝基对应的试验结果。模型坝堆石体的破坏首先从靠近坝顶部位开始,破坏模式表现为堆石体颗粒松动、滚落、逐步出现局部小范围的浅层滑动,在堆石体坝坡顶部1/5倍坝高范围内位移响应最明显,在该区域可采取适当加固措施。(4)混凝土-堆石组合坝与坝基依靠止水结构等形成防渗体系,因此混凝土墙对整个坝体的稳定性起到关键作用,基于大型振动台模型试验监测的墙体位移及墙背动土压力结果,提出了混凝土-堆石组合坝中混凝土墙体的动态稳定性的分析方法,包括墙体底部的位移稳定性及抗倾覆稳定性指标。(5)基于E-B静力模型和沈珠江等效粘弹性动力模型,建立了混凝土-堆石组合坝振动台试验的数值模型,与振动台试验结果对比验证了数值方法的合理性和可靠性;由此,建立了以实际工程为背景的混凝土-堆石组合坝的数值模型,进一步探究了该坝型的动力加速度、动应力、动土压力及永久变形的分布规律,计算表明:混凝土墙与堆石体之间的接触面是抗震设计的关键部位,实际工程可考虑坝体加筋等加固措施。