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大坝-库水动力相互作用是混凝土坝在强震作用下的动力响应重要影响因素之一,合理地确定坝面在地震作用下的动水压力及其对坝体地震响应的影响是大坝安全评估的重要基础。然而大坝体积巨大,且坝面动水压力受到库水可压缩性、库底淤沙的吸收作用、地基柔性、河谷形状等多种因素的影响,因此现场测试还难以准确获得坝面动水压力的分布和大小。在理论分析和数值分析方面,Westergaard首先(1933)对刚性坝面动水压力进行了开创性研究,之后许多学者采用解析法、有限元和边界元等数值方法进行了大量、深入的研究。但计算模型的精度及效率仍未能满足工程应用的需要。因此,研究新型高效、高精度的数值方法将对坝面动水压力的研究具有重要的科学研究价值和工程意义。本文基于比例边界有限元方法(SBFEM),针对坝体上游水库为半无限棱柱形、坝前库区形状不规则的情况,提出了坝面动水压力的计算模型和辐射边界条件,并完善了大坝-地基-库水系统动力响应的有限元和SBFEM耦合计算模型。主要内容如下：(1)在SBFEM的基础上,建立了坝体上游水库为半无限棱柱水域情况的坝面动水压力计算模型。利用加权余量、Hamilton变分原理两种方法,考虑了库水可压缩性、库底吸收条件,提出了坝面动水压力的SBFEM计算模型。该模型只需离散坝面,且解自动满足水库上游无穷远处的辐射边界条件。利用二维重力坝与三维拱坝的多个数值算例,对坝面几何形状变化,坝体特性,地震动激励对坝面动水压力大小和分布的影响进行了详细研究,并与边界元、有限元、解析法对比,验证了本文方法的准确性和高效性。(2)针对复杂形状的库区,基于SBFEM,是出了一种新的能够满足无穷远辐射条件,并且可以考虑库水可压缩性、库底吸收条件。该方法仅对近场有限库区边界进行离散,从而可以大大降低求解的规模,提高计算效率。数值算例表明,本文方法可适用于坝前水域形状复杂条件下坝面动水压力的计算,而且所提出的无反射边界条件具有较高的精度和较为广泛的适应性。(3)将求解坝面动水压力和无限地基的SBFEM计算模型与坝体结构的有限元模型相结合,完善了大坝-库水-地基系统的耦合计算模型。SBFEM在处理无限域问题时具有很大的优势,通过与有限元方法相结合,可以充分发挥两种方法的优点,同时由于本文提出的动水压力模型更为精确,从而提高了耦合计算模型的整体计算精度。利用耦合模型,针对坝-库水-地基系统,重点分析了坝-库水动力相互作用对坝体动力响应的影响,计算模型及分析结果将对高坝建设和抗震安全评价具有重要的参考价值。